- 5V 1A Güç Kaynağı için Tasarım Esasları
- 5V 1A SMPS Devresi için Gerekli Bileşenler
- 5V 1A SMPS Devre Şeması
- 5V-1A SMPS Devre Çalışması
- SMPS Devresini Oluşturmak
- 5V-1A SMPS Devre Tasarım İyileştirmeleri
Bir S cadı M ode p ower S upply (SMPS), herhangi bir elektronik tasarım ayrılmaz bir parçasıdır. Şebeke yüksek voltajlı AC'yi düşük voltajlı DC'ye dönüştürmek için kullanılır ve bunu önce şebeke AC'yi yüksek voltaj DC'ye dönüştürerek, ardından istenen voltajı oluşturmak için yüksek voltaj DC'yi değiştirerek yapar. Daha önce bu 5V 2A SMPS devresi ve 12V 1A TNY268 SMPS devresi gibi birkaç SMPS devresi yaptık. Hatta sürücü IC ile birlikte SMPS tasarımlarımızda kullanılabilecek kendi SMPS transformatörümüzü bile yaptık.
Fark etmeyebilirsiniz, ancak mobil şarj cihazı, dizüstü bilgisayar şarj cihazı, Wi-Fi Yönlendiricileri gibi ev ürünlerinin çoğu, çalışmak için bir anahtarlama modu güç kaynağına ihtiyaç duyar ve bunların çoğu 5V'dur. Bunu göz önünde bulundurarak, bu makalede, eski bir atılabilir PC ATX güç kaynağından parçaları kurtararak 5V, 1A SMPS devresini nasıl kurabileceğinizi göstereceğiz.
Uyarı: AC şebekesiyle çalışmak, önceden beceriler ve denetim gerektirir. Eski bir SMPS'yi açmayın veya deneyiminiz olmadan yeni bir SMPS oluşturmayı denemeyin. Yüklü kapasitörler ve canlı kablolar etrafında dikkatli olun. Uyarıldınız, dikkatli bir şekilde ilerleyin ve ihtiyaç duyduğunuz her yerde uzman rehberliği alın.
5V 1A Güç Kaynağı için Tasarım Esasları
Daha fazla devam etmeden önce, bazı temel tasarım değerlendirmelerini ve koruma özelliklerini açıklayalım.
Neden bir bilgisayar güç kaynağından bir SMPS devresi oluşturmalısınız?
Benim için ucuz, sonra yine ucuz, çok pahalı bir kelime, kelimenin tam anlamıyla ücretsiz. Nasıl olduğunu sorabilirsin? Sadece yerel PC servis mağazalarınızla konuşun, size en azından benim için ücretsiz olarak verecekler. Ayrıca, arkadaşlarınıza etrafta yatan bu kırıklardan herhangi birinin olup olmadığını sorun.
Devre için transformatörü inşa etmek / tedarik etmek, herhangi bir SMPS tasarımının en önemli kısmıdır, ancak bu yöntem transformatörü kurtararak bu adımı tamamen ortadan kaldırır, ayrıca benim gibi elektronik bir hurda iseniz çok iyi bir öğrenme deneyimi ile birlikte gelir. Gerekli parçaları kurtardıktan sonra ATX güç kaynağım aşağıda gösterilmiştir.
Bu tasarımla bir potansiyometre ekleyebilir ve çıkış voltajını biraz değiştirebilirsiniz. bu bazı durumlarda kullanışlı olabilir ve devre ile ilgili en ilginç şey, çok genel parçalardan yapılmış olmasıdır, bu nedenle bir şey patlarsa onları bulmak ve değiştirmek çok kolay bir iştir.
SMPS devreleri farklı koşullarda farklı çalışır, eğer bu devreyi kuruyorsanız, gerçek giriş-çıkış karakteristiğini bilerek, devre ile ilgili herhangi bir sorun bulursanız, devrede hata ayıklamanıza yardımcı olabilir.
Giriş gerilimi:
Standart PC PSU'nun giriş voltajı 220V olduğundan, kurtarılmış devremiz de bu voltajda çalışır. Ancak mevcut tablo kurulumumla devreyi 85V giriş voltajı ile de çalıştırmaya çalışacağım.
Çıkış voltajı:
Devrenin çıkış voltajı, 1A akım değerine sahip 5V'dur, bu da bu devrenin 5W'lık bir gücü kaldırabileceği anlamına gelir. Bu devre sabit voltaj modunda çalışır, bu nedenle çıkış voltajı, yük akımından bağımsız olarak hemen hemen aynı kalmalıdır.
Çıktı Dalgalanması:
Bu devredeki trafo, profesyonel bir üretici tarafından yapılmıştır, bu nedenle düşük bir dalgalanma bekleyebiliriz. Noktalı bir tahtada inşa edildiğinden, normalden biraz daha fazla dalgalanma bekleyebiliriz.
Koruma Özellikleri:
Genel olarak, birçok koruma devresi SMPS tasarımı vardır, ancak devremiz eski bir PC PSU'dan yapılmıştır, bu nedenle son uygulamamızın gereksinimine göre koruma özellikleri ekleyebilir veya çıkarabiliriz. Daha önce oluşturduğumuz aşağıdaki koruma devrelerini de kontrol edebilirsiniz.
- Aşırı Gerilim Koruma Devresi
- Ters Polarite Koruma Devresi
- Kısa Devre Koruma Devresi
- Ani Akım Koruması
IoT projelerime güç sağlamak için bu devreyi kullanacağım. Bu yüzden girişte eriyebilir bir direnç olan minimum koruma özelliği ve çıkış bölümünde bir aşırı gerilim koruma devresi ile gitmeye karar verdim.
Dolayısıyla, özetlemek gerekirse, güç kaynağımızın AC şebeke voltajı 220V AC, çıkış voltajı ise 1A maksimum çıkış akımı ile 5V DC olacaktır. Çıkış dalgalanma voltajını olabildiğince düşük yapmaya çalışacağız ve çıkış aşırı voltaj koruma devresine sahip bir giriş sigortalı direncimiz var.
5V 1A SMPS Devresi için Gerekli Bileşenler
Sl. Yok hayır |
Parçalar |
Tür |
Miktar |
Şematik Parçası |
1 |
4.7R |
Direnç |
1 |
R1 |
2 |
39R |
Direnç |
1 |
R10 |
3 |
56R, 1W |
Direnç |
1 |
R9 |
4 |
100R |
Direnç |
2 |
R7, R6 |
5 |
220R |
Direnç |
1 |
R5 |
6 |
100 bin |
Direnç |
1 |
R2 |
7 |
560 bin, 1 W |
Direnç |
2 |
R3, R4 |
8 |
1N4007 |
Diyot |
4 |
D2, D3, D4, D5 |
9 |
UF4007 |
Diyot |
1 |
D6 |
10 |
1N5819 |
Diyot |
1 |
D1 |
11 |
1N4148 |
Diyot |
1 |
D7 |
12 |
103,50V |
Kondansatör |
C4 |
|
13 |
102, 1KV |
Kondansatör |
2 |
C3 |
14 |
10 uF, 400V |
Kondansatör |
1 |
C1 |
15 |
100 uF, 16V |
Kondansatör |
1 |
C6 |
16 |
470 uF |
Kondansatör |
2 |
C7, C8 |
17 |
222pF, 50V |
Kondansatör |
1 |
C5 |
18 |
3,3 uH, 2,66 A |
Bobin |
1 |
L2 |
19 |
2SC945 |
Transistör |
1 |
T1 |
20 |
C5353 |
Transistör |
1 |
Q1 |
21 |
PC817 |
Optokuplör |
1 |
Tamam1 |
22 |
TL431CLP |
Voltaj referansı |
1 |
VR1 |
23 |
10 bin |
Trim Potu |
1 |
R11 |
24 |
Vidalı terminal |
5 mm |
2 |
S1, S2 |
25 |
1N5908 |
Diyot |
1 |
D9 |
26 |
Transformatör |
PC PSU'dan |
1 |
TR1 |
5V 1A SMPS Devre Şeması
Aşağıdaki resim, bu eğitimde oluşturacağımız 5V 1A SMPS Güç kaynağının şemalarını göstermektedir.
Devreyi bir breadboard üzerine kurdum ve tamamlandığında böyle görünüyordu.
Devreyi birçok fonksiyonel bloğa bölerek anlayalım ve her bloğu anlayalım.
Eriyebilir Direnç:
Birincisi, iki amaca hizmet eden R1'e sahibiz. İlk olarak, eriyebilir bir direnç görevi görür. İkincisi, akım sınırlayıcı bir direnç görevi görür.
Köprü Doğrultucu ve Filtre:
Daha sonra, AC'yi DC'ye dönüştürmek için bir 10uF filtre kapasitörünün yanı sıra dördü köprü doğrultucuyu oluşturan 1N4007 diyotlarımız, D2, D3, D4, D5 var.
Lütfen PI filtresini çıkardığımı unutmayın çünkü bu güç kaynağını bir pili şarj etmekten başka kullanmayacağım, bu şekilde kullanmayı düşünüyorsanız, bir EMI filtresi gerekir, her zaman aynı şekilde çıkarabilirsiniz. güç kaynağı. PI filtresinin ne olduğundan veya nasıl çalıştığından emin değilseniz bağlantılı makaleye göz atabilirsiniz. Daha önce tartıştığımız SMPS devresinde EMI'yi azaltmak için diğer tasarımları da inceleyebilirsiniz.
Başlangıç Dirençleri:
R3 ve R4, oluşturan başlangıç dirençleri, makalede daha sonra direnç hakkında daha tartışacağız güç uygulandığı zaman, başlangıç dirençleri primer çevirmeli transistörün tabanına güç sorumludur, .
Kollektör Voltaj Sınırlama Kelepçesi:
Birincil anahtarlama transistörü Q1 C3, R2 ve D6'nın toplayıcı voltajını sınırlamak için bir kelepçe devresi oluşturur ve bu, kapanma sırasında tepe voltajını düşürmek ve zil sesini bastırmak için bir söndürücü ağı kullanmanın çok iyi bir örneğidir. Çoğu durumda, söndürücü bileşenleri (Rs ve Cs) için uygun değerleri belirlemek için çok basit bir tasarım tekniği kullanılabilir. Daha optimum bir tasarımın gerekli olduğu durumlarda, biraz daha karmaşık bir prosedür kullanılır.
Birincil ve Yardımcı Anahtarlama Transistörü:
Transistör Q1, C5353, ana anahtarlama transistörüdür ve T1, devredeki yardımcı anahtarlama transistörüdür. C4 ve R5, ana anahtarlama sinyalini üreten birincil osilatörü oluşturur.
Geri Bildirim ve Kontrol Devresi:
PC817 optik bağlayıcı Tamam1 birlikte voltaj referansı VR1 ve diyot 4148 formları geri bildirim ve Kontrol Devresi Bu kısım diğer direnç sunar bir voltaj bölücü, akım sınırlama rezistörü ve filtre kondansatörü olarak hareket eder. Bunun dışında gerilimi gereksinime göre kesmek için potansiyometre R11 ekledim.
Transformatör, Çıkış Doğrultucu ve Filtre:
Transformatör T1, yalnızca yüksek voltajlı AC'yi düşük voltajlı bir AC'ye dönüştürmekle kalmayan, aynı zamanda galvanik izolasyon sağlayan ferromanyetik bir malzemeden yapılmıştır. Transformatör T1'de 4 sargı vardır Pin 1, 2 ve 3 sekonder sargıdır, Pin no 4, 5 yardımcı sargıdır, pin no 6 ve 7 birincil sargıdır.
Diyot D1 ve D9, devre için doğrultucu diyotlardır. Kondansatör C8, 12V'nin filtrelenmesinden sorumludur ve C6 ve C7 kondansatörü, L2 ile birlikte çıkış bölümü için PI filtresini oluşturur.
Aşırı Gerilim Koruma Devresi:
Uygulama cihazınızın hasar görmesini önlemek için ek bir aşırı gerilim koruma devresi eklenebilir, yukarıda gördüğünüz gibi bir sigorta ve Zener diyotundan oluşan çok basit bir devre Bir aşırı gerilim durumu meydana gelirse, Zener diyotu patlayacaktır. Hızlı Üfleme Sigortasını onunla patlatmak
5V-1A SMPS Devre Çalışması
Şimdi, bu temizlendi, devrenin nasıl çalıştığını anlayalım, Devreye güç uygulandığında, şebeke AC, doğrultucu diyotlar ve kondansatör tarafından doğrultulur ve filtrelenir. Bundan sonra, iki başlangıç direnci R3, R4, akımı transistörün tabanına sınırlar, bu nedenle birincil transistör hafifçe yanar, şimdi transistörün pimi 6 ve 7 olan transformatörün birincil sargısından biraz akım geçer..
Bu az miktarda akım yardımcı sargıya enerji verir, bu yardımcı sargı 103pF kapasitör C4'ü 220 Ohm direnç R5 üzerinden şarj etmeye başlar. Yine yardımcı taraftaki voltaj 1N4148 doğrultucu diyot ile optokuplörün kollektörüne bağlanır, bu voltaj optokuplörün vericisinden çıkar ve bir voltaj bölücü ile bölünür. Şimdi C5, 222PF kapasitör şarj olmaya başlar Bu kapasitör belirli bir seviyeye şarj edildiğinde, yardımcı transistör T1 açılır ve birincil transistör kapanır ve C5 kapasitör boşalır.
Ve döngü bir kez daha tekrar etmeye başlar, böylece bir anahtarlama sinyali üretilir. Anahtarlama işlemi başladığında, gerilim trafonun sekonderinde sekonderden indüklenir, VR1 yardımı ile Tl431 gerilim referansı ile bir geri besleme devresi yapılır, referans gerilimini ayarlayarak açma kapama zamanını ayarlayabiliriz yardımcı transistörün, böylece çıkış voltajını kontrol edebiliriz.
SMPS Devresini Oluşturmak
Bu gösteri için devre, şematik yardımıyla noktalı bir tahtada inşa edilmiştir; Lütfen gösteri için tezgahımda devreyi test ettiğimi ve bu nedenle aşırı voltaj koruması ve kısa devre koruması gibi pek çok koruma özelliği eklemediğimi unutmayın. Bunu başka bir şeye güç sağlamak için kullanıyorsanız, bu koruma ve filtreleme devrelerine önerilir.
Devreyi test etmek için yukarıdaki test kurulumu kullanıldı, güç kaynağının çıkış voltajı potansiyometre kullanılarak 5,1 V'a ayarlandı ve en yüksek durumda 1A akım çekebilmesi için 1A güç kaynağı oldu.
Yukarıdaki görselde görebileceğiniz gibi yük ile test etmek için 5V'de SMPS devremizden yaklaşık 1.157A tüketen bir yük olarak bazı dirençler kullandım. Test videosunun tamamı bu makalenin altında bulunabilir.
5V-1A SMPS Devre Tasarım İyileştirmeleri
Bu devrenin EMI yanıtını iyileştirmek için girişe bir EMI filtresinin eklenebilmesi gibi bu devrede geliştirilebilecek pek çok şey vardır. Ardından, devrenin genel performansını iyileştirmek için bir Çıkış aşırı akımı ve kısa devre koruması eklenebilir. Ayrıca, girişi aşırı gerilimden korumak için bir Giriş aşırı gerilimi ve aşırı gerilim koruması eklenebilir. Ve son olarak, devre bir PCB kartında oluşturulmuşsa, EMI yanıtı büyük ölçüde geliştirilebilir.
Umarım öğreticiyi anladınız ve SMPS devrelerinizi nasıl kuracağınızı öğrendiniz. Herhangi bir sorunuz varsa, aşağıdaki yorum bölümüne bırakın veya daha fazla soru için forumlarımızı kullanın.