Gömülü ve IoT projeleri için kendi kompakt 5v / 3.3v smps devrenizi tasarlayın

DC devrelerinize AC şebeke ile güç sağlamanın basit bir yolu, 230V şebeke voltajını düşürmek ve köprü doğrultucu olarak birkaç diyot eklemek için bir düşürücü transformatör kullanmaktır. Ancak çok büyük alan boyutu ve diğer dezavantajları nedeniyle, tüm amaçlar için kullanılamaz. Bir diğer en popüler ve profesyonel yol, AC şebekenizi gerektiği gibi geniş bir DC voltaj aralığına dönüştürmek için Anahtar Modu Güç Kaynağı Devrelerini kullanmaktır, normal 12V adaptörden Dizüstü Şarj Cihazına kadar hemen hemen her tüketici elektroniği, gerekli DC'yi sağlamak için bir SMPS devresine sahiptir. çıkış gücü.

Circuitdigest'de, birkaç popüler SMPS devresi inşa ettik.Farklı derecelendirmeler için, yani her biri farklı uygulamalar için kullanılabilen 12V 1A Viper 22A SMPS, 5V 2A SMPS ve 12V 1A SMPS devresi. Bu sefer genel amaçlı kullanılabilen ve uzayla ilgili durumlarda kullanılmak üzere basit bir modül şekline sahip bir SMPS oluşturacağız. Günümüzde Nesnelerin İnterneti, 5V veya 3.3V'de çalışan NodeMCU, ESP32 ve ESP12E gibi çeşitli wifi tabanlı işlemcileri kullanıyor. Bu modüller oldukça kompakttır ve bu nedenle bu kartlara güç sağlamak için ayrı bir SMPS devresi kullanmak yerine aynı karta gidebilen daha küçük SMPS devrelerini kullanmak mantıklıdır. Bu nedenle, bu makalede, 5V veya 3.3V (jumper kullanılarak yapılandırılabilir donanım) çıkış yapabilen bir SMPS devresinin nasıl oluşturulacağını öğreneceğiz, devre tasarımı ve PCB düzeni de sağlanmıştır, böylece bunu mevcut tasarımınıza kolayca aktarabilirsiniz.Burada PCB kartlarımız, Çin merkezli düşük maliyetli, yüksek kaliteli bir PCB prototipi ve PCB montaj hizmeti şirketi olan PCBGoGo tarafından üretilmektedir.

SMPS'nin derecesi 5V veya 3.3V 1.5A'dır, çünkü geliştirme kartının çoğu 5V veya 3.3V mantık seviyesi voltajları kullanır ve 1.5A, IoT tabanlı uygulamaların çoğu için yeterince iyi olmalıdır. Ancak, bu SMPS'nin giriş bölümünde boyutu ve maliyeti düşürmek için herhangi bir filtre bulunmadığını unutmayın. Bu nedenle, bu SMPS yalnızca mikrodenetleyici kartlarına güç sağlamak veya şarj etmek için kullanılabilir. Çalıştırma sırasında kullanıcının ulaşamayacağı bir yerde tutulacağından emin olun.

Uyarı: SMPS devreleriyle çalışmak, potansiyel olarak ölümcül olan AC şebeke voltajını içerdiğinden tehlikeli olabilir. AC şebekesiyle çalışma deneyiminiz yoksa bunu oluşturmaya çalışmayın. Her zaman canlı kablolara ve şarj edilmiş kapasitörlere dikkat edin, gerekirse koruyucu araçlar kullanın ve gözetim yapın. Uyarıldın!!

5V / 3.3V SMPS Kart Özellikleri

SMPS, aşağıdaki özelliklere sahip olacaktır.

1. 85VAC ila 230VAC giriş.
2. 5V veya 3.3V seçilebilir 2A çıkış.
3. Açık çerçeve yapımı
4. Kısa devre ve Aşırı gerilim koruması
5. Düşük maliyetli özelliklere sahip küçük boyut.

SMPS Devresi (BOM) için Gerekli Malzemeler

1. Sigorta 1A 250VAC Yavaş Darbe
2. Diyot Köprüsü DB107
3. 10 uF / 400V
4. P6KE Diyot
5. UF4007
6. 2Meg - 2 Adet - 0805 paket
7. 2.2nF 250VAC
8. TNY284DG
9. 10uF / 16V - 0805 paketi
10. PC817
11. 1k - 0805 paketi
12. 22R - 2 adet - 0805 paketi
13. 100 nF - 0805 paketi
14. 431 TL
15. SR360
16. 470pF 100V - 0805 paketi
17. 1000 uF 16V
18. 3.3uH - Tambur göbeği
19. 2.2nF 250VAC

Not: Tüm parçalar, tasarımcılar için kolayca erişilebilir olacak şekilde seçilmiştir. SMPS trafosunun bu veri sayfası kullanılarak özel olarak oluşturulması gerekir. Bir tane inşa etmek için bir satıcı kullanabilir veya bağlantıyı kullanarak SMPS transformatörünüzü tasarlayabilir ve kurabilirsiniz.

Bu SMPS, güç entegrasyonu IC TNY284DG kullanılarak tasarlanmıştır. Bu SMPS Dalgıç IC bu vat miktarı amaca uygundur sıra sıra IC SMD paketinde kullanılabilir olarak SMPS için en uygundur. Aşağıdaki görüntü TNY284DG'nin watt spesifikasyonunu göstermektedir.

Gördüğümüz gibi, TNY284DG bizim seçeneğimiz için mükemmel. Yapı açık bir çerçeve olduğundan, 8,5W'lık çıkış gücü ile eşleşecektir. Yani 5V'de kolayca 1.5A sağlayabilir.

5V / 3.3V SMPS Devre Şeması

Bu SMPS'nin yapımı oldukça basit ve anlaşılırdır. Bu tasarım, Power Integration yonga setini bir SMPS sürücü IC'si olarak kullanır. Devrenin şeması aşağıdaki resimde görülebilir.

İnşaat ve Çalışma

Doğrudan prototip parçasını oluşturmaya geçmeden önce, devre çalışmasını inceleyelim. Devre aşağıdaki bölümlere sahiptir:

1. Giriş Koruması
2. AC-DC dönüşümü
3. Sürücü devresi veya Anahtarlama devresi
4. Düşük voltaj kilitleme koruması.
5. Kelepçe devresi
6. Manyetik ve galvanik izolasyon
7. EMI Filtreleme
8. İkincil Doğrultucu ve durdurucu devre
9. Filtre Bölümü
10. Geri bildirim bölümü.

Giriş Koruması

F1, SMPS'yi yüksek yük ve arıza koşullarından koruyacak yavaş atan bir sigortadır. SMPS giriş bölümü, herhangi bir EMI filtresi kullanmaz. Bu, 1A 250VAC yavaş atan bir sigortadır ve SMPS'yi arıza koşullarında koruyacaktır. Ancak bu sigorta cam sigorta ile değiştirilebilir. Farklı sigorta türleri hakkındaki makaleye de göz atabilirsiniz.

AC-DC Dönüşümü

B1, diyot köprü doğrultucusudur. Bu, 1A 700V diyot köprüsü olan DB107'dir. Bu, AC girişini DC voltajına dönüştürecektir. Ek olarak, 10uF 400V kapasitör, DC dalgalanmasını düzeltmek için gerekli olacak ve hem sürücü devresine hem de Transformatöre düzgün bir DC çıkışı sağlayacaktır.

Sürücü Devresi veya Anahtarlama Devresi

Bu SMPS'nin ana bileşenidir. Transformatörün birincil tarafı, anahtarlama devresi TNY284DG tarafından uygun şekilde kontrol edilir. Anahtarlama frekansı 120-132 kHz'dir. Bu yüksek anahtarlama frekansı nedeniyle, daha küçük transformatörler kullanılabilir.

Yukarıdaki pin düzeni diyagramı TNY284DG pin çıkışlarını göstermektedir. TNY284DG olan anahtarlama sürücüsü IC1, C2 bir 10uF 16V kapasitör kullanır. Bu kapasitör, TNY284DG'nin dahili devresine düzgün bir DC çıkışı sağlar.

Düşük Gerilim Kilitleme Koruması

Transformatör, büyük bir indüktör görevi görür. Bu nedenle, her bir anahtarlama döngüsünde, transformatör, transformatörün kaçak indüktöründen dolayı yüksek voltaj yükselmelerine neden olur. Bir P6KE160 diyot olan Zener diyot D1, çıkış voltaj devresini ve bir Ultra Hızlı diyot olan UF4007 olan D2'yi kelepçeleyin, bu yüksek voltaj yükselmelerini engeller ve TNY284DG'nin DRAIN pinini kurtarmak için yararlı olan güvenli bir değere düşürür..

Manyetik ve Galvanik İzolasyon

Transformatör ferromanyetiktir ve sadece yüksek voltajlı AC'yi düşük voltajlı bir AC'ye dönüştürmez, aynı zamanda galvanik izolasyon sağlar. Transformatör bir EE16 Transformatörüdür. Detaylı trafo özellikleri, daha önce gerekli malzemeler bölümünde paylaşılan trafo veri sayfasında görülebilir.

EMI Filtresi

EMI filtreleme C3 kapasitör tarafından yapılır. C3 kapasitör, devre bağışıklığını artıran ve yüksek EMI parazitini azaltan yüksek voltajlı bir 2.2nF 250VAC kapasitördür.

İkincil Doğrultucu ve Snubber Devresi

Transformatörden gelen çıktı, bir Schottky diyot SR360 kullanılarak düzeltilir. Bu bir 60V 3A Diyottur. Bu Schottky diyot D3, büyük 1000uF 16V kapasitör C6 tarafından daha da düzeltilen transformatörden DC çıkışı sağlar.

Transformatörün çıkışı, çıkış redresörü ile paralel olan seri bağlantıdaki düşük değerli direnç ve kondansatör tarafından oluşturulan durdurucu devre tarafından bastırılan bir çınlama dalgası sağlar. Düşük değerli direnç 22R ve düşük değerli kondansatör 470 pF'dir. Bu iki bileşen R8 ve C5, DC çıkış bölümünde frenleme devresini oluşturur.

Filtre Bölümü

Filtre bölümü, bir LC yapılandırması kullanılarak oluşturulur. C, filtre kondansatörü C6'dır. 100 uF 16V değerinde daha iyi dalgalanma reddi için Düşük ESR kapasitördür ve L1 indüktör 3,3uH tambur çekirdek indüktördür.

Geri Bildirim Bölümü

Çıkış voltajı, bir voltaj bölücü tarafından U1 TL431 tarafından algılanır. Bu nedenle, voltaj bölücü mükemmel bir voltaj ürettiğinde, TL431, OK1 olarak belirtilen PC817 olan bir opt bağlaştırıcıyı açar.

3.3V ve 5V olmak üzere iki seçilebilir voltaj çalışması olduğundan, üç direnç R3, R4 ve R5 kullanılarak oluşturulmuş iki voltaj bölücü vardır. R5, iki bölücünün tümü için ortaktır, ancak R3 ve R4 bir jumper kullanılarak değiştirilebilir. Hat U1'i algıladıktan sonra, optokuplör kontrol edilir, bu da TNY284DG'yi daha da tetikler ve ikincil geri besleme algılama bölümünü birincil yan denetleyici ile galvanik olarak izole eder.

İlk çalıştırma sırasında, bu bir geri dönüş konfigürasyonu olduğundan, sürücü anahtarı açar ve optocoupler'dan yanıt bekler. Her şey normalse, sürücü değiştirmeye devam eder, aksi takdirde her şey normale dönmedikçe anahtarlama döngülerini atlar.

SMPS PCB'mizi Tasarlamak

Devre tamamlandıktan sonra, onu bir performans kartında test edebilir ve ardından PCB tasarımınıza başlayabilirsiniz. PCB'yi tasarlamak için kartal kullandık, aşağıdaki düzen resmine göz atabilirsiniz. Tasarım dosyalarını aşağıdaki bağlantıdan da indirebilirsiniz.

• 5V / 3.3V SMPS için Eagle Şemaları ve PCB Tasarımı

Gördüğünüz gibi tahta boyutu 32 mm için 63 mm'dir ve bu oldukça küçük bir boyuttur. Güvenli çalışmayı sağlamak için bileşenler güvenli bir mesafeye yerleştirilmiştir. PCB'mizin üst ve alt tarafı aşağıdaki resimde gösterilmektedir. Planlanan kalınlığı 35um bakır olan çift katmanlı bir PCB kartıdır. Çıkış diyotu ve sürücü IC, ısı dağılımıyla ilgili amaçlar için özel termal değerlendirmeye ihtiyaç duyar. Ayrıca, ikincil tarafta daha iyi zemin bağlantısı için dikiş yoluyla yapılır.

Modül boyutunu küçük bir boyutta tutmak için kartın arka tarafına birkaç SMD bileşeninin yerleştirildiğini de fark edebilirsiniz. SMPS PCB'nizi tasarlıyorsanız, izlemeniz gereken birkaç tasarım düşüncesi vardır, daha fazlasını öğrenmek için SMPS PCB tasarım Düzen Kılavuzu hakkındaki bu makaleye göz atın.

12v 1A SMPS Devresi için PCB Üretimi

Şimdi şemaların nasıl çalıştığını anlıyoruz, SMPS'miz için PCB oluşturmaya devam edebiliriz. Bu bir SMPS devresi olduğundan, gürültü ve izolasyon sorunları ile başa çıkabileceği için bir PCB önerilir. Yukarıdaki devre için PCB düzeni, bağlantıdan Gerber olarak indirilebilir.

• 5V / 3.3V SMPS Devre için Gerber dosyasını indirin

Artık tasarımımız hazır, onları Gerber dosyası kullanarak üretme zamanı. PCB'yi PCBGOGO'dan yapmak oldukça kolaydır, aşağıdaki adımları uygulamanız yeterlidir.

Adım 1: www.pcbgogo.com'a girin, ilk seferinizse kayıt olun. Ardından PCB Prototype sekmesinde PCB'nizin boyutlarını, katman sayısını ve ihtiyacınız olan PCB sayısını girin. PCB'nin 80cm × 80cm olduğunu varsayarsak, boyutları aşağıda gösterildiği gibi ayarlayabilirsiniz.

Adım 2: Şimdi Alıntı Yap düğmesine tıklayarak devam edin. Malzeme kullanılan iz aralığı vb. Gibi gerekirse birkaç ek parametrenin ayarlanacağı bir sayfaya yönlendirileceksiniz. Ancak çoğunlukla varsayılan değerler iyi çalışacaktır. Burada dikkate almamız gereken tek şey fiyat ve zamandır. Gördüğünüz gibi, Yapım Süresi sadece 2-3 gündür ve PCB için maliyeti sadece 5 $ 'dır. Ardından, ihtiyacınıza göre tercih edilen bir gönderim yöntemi seçebilirsiniz.

3. Adım: Son adım, Gerber dosyasını yüklemek ve ödemeye devam etmektir. İşlemin sorunsuz olduğundan emin olmak için PCBGOGO, ödemeye devam etmeden önce Gerber dosyanızın geçerli olup olmadığını doğrular. Bu şekilde, PCB'nizin imalat dostu olduğundan ve kararlı bir şekilde size ulaşacağından emin olabilirsiniz.

PCB'nin montajı

Tahta sipariş edildikten sonra, birkaç gün sonra düzgünce etiketlenmiş, iyi paketlenmiş bir kutuda kuryeyle bana ulaştı ve her zaman olduğu gibi PCB'nin kalitesi harikaydı. Tarafımdan alınan PCB aşağıda gösterilmiştir. Gördüğünüz gibi hem üst hem de alt katman beklendiği gibi çıktı.

Via'lar ve pedlerin hepsi doğru boyuttaydı. PCB kartını çalışan bir devreye monte etmem yaklaşık 15 dakika sürdü. Montajı yapılan kart aşağıda gösterilmiştir.

5V / 3.3V SMPS Devremizi Test Etme

Bileşenler ve test altyapısı Iquesters Solutions tarafından sağlandı. Ancak Transformer el yapımıdır, kendi SMPS transformatörünüzü de oluşturabilirsiniz. Burada test amaçlı transformatör 1A için yapılmıştır. Verilen trafo özelliklerine göre 1.5A trafo için uygun dönüş oranı kullanılabilir. SMPS kartımız montaj tamamlandığında böyle görünüyor.

Şimdi SMPS kartımızı test etmek için, onu bir Variac kullanarak çalıştıracağım ve çıkış akımını ayarlamak için bir Elektronik DC yük kullanacağım. Aşağıdaki resim, SMPS kartımıza bağlı eski Ayarlanabilir DC yük kurulumumu göstermektedir. İstediğiniz herhangi bir yükle test edebilirsiniz, ancak Ayarlanabilir DC yükü kullanmak güç kaynağı kartlarınızı değerlendirmenize yardımcı olacaktır. Bu bağlantıyı takip ederek kendi Arduino tabanlı Ayarlanabilir Elektronik DC Yükünüzü de kolayca oluşturabilirsiniz.

Aşağıdaki görselde de görebileceğiniz gibi, SMPS devremizi hem 5V hem de 3.3V için jumper pinini değiştirerek test ettim. Çıkış akımı 850mA'ya kadar test edildi, ancak trafo tasarımınıza bağlı olarak 1.5A'ya da gidebilirsiniz.

Test ve yapım hakkında daha fazla bilgi için lütfen aşağıdaki video bağlantısına göz atın. Umarım makaleyi beğenmişsinizdir ve faydalı bir şeyler öğrenmişsinizdir. Herhangi bir sorunuz varsa, lütfen aşağıdaki yorum bölümüne bırakın veya forumlarımızı kullanın.