- 5V / 3.3V SMPS-kortin tekniset tiedot
- Tarvittavat materiaalit SMPS-piirille (BOM)
- 5 V / 3,3 V SMPS-piirikaavio
- Rakentaminen ja työskentely
- Tulosuojaus
- AC-DC-muunnos
- Kuljettajan piiri tai kytkentäpiiri
- Alijännitteen lukitussuoja
- Magneetti ja galvaaninen eristäminen
- EMI-suodatin
- Toissijainen tasasuuntaaja ja Snubber-piiri
- Suodatinosa
- Palauteosio
- SMPS-piirilevyn suunnittelu
- Piirilevyn valmistus 12v 1A SMPS -piirille
- Piirilevyn kokoaminen
- 5V / 3.3V SMPS -piirimme testaaminen
Raaka tapa virrata DC-piirejäsi verkkovirralla on käyttää alaskäynnistysmuuntajaa 230 V: n verkkojännitteen alentamiseen ja muutaman diodin lisäämiseen sillan tasasuuntaajana. Mutta valtavan tilakoon ja muiden haittojen vuoksi sitä ei voida käyttää kaikkiin tarkoituksiin. Toinen suosituin ja ammattimaisin tapa on käyttää kytkentätilan virtalähdepiirejä verkkovirtalähteen muuntamiseksi laajalle tasajännitealueelle tarpeen mukaan. lähtöteho.
Circdigestissä olemme jo rakentaneet muutamia suosittuja SMPS-piirejäeri luokituksille, nimittäin 12V 1A Viper 22A SMPS-, 5V 2A SMPS- ja 12V 1A SMPS -piireille, joita kutakin voidaan käyttää eri sovelluksiin. Tällä kertaa rakennamme SMPS: n, jota voidaan käyttää yleisiin tarkoituksiin ja jolla on yksinkertainen moduulin muoto käytettäväksi avaruuteen liittyvissä tilanteissa. Nykyään esineiden internet käyttää erilaisia wifi-pohjaisia prosessoreita, kuten NodeMCU, ESP32 ja ESP12E, jne., Jotka toimivat 5 V: lla tai 3,3 V: lla. Nämä moduulit ovat erittäin pienikokoisia, joten näiden levyjen virran saamiseksi on järkevää käyttää pienempiä SMPS-piirejä, jotka voivat siirtyä samalle levylle erillisen SMPS-piirin sijaan. Siksi tässä artikkelissa opit rakentamaan SMPS-piirin, joka voi tuottaa joko 5 V tai 3,3 V (laitteisto voidaan konfiguroida hyppääjän avulla), piirisuunnittelu ja piirilevyn asettelu ovat myös saatavilla, joten voit yksinkertaisesti siirtää tämän nykyiseen suunnitteluusi.Tässä piirilevyjämme valmistaa Kiinassa toimiva edullinen korkealaatuinen piirilevyjen prototyyppi ja piirilevyjen kokoonpanopalveluyritys PCBGoGo.
SMPS: n luokitus on 5 V tai 3,3 V 1,5 A, koska suurin osa kehityskortista käyttää 5 V tai 3,3 V logiikkatasojännitteitä, ja 1,5 A: n tulisi olla riittävän hyvä useimmille IoT-pohjaisille sovelluksille. Huomaa kuitenkin, että tällä SMPS: llä ei ole suodattimia syöttöosassa koon ja kustannusten pienentämiseksi. Siksi tätä SMPS: ää voidaan käyttää vain mikro-ohjainkorttien virtalähteeseen tai lataustarkoituksiin. Varmista, että se on käyttäjän ulottumattomissa käytön aikana.
Varoitus: SMPS-piirien kanssa työskentely voi olla vaarallista, koska siihen liittyy mahdollisesti tappava vaihtovirtajännite. Älä yritä rakentaa tätä, jos sinulla ei ole kokemusta verkkovirran käytöstä. Ole aina varovainen jännitteisten johtojen ja ladattujen kondensaattorien suhteen, käytä tarvittaessa suojavälineitä ja valvontaa. Sinua on varoitettu!!
5V / 3.3V SMPS-kortin tekniset tiedot
SMPS: llä on seuraavat eritelmät.
- 85 - 230 VAC tulo.
- 5 V tai 3,3 V valittava 2A lähtö.
- Avoin runkorakenne
- Oikosulku- ja ylijännitesuoja
- Pieni koko, edulliset ominaisuudet.
Tarvittavat materiaalit SMPS-piirille (BOM)
- Sulake 1A 250VAC hidas puhallus
- Diodisilta DB107
- 10uF / 400V
- P6KE-diodi
- UF4007
- 2 mega - 2 kpl - 0805 paketti
- 2,2 nF 250 VAC
- TNY284DG
- 10uF / 16V - 0805-paketti
- PC817
- 1k - 0805 paketti
- 22R - 2kpl - 0805 paketti
- 100 nF - 0805-paketti
- TL431
- SR360
- 470pF 100V - 0805 -paketti
- 1000uF 16V
- 3.3uH - rummun ydin
- 2,2 nF 250 VAC
Huomaa: Kaikki osat valittiin siten, että ne ovat helposti suunnittelijoiden saatavilla. SMPS-muuntaja on räätälöitävä käyttämällä tätä tietolomaketta. Voit joko rakentaa sellaisen toimittajan avulla tai suunnitella ja kelata SMPS-muuntajan linkin avulla.
Tämä SMPS on suunniteltu tehointegraatio- IC: llä TNY284DG. Tämä SMPS Diver IC sopii parhaiten tälle SMPS: lle, koska IC on saatavana SMD-paketissa sekä teho sopii tähän tarkoitukseen. Alla olevassa kuvassa on TNY284DG: n tehomääritykset.
Kuten näemme, TNY284DG on täydellinen vaihtoehto. Koska rakenne on avoin runko, se vastaa 8,5 W: n lähtötehoa. Tämä tarkoittaa, että se voi helposti tuottaa 1,5 A 5 V: n jännitteellä.
5 V / 3,3 V SMPS-piirikaavio
Tämän SMPS: n rakentaminen on melko yksinkertaista ja suoraviivaista. Tämä malli käyttää Power Integration -piirisarjaa SMPS-ohjain-IC: nä. Piirin kaavio voidaan nähdä alla olevasta kuvasta
Rakentaminen ja työskentely
Ennen kuin siirrymme suoraan prototyyppiosan rakentamiseen, tutkitaan piirien toimintaa. Piirissä on seuraavat osat -
- Tulosuojaus
- AC-DC-muunnos
- Ohjainpiiri tai kytkentäpiiri
- Alijännitteen lukitussuoja.
- Kiinnityspiiri
- Magneetti ja galvaaninen eristys
- EMI-suodatus
- Toissijainen tasasuuntaaja ja snubber-piiri
- Suodatinosa
- Palaute-osio.
Tulosuojaus
F1 on hidas sulake, joka suojaa SMPS: ää suurelta kuormitukselta ja vikatilanteilta. SMPS-tulo-osassa ei käytetä mitään EMI-suodatinkysymyksiä. Tämä on 1A 250VAC hidas sulake ja suojaa SMPS: ää vikatilanteissa. Tämä sulake voidaan kuitenkin vaihtaa lasisulakkeeksi. Voit myös lukea artikkelin erityyppisistä sulakkeista.
AC-DC-muunnos
B1 on diodisillan tasasuuntaaja. Tämä on DB107, 1A 700V diodisilta. Tämä muuntaa AC-tulon DC-jännitteeksi. Lisäksi 10uF 400 V: n kondensaattori on välttämätön tasajännitteen tasaamiseksi ja se tarjoaa tasaisen DC-lähdön ohjainpiirille ja muuntajalle.
Kuljettajan piiri tai kytkentäpiiri
Se on tämän SMPS: n pääkomponentti. Muuntajan ensisijaista puolta ohjataan kytkentäpiirillä TNY284DG. Kytkentätaajuus on 120-132 kHz. Tämän korkean kytkentätaajuuden ansiosta voidaan käyttää pienempiä muuntajia.
Yllä oleva liitäntäkaavio näyttää TNY284DG-pinoutit. Kytkinohjain IC1, joka on TNY284DG, käyttää C2: ta 10uF 16V kondensaattorilla. Tämä kondensaattori tarjoaa tasaisen tasavirtalähdön TNY284DG: n sisäiseen piiriin.
Alijännitteen lukitussuoja
Muuntaja toimii valtavana induktorina. Siksi muuntaja indusoi kussakin kytkentäjaksossa suurjännitepiikkejä muuntajan vuotoinduktorin vuoksi. Zener-diodi D1, joka on P6KE160- diodi, kiinnittää lähtöjännitepiirin ja D2, joka on UF4007, erittäin nopea diodi estää tämän suurjännitepiikit ja vaimentaa sen turvalliseen arvoon, mikä on hyödyllistä TNY284DG: n DRAIN-nastan säästämiseksi..
Magneetti ja galvaaninen eristäminen
Muuntaja on ferromagneettinen, ja se ei vain muunna suurjännitevirtaa pienjännitevirraksi, vaan tarjoaa myös galvaanisen eristyksen. Muuntaja on EE16-muuntaja. Yksityiskohtainen muuntajan eritelmä näkyy muuntajan tietolomakkeessa, joka jaettiin aiemmin vaadittujen materiaalien osassa.
EMI-suodatin
EMI-suodatus tapahtuu C3-kondensaattorilla. C3-kondensaattori on korkeajännitteinen 2,2 nF 250 VAC -kondensaattori, joka lisää piirin immuniteettia ja vähentää suuria EMI-häiriöitä.
Toissijainen tasasuuntaaja ja Snubber-piiri
Muuntajan lähtö korjataan Schottky-diodilla SR360. Tämä on 60V 3A -diodi. Tämä Schottky-diodi D3 tuottaa tasavirtalähdön muuntajalta, joka edelleen korjataan suurella 1000uF 16 V: n kondensaattorilla C6.
Muuntajan ulostulo tarjoaa soittoäänen, jonka vaimennetaan piilopiirillä, jonka pieniarvoinen vastus ja kondensaattori muodostavat sarjayhteydessä, joka on rinnakkain ulostulotasasuuntaajan kanssa. Pieniarvoinen vastus on 22R ja pieniarvoinen kondensaattori on 470 pF. Nämä kaksi komponenttia R8 ja C5 luovat virtapiirin DC-lähtöosaan.
Suodatinosa
Suodatinosa luodaan LC-kokoonpanolla. C on suodatinkondensaattori C6. Se on matalan ESR-kondensaattori parempaan aaltoilun hylkäämiseen arvolla 100uF 16V ja induktori L1 on 3.3uH rumpusydämen kela.
Palauteosio
U1 TL431 tunnistaa lähtöjännitteen jännitteenjakajalla. Siksi aina kun jännitteenjakaja tuottaa täydellisen jännitteen, TL431 kytkee päälle optisen kytkimen, joka on PC817, nimeltään OK1.
Koska jännitetoimintoja on kaksi valittavaa 3,3 V ja 5 V, on kaksi jännitteenjakajaa, jotka on luotu käyttämällä kolmea vastusta R3, R4 ja R5. R5 on yhteinen kaikille kahdelle jakajalle, mutta R3 ja R4 ovat vaihdettavissa hyppääjällä. Tunnistettuaan linja U1 optoeristintä ohjataan, mikä laukaisee edelleen TNY284DG: n ja eristää galvaanisesti toissijaisen takaisinkytkennän tunnistavan osan ensisijaisella sivusäätimellä.
Ensimmäisen käynnistyksen aikana, koska tämä on paluukokoonpano, kuljettaja kytkeytyy päälle ja odottaa vastausta optoerottimelta. Jos kaikki on normaalia, kuljettaja jatkaa vaihtamista, muuten ohita kytkentäjaksot, ellei kaikki ole normaalia.
SMPS-piirilevyn suunnittelu
Kun piiri on valmis, voit testata sitä täydellä levyllä ja aloittaa sitten piirilevyn suunnittelulla. Olemme käyttäneet kotkia piirilevyn suunnittelussa, voit tarkistaa alla olevan kuvan. Voit myös ladata suunnittelutiedostot alla olevasta linkistä.
- Eagle-kaaviot ja piirilevysuunnittelu 5V / 3.3V SMPS: lle
Kuten näette, levyn koko on 63 mm 32 mm: lle, mikä on kohtuullisen pieni koko. Komponentit on sijoitettu turvalliselle etäisyydelle turvallisen käytön varmistamiseksi. Piirilevyn ylä- ja alapuoli on esitetty alla olevassa kuvassa. Se on kaksikerroksinen piirilevy, jonka suunniteltu paksuus on 35um kuparia. Lähtödiodi ja ohjain-IC tarvitsevat erityistä lämpöhuomioita lämmöntuotantoon liittyvissä tarkoituksissa. Lisäksi toissijaisella puolella tehdään ompelemalla parempaa maadoitettavuutta.
Voit myös huomata, että muutama SMD-komponentti on sijoitettu kortin takaosaan pitämään moduulin koko pienessä mitassa. On vain vähän suunnittelunäkökohtia, joita sinun on noudatettava, jos suunnittelet SMPS-piirilevyä. Katso lisätietoja tästä artikkelista SMPS-piirilevyn suunnitteluasetteluoppaasta.
Piirilevyn valmistus 12v 1A SMPS -piirille
Nyt ymmärrämme kuinka kaaviot toimivat, voimme jatkaa piirilevyn rakentamista SMPS: lle. Koska kyseessä on SMPS-piiri, suositellaan piirilevyä, koska se voi käsitellä melu- ja eristysongelmia. Yllä olevan piirin piirilevyn asettelu on myös ladattavissa Gerberinä linkistä.
- Lataa Gerber-tiedosto 5V / 3.3V SMPS-piirille
Nyt suunnittelumme on valmis, on aika saada ne valmistettua Gerber-tiedostolla. Voit tehdä piirilevyn PCBGOGO: lta melko helppoa yksinkertaisesti noudattamalla seuraavia ohjeita:
Vaihe 1: Mene osoitteeseen www.pcbgogo.com, rekisteröidy, jos olet ensimmäinen kerta. Syötä sitten piirilevyn prototyyppi -välilehdelle piirilevyn mitat, kerrosten määrä ja tarvitsemasi piirilevyn määrä. Olettaen, että piirilevy on 80 cm × 80 cm, voit asettaa mitat alla olevan kuvan mukaisesti.
Vaihe 2: Jatka napsauttamalla Lainaa nyt -painiketta. Sinut siirretään sivulle, jossa voit tarvittaessa asettaa muutamia lisäparametreja, kuten käytetyn materiaalin raitojen etäisyys jne. Mutta useimmiten oletusarvot toimivat hyvin. Ainoa asia, joka meidän on otettava huomioon tässä, on hinta ja aika. Kuten näette, rakennusaika on vain 2-3 päivää ja se maksaa vain 5 dollaria piirilevylle. Voit sitten valita haluamasi toimitustavan vaatimuksesi perusteella.
Vaihe 3: Viimeinen vaihe on lähettää Gerber-tiedosto ja jatkaa maksua. Varmistaaksesi prosessin sujuvuuden, PCBGOGO tarkistaa ennen maksun suorittamista, onko Gerber-tiedostosi kelvollinen. Näin voit olla varma, että piirilevysi on valmistusystävällinen ja tavoittaa sinut sitoutuneena.
Piirilevyn kokoaminen
Kun levy oli tilattu, se saapui minuun muutaman päivän kuluttua kuriirin kautta siististi merkittyyn, hyvin pakattuun laatikkoon, ja kuten aina, piirilevyn laatu oli mahtava. Minun vastaanottama piirilevy on esitetty alla. Kuten näette, sekä ylempi että alin kerros ovat osoittautuneet odotetusti.
Vias ja tyynyt olivat kaikki oikean kokoisia. Kesti noin 15 minuuttia kokoonpano piirilevylle toimivaksi piiriksi. Kokoonpano on esitetty alla.
5V / 3.3V SMPS -piirimme testaaminen
Komponentit ja testausinfrastruktuurin toimitti Iquesters Solutions. Muuntaja on kuitenkin käsintehty, voit myös rakentaa oman SMPS-muuntajan. Muuntaja tehdään tässä testausta varten 1A: lle. Voidaan käyttää oikeaa kääntösuhdetta 1,5 A: n muuntajalle annettujen muuntajan eritelmien mukaisesti. SMPS-korttimme näyttää tältä, kun kokoonpano on valmis.
Testatakseni nyt SMPS-korttimme aion käyttää sitä Variacilla ja säätää lähtövirtaa elektronisella DC-kuormalla. Alla olevassa kuvassa näkyy vanha säädettävä DC-kuormituksen kokoonpano SMPS-kortillemme. Voit testata sitä millä tahansa valitsemallasi kuormalla, mutta säädettävän tasavirtakuorman käyttäminen auttaa sinua arvioimaan virtalähteitäsi. Voit myös helposti rakentaa oman Arduino-pohjaisen säädettävän sähköisen DC-kuormituksen seuraamalla tätä linkkiä.
Kuten alla olevasta kuvasta näet, testasin SMPS-piirimme sekä 5 V: n että 3,3 V: n vaihtamalla hyppynastan. Lähtövirta testattiin jopa 850 mA: iin, mutta voit myös mennä 1,5 A: iin muuntajan suunnittelun perusteella.
Lisätietoja testauksesta ja rakentamisesta saat alla olevasta videolinkistä. Toivottavasti pidit artikkelista ja opit jotain hyödyllistä. Jos sinulla on kysyttävää, jätä ne alla olevaan kommenttiosioon tai käytä foorumeitamme.