Proiectează-ți propriul circuit compact 5v / 3.3v smps pentru proiecte încorporate și iot

O modalitate brută de a vă alimenta circuitele de curent continuu cu rețeaua de curent alternativ este de a utiliza un transformator de coborâre pentru a reduce tensiunea de rețea de 230V și pentru a adăuga câteva diode ca redresor de punte. Dar, din cauza dimensiunilor imense ale spațiului și a altor dezavantaje, acesta nu poate fi utilizat în toate scopurile. O altă modalitate cea mai populară și profesională este de a utiliza circuitele de alimentare cu comutare pentru a vă transforma rețeaua de curent alternativ într-o gamă largă de tensiune continuă, după cum este necesar, aproape fiecare electronică de consum, de la adaptorul normal de 12 V la un încărcător de laptop, are un circuit SMPS pentru a furniza DC-ul necesar. putere de iesire.

La circuitdigest, am construit deja câteva circuite SMPS popularepentru ratinguri diferite, și anume circuitul 12V 1A Viper 22A SMPS, 5V 2A SMPS și circuitul 12V 1A SMPS, fiecare dintre acestea putând fi utilizat pentru diferite aplicații. De data aceasta, vom construi un SMPS care poate fi utilizat în scopuri generale și are o formă simplă de modul pentru a fi utilizat în situații legate de spațiu. În zilele noastre, Internetul obiectelor folosește diverse procesoare bazate pe wifi, cum ar fi NodeMCU, ESP32 și ESP12E etc., care funcționează pe 5V sau 3.3V. Aceste module sunt extrem de compacte și, prin urmare, pentru alimentarea acestor plăci, este logic să folosiți circuite SMPS mai mici care pot merge pe aceeași placă, în loc să utilizați un circuit SMPS separat. Prin urmare, în acest articol, vom învăța cum să construim un circuit SMPS care poate ieși 5V sau 3,3V (hardware configurabil folosind jumper), designul circuitului și aspectul PCB sunt, de asemenea, furnizate, astfel încât să puteți purta pur și simplu acest lucru în proiectul dvs. existent.Aici plăcile noastre PCB sunt fabricate de PCBGoGo, o companie de servicii de asamblare a prototipului PCB de înaltă calitate și de înaltă calitate, bazată pe China.

Evaluarea SMPS este de 5V sau 3,3V 1,5A deoarece majoritatea plăcii de dezvoltare utilizează tensiuni de nivel logic de 5V sau 3,3V, iar 1,5A ar trebui să fie suficient de bună pentru majoritatea aplicațiilor bazate pe IoT. Rețineți însă că acest SMPS nu are filtre în secțiunea de intrare pentru a reduce dimensiunea și costurile. Prin urmare, acest SMPS poate fi utilizat numai pentru alimentarea plăcilor de microcontroler sau pentru încărcare. Asigurați-vă că va fi acoperit la îndemâna utilizatorului atunci când este în funcțiune.

Avertisment: Lucrul cu circuite SMPS poate fi periculos deoarece implică tensiune de rețea alternativă care este potențial letală. Nu încercați să construiți acest lucru dacă nu aveți experiență în lucrul cu rețeaua de curent alternativ. Rămâneți întotdeauna precauți cu firele sub tensiune și condensatoarele încărcate, folosiți instrumente de protecție și supraveghere, dacă este necesar. Ai fost avertizat!!

Specificații pentru placa SMPS de 5V / 3,3V

SMPS va avea următoarele specificații.

1. Intrare de la 85VAC la 230VAC.
2. Ieșire 2A selectabilă de 5V sau 3,3V.
3. Construcție cadru deschis
4. Protecție la scurtcircuit și la supratensiune
5. Dimensiune mică, cu funcții de cost redus.

Materiale necesare pentru circuitul SMPS (BOM)

1. Siguranță 1A 250VAC Slow Blow
2. Pod de diodă DB107
3. 10uF / 400V
4. Diodă P6KE
5. UF4007
6. 2Meg - 2 bucăți - pachet 0805
7. 2.2nF 250VAC
8. TNY284DG
9. Pachet 10uF / 16V - 0805
10. PC817
11. Pachet 1k - 0805
12. 22R - 2buc - 0805 pachet
13. Pachet 100 nF - 0805
14. TL431
15. SR360
16. Pachet 470pF 100V - 0805
17. 1000uF 16V
18. 3.3uH - Miez de tambur
19. 2.2nF 250VAC

Notă: Toate piesele au fost selectate pentru a fi ușor disponibile pentru designeri. Transformatorul SMPS trebuie să fie construit personalizat folosind această foaie de date. Puteți folosi fie un furnizor pentru a construi unul, fie proiecta și înfășura transformatorul SMPS folosind linkul.

Acest SMPS este proiectat folosind IC de integrare a puterii TNY284DG. Acest SMPS Diver IC este cel mai potrivit pentru acest SMPS, deoarece IC-ul este disponibil în pachet SMD, precum și puterea este adecvată pentru acest scop. Imaginea de mai jos prezintă specificația de putere a TNY284DG.

După cum putem vedea, TNY284DG este perfect pentru opțiunea noastră. Deoarece construcția este un cadru deschis, se va potrivi cu puterea de ieșire de 8,5W. Adică poate oferi cu ușurință 1,5A la 5V.

Diagrama circuitului SMPS de 5V / 3,3V

Construcția acestui SMPS este destul de simplă și directă. Acest design folosește chipset-ul Power Integration ca un driver IC SMPS. Schema circuitului poate fi văzută în imaginea de mai jos

Construcții și Lucrări

Înainte de a intra direct în construirea piesei prototip, să explorăm operațiunea de circuit. Circuitul are următoarele secțiuni-

1. Protecție intrare
2. Conversie AC-DC
3. Circuitul driverului sau circuitul de comutare
4. Protecție de blocare sub tensiune.
5. Circuit de prindere
6. Magnetică și izolarea galvanică
7. Filtrare EMI
8. Redresor secundar și circuit snubber
9. Secțiunea de filtrare
10. Secțiunea de feedback.

Protecție intrare

F1 este o siguranță cu suflare lentă, care va proteja SMPS de sarcină mare și condiții de defecțiune. Secțiunea de intrare SMPS nu folosește nicio considerație privind filtrul EMI. Aceasta este o siguranță cu suflare lentă 1A 250VAC și care va proteja SMPS în condiții de defecțiune. Cu toate acestea, această siguranță poate fi schimbată într-o siguranță de sticlă. De asemenea, puteți consulta articolul despre diferite tipuri de siguranțe.

Conversie AC-DC

B1 este redresorul cu diodă. Acesta este DB107, o punte de diode 1A 700V. Aceasta va converti intrarea de curent alternativ la tensiunea continuă. În plus, condensatorul de 10 uF 400V va fi esențial pentru rectificarea ondulației de curent continuu și va oferi o ieșire continuă de curent continuu la circuitul driverului, precum și la transformator.

Circuitul driverului sau circuitul de comutare

Este componenta principală a acestui SMPS. Latura primară a transformatorului este controlată corespunzător de circuitul de comutare TNY284DG. Frecvența de comutare este de 120-132 kHz. Datorită acestei frecvențe de comutare ridicate, pot fi utilizate transformatoare mai mici.

Diagrama de afișare de mai sus arată pinouturile TNY284DG. Driverul de comutare IC1 care este TNY284DG folosește C2 un condensator 10uF 16V. Acest condensator asigură o ieșire continuă DC la circuitul intern al TNY284DG.

Protecție de blocare sub tensiune

Transformatorul acționează ca un inductor imens. Prin urmare, în fiecare ciclu de comutare, transformatorul induce vârfuri de înaltă tensiune datorită inductorului de scurgere al transformatorului. Dioda Zener D1, care este o diodă P6KE160, fixează circuitul de tensiune de ieșire și D2, care este UF4007, o diodă ultra-rapidă blochează aceste vârfuri de înaltă tensiune și o umedă la o valoare sigură, care este benefică pentru a salva pinul DRAIN al TNY284DG..

Magnetică și izolarea galvanică

Transformatorul este feromagnetic și nu numai că transformă tensiunea alternativă de înaltă tensiune într-o tensiune alternativă de joasă tensiune, dar oferă și izolare galvanică. Transformatorul este un transformator EE16. Specificația detaliată a transformatorului poate fi văzută în foaia tehnică a transformatorului care a fost partajată mai devreme în secțiunea privind materialele necesare.

Filtru EMI

Filtrarea EMI se face de către condensatorul C3. Condensatorul C3 este un condensator de înaltă tensiune 2.2nF 250VAC, care crește imunitatea circuitului și reduce interferența EMI ridicată.

Redresor secundar și circuit de snubber

Ieșirea din transformator este rectificată folosind o diodă Schottky SR360. Aceasta este o diodă 60V 3A. Această diodă Schottky D3 oferă ieșire de curent continuu de la transformator, care este corectată în continuare de condensatorul mare C6 de 1000uF 16V.

Ieșirea transformatorului asigură un sunet care este suprimat de circuitul snubber care este creat de rezistorul de valoare mică și condensatorul în conexiune în serie, care este în paralel cu redresorul de ieșire. Rezistorul de valoare mică este 22R, iar condensatorul de valoare mică este de 470 pF. Aceste două componente R8 și C5 creează circuitul snubber în secțiunea de ieșire DC.

Secțiunea de filtrare

Secțiunea de filtrare este creată utilizând o configurație LC. C este condensatorul de filtrare C6. Este un condensator ESR scăzut pentru o respingere mai bună a ondulației cu o valoare de 100uF 16V, iar inductorul L1 este un inductor de bază de tambur de 3,3uH.

Secțiunea de feedback

Tensiunea de ieșire este detectată de U1 TL431 de un divizor de tensiune. Prin urmare, ori de câte ori divizorul de tensiune produce o tensiune perfectă, TL431 pornește un cuplaj opt care este PC817, notat ca OK1.

Deoarece există două funcții de tensiune selectabile de 3,3V și 5V, există două divizoare de tensiune create folosind trei rezistențe R3, R4 și R5. R5 este comun pentru toate cele două divizoare, dar R3 și R4 pot fi schimbate folosind un jumper. După detectarea liniei, U1, optocuplatorul este controlat, ceea ce declanșează în continuare TNY284DG și izolează galvanic porțiunea de detectare a feedback-ului secundar cu controlerul lateral primar.

În timpul primei porniri, deoarece aceasta este o configurație flyback, șoferul pornește comutarea și așteaptă răspunsul din optocuplator. Dacă totul este normal, șoferul continuă comutarea, altfel omiteți ciclurile de comutare, cu excepția cazului în care totul a devenit normal.

Proiectarea PCB-urilor SMPS

Odată ce circuitul este finalizat, îl puteți testa pe o placă de perfecționare și apoi începeți cu designul PCB-ului. Am folosit Eagle pentru a ne proiecta PCB-ul, puteți verifica imaginea de mai jos. De asemenea, puteți descărca fișierele de proiectare de pe linkul de mai jos.

• Eagle Schematics și PCB Design pentru 5V / 3.3V SMPS

După cum puteți vedea, dimensiunea plăcii este de 63 mm pentru 32 mm, care este o dimensiune decent mică. Componentele sunt plasate la o distanță sigură pentru a asigura o funcționare sigură. Partea superioară și partea inferioară a PCB-ului nostru sunt prezentate în imaginea de mai jos. Este o placă PCB cu strat dublu cu o grosime planificată de 35um de cupru. Dioda de ieșire și driverul IC necesită o considerație termică specială în scopuri legate de disiparea căldurii. De asemenea, pe partea secundară prin cusături se realizează o conectivitate mai bună la sol.

De asemenea, puteți observa că puține componente SMD sunt plasate în partea din spate a plăcii pentru a menține dimensiunea modulului într-o dimensiune mică. Există câteva considerații de proiectare pe care trebuie să le urmați dacă vă proiectați PCB-ul SMPS, consultați acest articol despre Ghidul de aspect al designului PCB-ului SMPS pentru a afla mai multe.

Fabricarea PCB-ului pentru circuit SMPS 12v 1A

Acum înțelegem cum funcționează schemele, putem continua cu construirea PCB-ului pentru SMPS-ul nostru. Deoarece acesta este un circuit SMPS, este recomandat un PCB, deoarece ar putea face față problemelor de zgomot și izolare. Aspectul PCB pentru circuitul de mai sus este de asemenea disponibil pentru descărcare ca Gerber de pe link.

• Descărcați fișierul Gerber pentru circuitul SMPS de 5V / 3,3V

Acum designul nostru este gata, este timpul să le fabricăm folosind fișierul Gerber. Pentru a realiza PCB-ul de la PCBGOGO este destul de ușor, pur și simplu urmați pașii de mai jos-

Pasul 1: intrați pe www.pcbgogo.com, înscrieți-vă dacă este prima dată. Apoi, în fila Prototip PCB, introduceți dimensiunile PCB-ului, numărul de straturi și numărul de PCB de care aveți nevoie. Presupunând că PCB este de 80cm × 80cm, puteți seta dimensiunile așa cum se arată mai jos.

Pasul 2: Continuați făcând clic pe butonul Cotați acum . Veți fi direcționat către o pagină în care să setați câțiva parametri suplimentari, dacă este necesar, cum ar fi materialul utilizat pentru distanța dintre piste, etc. Dar, în general, valorile implicite vor funcționa bine. Singurul lucru pe care trebuie să-l luăm în considerare aici este prețul și timpul. După cum puteți vedea, timpul de construire este de numai 2-3 zile și costă doar 5 USD pentru PCB-ul nostru. Apoi puteți selecta o metodă de expediere preferată în funcție de cerința dvs.

Pasul 3: ultimul pas este să încărcați fișierul Gerber și să continuați plata. Pentru a vă asigura că procesul este ușor, PCBGOGO verifică dacă fișierul dvs. Gerber este valid înainte de a continua plata. În acest fel, puteți să vă asigurați că PCB-ul dvs. este prietenos cu fabricarea și vă va ajunge la fel de angajat.

Asamblarea PCB-ului

După ce a fost comandată placa, a ajuns la mine după câteva zile prin curierat într-o cutie bine ambalată bine etichetată și, ca întotdeauna, calitatea PCB-ului a fost minunată. PCB-ul primit de mine este prezentat mai jos. După cum vedeți, stratul superior și cel inferior s-au dovedit așa cum era de așteptat.

Via-urile și tampoanele aveau toate dimensiunile potrivite. Mi-au trebuit aproximativ 15 minute pentru a asambla placa PCB la un circuit de lucru. Placa asamblată este prezentată mai jos.

Testarea circuitului SMPS de 5V / 3.3V

Componentele și infrastructura de testare au fost asigurate de Iquesters Solutions. Cu toate acestea, Transformerul este realizat manual, puteți construi și propriul transformator SMPS. Aici, în scopul testării, transformatorul este fabricat pentru 1A. Se poate utiliza raportul de rotații adecvat pentru transformatorul de 1,5 A conform specificațiilor date ale transformatorului. Placa noastră SMPS arată astfel când asamblarea este terminată.

Acum, pentru a testa placa SMPS, o voi alimenta folosind un Variac și voi folosi o sarcină electronică DC pentru a regla curentul de ieșire. Imaginea de mai jos arată vechea mea setare de încărcare DC reglabilă conectată la placa SMPS. O puteți testa cu orice sarcină la alegere, dar folosind o sarcină DC reglabilă vă va ajuta să evaluați plăcile de alimentare. Puteți, de asemenea, să vă construiți cu ușurință propria încărcare DC reglabilă pe bază de Arduino urmând acest link.

După cum puteți vedea în imaginea de mai jos, am testat circuitul nostru SMPS atât pentru 5V, cât și pentru 3.3V schimbând pinul jumperului. Curentul de ieșire a fost testat până la 850mA, dar puteți merge și până la 1,5A pe baza designului transformatorului.

Pentru mai multe informații despre testare și construcție, vă rugăm să consultați linkul video de mai jos. Sper că ți-a plăcut articolul și ai învățat ceva util. Dacă aveți întrebări, vă rugăm să le lăsați în secțiunea de comentarii de mai jos sau să folosiți forumurile noastre.