- Uwagi projektowe dla zasilacza 5 V 1 A.
- Komponenty wymagane dla obwodu 5V 1A SMPS
- Schemat obwodu SMPS 5V 1A
- Obwód SMPS 5V-1A działa
- Budowa obwodu SMPS
- Ulepszenia projektu obwodu SMPS 5V-1A
S czarownica M Oda P ower S upply (SMPS) jest niezbędnym elementem każdej konstrukcji elektronicznych. Służy do przekształcania wysokiego napięcia prądu przemiennego z sieci w prąd stały o niskim napięciu i dokonuje tego najpierw poprzez przekształcenie prądu zmiennego z sieci w prąd stały o wysokim napięciu, a następnie przełączenie prądu stałego o wysokim napięciu w celu wygenerowania żądanego napięcia. Wcześniej wykonaliśmy już kilka obwodów SMPS, takich jak ten obwód SMPS 5 V 2 A i obwód SMPS 12 V 1 A TNY268. Zbudowaliśmy nawet własny transformator SMPS, który można wykorzystać w naszych projektach SMPS wraz z układem scalonym sterownika.
Możesz tego nie zauważyć, ale większość produktów gospodarstwa domowego, takich jak mobilna ładowarka, ładowarka do laptopa, routery Wi-Fi, wymaga do działania zasilacza w trybie przełączania, a większość z nich to 5V. Mając to na uwadze, w tym artykule pokażemy, jak zbudować obwód SMPS 5 V, 1 A, odzyskując części ze starego jednorazowego zasilacza ATX.
Ostrzeżenie: Praca z siecią prądu przemiennego wymaga wcześniejszych umiejętności i nadzoru. Nie otwieraj starego SMPS ani nie próbuj budować nowego bez doświadczenia. Uważaj na naładowane kondensatory i przewody pod napięciem. Zostałeś ostrzeżony, postępuj ostrożnie i korzystaj z porad ekspertów, gdy tylko zajdzie taka potrzeba.
Uwagi projektowe dla zasilacza 5 V 1 A.
Zanim przejdziemy dalej, wyjaśnijmy niektóre z podstawowych rozważań projektowych i funkcji ochronnych.
Dlaczego warto zbudować obwód SMPS z zasilacza komputera?
Dla mnie to tanie, ale znowu tanio to bardzo drogie słowo, dosłownie za darmo. Możesz zapytać, jak to się dzieje? Po prostu porozmawiaj z lokalnymi sklepami komputerowymi, dadzą ci to za darmo, przynajmniej tak było w moim przypadku. Zapytaj również znajomych, czy nie mają w pobliżu tych zepsutych.
Budowa / zakup transformatora do obwodu jest najważniejszą częścią każdego projektu SMPS, ale ta metoda całkowicie pozwala uniknąć tego kroku poprzez uratowanie transformatora, a także zapewnia bardzo dobre doświadczenie edukacyjne, jeśli jesteś elektronicznym śmieciem jak ja. Mój zasilacz ATX po odzyskaniu wymaganych części pokazano poniżej.
Dzięki tej konstrukcji można dodać potencjometr i nieco zmienić napięcie wyjściowe. w niektórych przypadkach może się to przydać, a najciekawszą rzeczą w obwodzie jest to, że składa się z bardzo ogólnych części, więc jeśli coś wybuchnie, znalezienie i wymiana ich jest bardzo łatwym zadaniem.
Obwody SMPS działają inaczej w różnych warunkach, jeśli budujesz ten obwód, znajomość faktycznej charakterystyki wejścia-wyjścia może pomóc w debugowaniu obwodu, jeśli znajdziesz z nim jakiś problem.
Napięcie wejściowe:
Ponieważ napięcie wejściowe standardowego zasilacza PC wynosi 220 V, nasz odzyskany obwód również działa na tym napięciu. Ale przy moim obecnym ustawieniu stołu spróbuję obsługiwać obwód również przy napięciu wejściowym 85 V.
Napięcie wyjściowe:
Napięcie wyjściowe obwodu wynosi 5 V przy prądzie znamionowym 1 A, co oznacza, że obwód może obsługiwać moc 5 W. Obwód ten działa w trybie stałego napięcia, więc napięcie wyjściowe powinno pozostać prawie takie samo niezależnie od prądu obciążenia.
Tętnienie wyjściowe:
Transformator w tym obwodzie jest wykonany przez profesjonalnego producenta, więc możemy spodziewać się niewielkich tętnień. Ze względu na konstrukcję w kropkowaną deskę możemy spodziewać się nieco większych tętnień niż zwykle.
Funkcje ochrony:
Ogólnie rzecz biorąc, istnieje wiele obwodów zabezpieczających SMPS, ale nasz obwód jest wykonany ze starego zasilacza PC, więc możemy dodawać lub odejmować funkcje ochronne zgodnie z wymaganiami naszej ostatecznej aplikacji. Możesz również sprawdzić poniższe układy zabezpieczające, które zbudowaliśmy wcześniej.
- Obwód ochrony przed przepięciem
- Obwód zabezpieczający przed odwrotną polaryzacją
- Obwód zabezpieczający przed zwarciem
- Ochrona przed prądem rozruchowym
Zamierzam używać tego obwodu do zasilania moich projektów IoT. Zdecydowałem się więc na minimalną ochronę, którą jest topliwy rezystor na wejściu i obwód zabezpieczający przed przepięciem na sekcji wyjściowej.
Podsumowując, napięcie sieciowe AC dla naszego zasilacza będzie wynosić 220 V AC, napięcie wyjściowe będzie wynosić 5 V DC przy 1 A maksymalnego prądu wyjściowego. Postaramy się, aby napięcie tętnienia wyjściowego było tak niskie, jak to tylko możliwe i mamy wejściowy rezystor topikowy z wyjściowym obwodem zabezpieczającym przed przepięciem.
Komponenty wymagane dla obwodu 5V 1A SMPS
|
Sl.No |
Części |
Rodzaj |
Ilość |
Część w schemacie |
|
1 |
4.7R |
Rezystor |
1 |
R1 |
|
2 |
39R |
Rezystor |
1 |
R10 |
|
3 |
56R, 1W |
Rezystor |
1 |
R9 |
|
4 |
100R |
Rezystor |
2 |
R7, R6 |
|
5 |
220R |
Rezystor |
1 |
R5 |
|
6 |
100 tys |
Rezystor |
1 |
R2 |
|
7 |
560 K, 1 W. |
Rezystor |
2 |
R3, R4 |
|
8 |
1N4007 |
Dioda |
4 |
D2, D3, D4, D5 |
|
9 |
UF4007 |
Dioda |
1 |
D6 |
|
10 |
1N5819 |
Dioda |
1 |
D1 |
|
11 |
1N4148 |
Dioda |
1 |
D7 |
|
12 |
103,50V |
Kondensator |
C4 |
|
|
13 |
102, 1KV |
Kondensator |
2 |
C3 |
|
14 |
10uF, 400V |
Kondensator |
1 |
C1 |
|
15 |
100 uF, 16 V. |
Kondensator |
1 |
C6 |
|
16 |
470uF |
Kondensator |
2 |
C7, C8 |
|
17 |
222pF, 50V |
Kondensator |
1 |
C5 |
|
18 |
3,3 uH, 2,66 A. |
Induktor |
1 |
L2 |
|
19 |
2SC945 |
Tranzystor |
1 |
T1 |
|
20 |
C5353 |
Tranzystor |
1 |
Q1 |
|
21 |
PC817 |
Transoptor |
1 |
OK 1 |
|
22 |
TL431CLP |
Napięcie odniesienia |
1 |
VR1 |
|
23 |
10K |
Trim Pot |
1 |
R11 |
|
24 |
Zacisk śrubowy |
5mm |
2 |
S1, S2 |
|
25 |
1N5908 |
Dioda |
1 |
D9 |
|
26 |
Transformator |
Z zasilacza PC |
1 |
TR1 |
Schemat obwodu SMPS 5V 1A
Poniższy obrazek przedstawia schemat zasilacza SMPS 5V 1A, który zbudujemy w tym samouczku.
Zbudowałem obwód na płytce stykowej i po zakończeniu wyglądał tak.
Zrozummy obwód, rozkładając go na wiele bloków funkcjonalnych i zrozummy każdy blok.
Topliwy rezystor:
Po pierwsze, mamy R1, który służy dwóm celom. Po pierwsze, działa jak topliwy rezystor. Po drugie, działa jako rezystor ograniczający prąd.
Prostownik mostkowy i filtr:
Następnie mamy diody 1N4007, D2, D3, D4, D5, z których cztery tworzą mostek prostowniczy, wraz z kondensatorem filtrującym 10uF do konwersji prądu przemiennego na prąd stały.
Zwróć uwagę, że usunąłem filtr PI, ponieważ nie zamierzam używać tego zasilacza innego niż ładowanie akumulatora, jeśli zamierzasz używać w ten sposób, filtr EMI jest konieczny, zawsze możesz go wyciągnąć z tego samego zasilacz. Jeśli nie masz pewności, co to jest filtr PI lub jak działa, możesz zapoznać się z połączonym artykułem. Możesz również sprawdzić inne projekty zmniejszające EMI w obwodzie SMPS, które omówiliśmy wcześniej.
Rezystory rozruchowe:
R3 i R4 tworzą rezystory rozruchowe, po przyłożeniu mocy rezystory rozruchowe są odpowiedzialne za zasilanie bazy pierwotnego tranzystora przełączającego, o rezystorze omówię więcej w dalszej części artykułu .
Cęgi ograniczające napięcie kolektora:
Aby ograniczyć napięcie kolektora pierwotnego tranzystora przełączającego Q1, C3, R2 i D6 tworzą obwód cęgowy i jest to bardzo dobry przykład wykorzystania sieci tłumiącej do zmniejszenia napięcia szczytowego przy wyłączaniu i tłumienia dzwonienia. W większości przypadków do określenia odpowiednich wartości dla elementów tłumiących (Rs i Cs) można zastosować bardzo prostą technikę projektowania. W przypadkach, w których potrzebny jest bardziej optymalny projekt, stosuje się nieco bardziej złożoną procedurę.
Główny i pomocniczy tranzystor przełączający:
Tranzystor Q1, C5353 jest głównym tranzystorem przełączającym, a T1 jest pomocniczym tranzystorem przełączającym w obwodzie. C4 i R5 tworzą główny oscylator, który generuje główny sygnał przełączający.
Obwód sprzężenia zwrotnego i sterowania:
PC817 transoptor OK1 wraz z napięciem odniesienia VR1 i diodę 4148 tworzy Zgłoszenie i obwodu sterowania prezentami rezystorów w tej części działa tylko jako dzielnik napięcia, opornik ograniczający natężenie prądu i kondensator. Poza tym dodałem potencjometr R11, aby wyregulować napięcie zgodnie z wymaganiami.
Transformator, prostownik wyjściowy i filtr:
Transformator T1 jest wykonany z materiału ferromagnetycznego, który nie tylko przekształca prąd zmienny o wysokim napięciu w prąd zmienny o niskim napięciu, ale także zapewnia izolację galwaniczną. W transformatorze są 4 uzwojenia T1 Pin 1, 2 i 3 to uzwojenie wtórne, Pin nr 4, 5 to uzwojenie pomocnicze, pin nr 6 i 7 to uzwojenie pierwotne.
Diody D1 i D9 to diody prostownicze dla obwodu. Kondensator C8 jest odpowiedzialny za filtrowanie napięcia 12V, a kondensator C6 i C7 wraz z L2 tworzy filtr PI dla sekcji wyjściowej.
Obwód ochrony przed przepięciem:
Można dodać dodatkowy obwód zabezpieczający przed przepięciem, aby chronić urządzenie aplikacyjne przed uszkodzeniem, jest to bardzo prosty obwód składający się z bezpiecznika i diody Zenera, jak widać powyżej Jeśli wystąpi stan przepięcia, dioda Zenera wybuchnie, a zatem wysadzić nim Fast Blow Fuse.
Obwód SMPS 5V-1A działa
Teraz to wyjaśnione, zrozummy, jak działa obwód. Kiedy zasilanie jest doprowadzane do obwodu, prąd zmienny sieci jest prostowany i filtrowany przez diody prostownicze i kondensator. Następnie dwa rezystory rozruchowe R3, R4 ograniczają prąd do bazy tranzystora, dlatego tranzystor pierwotny lekko się włącza, teraz przez uzwojenie pierwotne transformatora płynie trochę prądu, czyli pin 6 i 7 tranzystora.
Ta niewielka ilość prądu zasila uzwojenie pomocnicze, to uzwojenie pomocnicze rozpoczyna ładowanie kondensatora C4 o pojemności 103 pF przez rezystor R5 220 omów. Ponownie napięcie po stronie pomocniczej jest doprowadzane do kolektora transoptora z diodą prostowniczą 1N4148, napięcie to wychodzi z emitera transoptora i jest dzielone dzielnikiem napięcia. Teraz kondensator C5 rozpoczyna ładowanie kondensatora 222PF Kiedy ten kondensator jest naładowany do określonego poziomu, włącza się tranzystor pomocniczy T1 i tranzystor pierwotny zostaje wyłączony, a kondensator C5 rozładowany
Cykl zaczyna się ponownie powtarzać, w wyniku czego generowany jest sygnał przełączający. Po rozpoczęciu procesu przełączania napięcie zostaje zaindukowane na stronie wtórnej transformatora z wtórnego obwodu sprzężenia zwrotnego za pomocą VR1 wykonuje się napięcie odniesienia Tl431, regulując napięcie odniesienia, możemy ustawić czas włączenia i wyłączenia pomocniczego tranzystora, dzięki czemu możemy kontrolować napięcie wyjściowe.
Budowa obwodu SMPS
Na potrzeby tej demonstracji obwód jest zbudowany na przerywanej płytce za pomocą schematu; proszę zauważyć, że testuję obwód na mojej ławce w celach demonstracyjnych, więc nie uwzględniłem wielu zabezpieczeń, takich jak ochrona przed przepięciem i ochrona przed zwarciem. Jeśli używasz tego do zasilania czegoś innego, zaleca się włączenie tych obwodów ochrony i filtrów.
Powyższa konfiguracja testowa została użyta do przetestowania obwodu, napięcie wyjściowe zasilacza zostało ustawione na 5,1 V za pomocą potencjometru i jest to zasilacz 1A, więc może pobierać prąd 1A w stanie szczytowym.
Jak widać na powyższym obrazku, do testów z obciążeniem użyłem kilku rezystorów jako obciążenia, które zużywało około 1,157 A z naszego obwodu SMPS przy 5V. Pełne wideo testowe można znaleźć na dole tego artykułu.
Ulepszenia projektu obwodu SMPS 5V-1A
Jest wiele rzeczy, które można poprawić w tym obwodzie, na przykład filtr EMI można dodać na wejściu, aby poprawić odpowiedź EMI tego obwodu. Następnie można dodać zabezpieczenie nadprądowe i przeciwzwarciowe wyjścia, aby poprawić ogólną wydajność obwodu. Ponadto można dodać zabezpieczenie przed przepięciem i przepięciem na wejściu, aby chronić je przed przepięciami wejściowymi. I wreszcie, jeśli obwód jest zbudowany na płytce drukowanej, odpowiedź EMI może zostać drastycznie poprawiona.
Mam nadzieję, że zrozumiałeś samouczek i nauczyłeś się budować obwody SMPS. Jeśli masz jakieś pytania, zostaw je w sekcji komentarzy poniżej lub skorzystaj z naszych forów, aby uzyskać więcej pytań.