- Consideracions sobre el disseny de la font d'alimentació 5V 1A
- Components necessaris per al circuit SMPS de 5V 1A
- Diagrama de circuits SMPS de 5V 1A
- Circuit SMPS de 5V-1A funcionant
- Construint el circuit SMPS
- Millores en el disseny de circuits de 5V-1A SMPS
Una S bruixera M ode P ower S upply (SMPS) és una part indispensable de qualsevol disseny electrònic. S’utilitza per convertir la xarxa elèctrica d’alta tensió a baixa tensió, i ho fa convertint primer la xarxa elèctrica a alta tensió, i després canviant la tensió alta per generar la tensió desitjada. Ja hem creat alguns circuits SMPS abans, com aquest circuit SMPS de 5V 2A i el circuit SMPS de 12V 1A TNY268. Fins i tot vam construir el nostre propi transformador SMPS que es podria utilitzar en els nostres dissenys SMPS juntament amb el controlador IC.
És possible que no ho noteu, però la majoria dels productes per a la llar, com ara el carregador mòbil, el carregador d’ordinadors portàtils, els encaminadors Wi-Fi, necessiten una font d’alimentació en mode de commutació per funcionar i la majoria són de 5 V. Així doncs, amb això en ment, en aquest article us mostrarem com podeu construir un circuit SMPS de 5V i 1A mitjançant la recuperació de peces d’una antiga font d’alimentació ATX de PC.
Advertència: Treballar amb xarxa elèctrica de CA necessita habilitats i supervisió prèvies. No obriu un SMPS antic ni proveu de construir-ne un de nou sense experiència. Aneu amb compte amb els condensadors carregats i els cables actius. Se us ha avisat, seguiu amb precaució i seguiu orientacions expertes sempre que sigui necessari.
Consideracions sobre el disseny de la font d'alimentació 5V 1A
Abans de continuar, aclarim algunes de les característiques bàsiques de protecció i consideració del disseny.
Per què hauríeu de crear un circuit SMPS a partir d’una font d’alimentació d’ordinador?
Per a mi és barat, de nou, barat és una paraula molt cara, és literalment gratuït. Podeu preguntar com és així? Només cal que parleu amb les vostres botigues de serveis locals de PC, que us ho donaran de franc, almenys aquest era el meu cas. A més, pregunteu als vostres amics si tenen algun d’aquests trencats estirats.
Construir / adquirir el transformador per al circuit és la part més crucial de qualsevol disseny de SMPS, però aquest mètode evita completament aquest pas recuperant el transformador, també inclou una experiència d’aprenentatge molt bona si sou un consumidor electrònic com jo. A continuació es mostra la meva font d’alimentació ATX després de recuperar les parts necessàries.
Amb aquest disseny, podeu afegir un potenciòmetre i variar una mica el voltatge de sortida. això pot resultar útil en alguns casos i el més interessant del circuit és que està fet amb peces molt genèriques, de manera que si alguna cosa explota trobar-les i substituir-les és una tasca molt fàcil.
Els circuits SMPS funcionen de manera diferent en diferents condicions, si esteu construint aquest circuit sabent la característica real d’entrada-sortida us pot ajudar a depurar el circuit si hi trobeu algun problema.
Voltatge d'entrada:
Com que la tensió d'entrada de la PSU estàndard de la PC és de 220 V, el nostre circuit recuperat també funciona amb aquesta tensió. Però amb la configuració actual de la meva taula, també intentaré fer funcionar el circuit amb una tensió d’entrada de 85V.
Voltatge de sortida:
La tensió de sortida del circuit és de 5V amb 1A de corrent nominal, cosa que significa que aquest circuit pot gestionar una potència de 5W. Aquest circuit funciona en mode de tensió constant, de manera que el voltatge de sortida hauria de ser pràcticament el mateix independentment del corrent de càrrega.
Ripple de sortida:
El transformador d’aquest circuit el fabrica un fabricant professional, de manera que podem esperar una baixa ondulació. Des de la seva construcció en un tauler puntejat, podem esperar una mica més d’ondulació de l’habitual.
Funcions de protecció:
En general, hi ha molts dissenys de circuits de protecció SMPS, però el nostre circuit es fabrica a partir d’una antiga PSU de PC, de manera que podem afegir o restar funcions de protecció segons el requisit de la nostra aplicació final. També podeu consultar els següents circuits de protecció que construïm anteriorment.
- Circuit de protecció contra sobretensió
- Circuit de protecció de polaritat inversa
- Circuit de protecció contra curtcircuits
- Protecció de corrent d'entrada
Vaig a utilitzar aquest circuit per alimentar els meus projectes IoT. Així que vaig decidir anar amb una característica de protecció mínima que és una resistència fusible a l’entrada i un circuit de protecció contra sobretensió a la secció de sortida.
Per tant, per resumir, la tensió de corrent altern de la nostra font d’alimentació seria de 220 V CA, la tensió de sortida serà de 5 V CC amb 1 A de corrent de sortida màxim. Intentarem que el voltatge d’ondulació de sortida sigui el més baix possible i disposem d’una resistència fusible d’entrada amb un circuit de protecció contra sobretensió de sortida.
Components necessaris per al circuit SMPS de 5V 1A
|
Sl.No |
Parts |
Tipus |
Quantitat |
Part en esquema |
|
1 |
4.7R |
Resistència |
1 |
R1 |
|
2 |
39R |
Resistència |
1 |
R10 |
|
3 |
56R, 1W |
Resistència |
1 |
R9 |
|
4 |
100R |
Resistència |
2 |
R7, R6 |
|
5 |
220R |
Resistència |
1 |
R5 |
|
6 |
100K |
Resistència |
1 |
R2 |
|
7 |
560K, 1W |
Resistència |
2 |
R3, R4 |
|
8 |
1N4007 |
Diodo |
4 |
D2, D3, D4, D5 |
|
9 |
UF4007 |
Diodo |
1 |
D6 |
|
10 |
1N5819 |
Diodo |
1 |
D1 |
|
11 |
1N4148 |
Diodo |
1 |
D7 |
|
12 |
103,50V |
Condensador |
C4 |
|
|
13 |
102, 1KV |
Condensador |
2 |
C3 |
|
14 |
10uF, 400V |
Condensador |
1 |
C1 |
|
15 |
100uF, 16V |
Condensador |
1 |
C6 |
|
16 |
470uF |
Condensador |
2 |
C7, C8 |
|
17 |
222pF, 50V |
Condensador |
1 |
C5 |
|
18 |
3,3uH, 2,66A |
Inductor |
1 |
L2 |
|
19 |
2SC945 |
Transistor |
1 |
T1 |
|
20 |
C5353 |
Transistor |
1 |
P1 |
|
21 |
PC817 |
Optocoplador |
1 |
D'acord1 |
|
22 |
TL431CLP |
Referència de tensió |
1 |
VR1 |
|
23 |
10K |
Talla l’olla |
1 |
R11 |
|
24 |
Terminal de cargol |
5 mm |
2 |
S1, S2 |
|
25 |
1N5908 |
Diodo |
1 |
D9 |
|
26 |
Transformador |
Des de l'alimentació per a PC |
1 |
TR1 |
Diagrama de circuits SMPS de 5V 1A
La imatge següent mostra els esquemes de la font d'alimentació SMPS de 5V 1A que construirem en aquest tutorial.
Vaig construir el circuit sobre una taula de treball i semblava així quan es va acabar.
Anem a entendre el circuit dividint-lo en molts blocs funcionals i entenem cada bloc.
La resistència fusible:
En primer lloc, tenim R1 que té dos propòsits. En primer lloc, actua com una resistència fusible. En segon lloc, actua com una resistència limitant el corrent.
El pont rectificador i el filtre:
A continuació, tenim díodes 1N4007, D2, D3, D4, D5, quatre dels quals formen el rectificador de pont, juntament amb un condensador de filtre de 10uF per convertir CA a CC.
Tingueu en compte que he eliminat el filtre PI perquè no faré servir aquesta font d’alimentació que no sigui carregar una bateria; si teniu intenció d’utilitzar aquesta altra manera, és imprescindible un filtre EMI, sempre el podeu treure del mateix Font d'alimentació. Si no esteu segur de què és el filtre PI ni com funciona, podeu consultar l'article enllaçat. També podeu consultar altres dissenys per reduir l’EMI al circuit SMPS que hem comentat anteriorment.
Resistències inicials:
R3 i R4 formen les resistències d’arrencada, quan s’aplica la potència, les resistències d’arrencada s’encarreguen d’alimentar la base del transistor de commutació primari; en parlaré més sobre la resistència més endavant a l’article .
Pinça limitadora de tensió del col·lector:
Per limitar la tensió del col·lector del transistor de commutació primari Q1 C3, R2 i D6 formen un circuit de pinça, i aquest és un molt bon exemple d’utilitzar una xarxa snubber per disminuir la tensió màxima en apagar-se i amortir el timbre. En la majoria dels casos, es pot utilitzar una tècnica de disseny molt senzilla per determinar els valors adequats per als components snubber (Rs i Cs). En aquells casos en què es necessita un disseny més òptim, s’utilitza un procediment una mica més complex.
Transistor de commutació primari i auxiliar:
El transistor Q1, C5353 és el transistor de commutació principal i T1 és el transistor de commutació auxiliar del circuit. C4 i R5 formen l’oscil·lador principal que genera el senyal de commutació principal.
Circuit de retroalimentació i control:
L' optocoplador PC817 OK1 juntament amb la referència de tensió VR1 i el díode 4148 formen el circuit de retroalimentació i control. L' altra resistència present en aquesta porció només actua com a divisor de tensió, resistència limitadora de corrent i condensador de filtre. A part d'això, he afegit el potenciòmetre R11 per reduir la tensió segons el requisit.
Transformador, rectificador de sortida i filtre:
El transformador T1 està fabricat amb un material ferromagnètic, que no només converteix l’alta tensió CA en una baixa tensió CA, sinó que també proporciona un aïllament galvànic. Hi ha 4 bobinatges al transformador T1 Pin 1, 2 i 3 és el bobinatge secundari, el pin no 4, 5 és el bobinatge auxiliar, el pin no 6 i 7 és el bobinatge principal.
El díode D1 i D9 són els díodes rectificadors del circuit. El condensador C8 s’encarrega de filtrar els 12V i el condensador C6 i C7 juntament amb L2 formen el filtre PI de la secció de sortida.
Circuit de protecció contra sobretensió:
Es pot afegir un circuit de protecció contra sobretensió addicional per protegir el dispositiu de l’aplicació contra danys, és un circuit molt senzill que consisteix en un fusible i el díode Zener, tal com es pot veure més amunt. fent explotar el fusible de bufat ràpid.
Circuit SMPS de 5V-1A funcionant
Ara, això està esborrat, entenem com funciona el circuit. Quan s’aplica l’alimentació del circuit, la xarxa elèctrica es rectifica i es filtra mitjançant els díodes rectificadors i el condensador. Després d’això, els dos resistors d’arrencada R3, R4 limiten el corrent a la base del transistor, per això el transistor primari s’encén lleugerament, ara flueix una mica de corrent a través del bobinat primari del transformador que és el pin 6 i 7 del transistor..
Aquesta petita quantitat de corrent energitza el bobinatge auxiliar, aquest bobinatge auxiliar comença a carregar el condensador C4 103pF a través de la resistència R5 de 220 Ohms. Una vegada més, la tensió del costat auxiliar es connecta al col·lector de l’optocoplador amb un díode rectificador 1N4148, aquesta tensió surt de l’emissor de l’optocoplador i es divideix amb un divisor de tensió. Ara el condensador C5 el 222PF comença a carregar-se Quan aquest condensador es carrega a un nivell determinat, el transistor auxiliar T1 s'encén i el transistor primari s'apaga i el condensador C5 es descarrega
I el cicle es comença a repetir una vegada més, de manera que es genera un senyal de commutació. Una vegada que comença el procés de commutació, la tensió s'indueix a la secundària del transformador des de la secundària; es fa un circuit de retroalimentació amb l'ajuda de VR1, la referència de tensió Tl431, ajustant la tensió de referència, podem configurar el temps d'encesa i apagada. del transistor auxiliar, així podem controlar la tensió de sortida.
Construint el circuit SMPS
Per a aquesta demostració, el circuit es construeix en un tauler de punts amb l'ajut de l'esquema; Tingueu en compte que estic provant el circuit del meu banc per demostrar-ho, de manera que no he inclòs moltes funcions de protecció com ara protecció contra sobretensió i protecció contra curtcircuits. Si utilitzeu això per alimentar una altra cosa, es recomana aquests circuits de protecció i filtre.
La configuració de prova anterior es va utilitzar per provar el circuit, la tensió de sortida de la font d'alimentació es va ajustar a 5,1 V mitjançant el potenciòmetre i és una font d'alimentació d'1 A, de manera que pot treure corrent d'1 A en condicions màximes.
Com podeu veure a la imatge anterior, per provar amb la càrrega, he utilitzat algunes resistències com a càrrega que consumeix aproximadament 1.157A del nostre circuit SMPS a 5V. El vídeo de proves complet es troba a la part inferior d’aquest article.
Millores en el disseny de circuits de 5V-1A SMPS
Hi ha força coses que es poden millorar en aquest circuit, com ara que es pugui afegir un filtre EMI a l’entrada per millorar la resposta EMI d’aquest circuit. A continuació, es pot afegir una protecció contra sobrecorrent i curtcircuit de sortida per millorar el rendiment general del circuit. A més, es pot afegir una protecció contra sobretensions i sobretensions d’entrada per protegir-la de la sobretensió d’entrada. I, finalment, si el circuit es construeix en una placa PCB, la resposta EMI es pot millorar dràsticament.
Espero que hàgiu entès el tutorial i que hàgiu après com construir els vostres circuits SMPS. Si teniu cap pregunta, deixeu-les a la secció de comentaris o utilitzeu els nostres fòrums per obtenir més preguntes.