תכנן את מעגל ה- smps הקומפקטי שלך 5v / 3.3v לפרויקטים מוטבעים ו- iot

דרך גסה להפעלת מעגלי DC שלכם באמצעות זרם זרם חילופין היא להשתמש בשנאי צעד למטה להפחתת מתח הרשת 230V ולהוספת כמה דיודות כמיישר גשר. אך בשל גודל השטח העצום וחסרונות אחרים, לא ניתן להשתמש בו לכל המטרות. דרך פופולארית ומקצועית נוספת היא להשתמש במעגלי ספק כוח למתג לצורך המרת רשת החשמל למגוון רחב של מתח זרם כנדרש, כמעט לכל מוצרי אלקטרוניקה לצרכן, ממתאם רגיל של 12 וולט למטען למחשב נייד, יש מעגל SMPS המספק את זרם ה- DC הנדרש. הספק יציאה.

ב- circuitdigest כבר בנינו מעט מעגלי SMPS פופולרייםלדירוגים שונים, כלומר מעגל 12V 1A Viper 22A SMPS, 5V 2A SMPS ומעגל SMPS 12V 1A שכל אחד מהם יכול לשמש ליישומים שונים. הפעם, נבנה SMPS שיכול לשמש למטרות כלליות ובעל צורת מודול פשוטה לשימוש במצבים הקשורים לחלל. כיום, האינטרנט של הדברים משתמש במעבדים מבוססי wifi שונים כמו NodeMCU, ESP32 ו- ESP12E וכו 'הפועלים על 5 וולט או 3.3 וולט. מודולים אלה הם קומפקטיים ביותר ולכן להפעלת הלוחות הללו, הגיוני להשתמש במעגלי SMPS קטנים יותר שיכולים לעבור על אותו הלוח, במקום להשתמש במעגל SMPS נפרד. מכאן שבמאמר זה נלמד כיצד לבנות מעגל SMPS שיכול להפיק 5 וולט או 3.3 וולט (ניתן להגדרה של חומרה באמצעות מגשר), תכנון המעגל ופריסת ה- PCB מסופקים, כך שתוכל פשוט להעביר זאת לעיצוב הקיים שלך.הנה לוחות ה- PCB שלנו מיוצרים על ידי PCBGoGo, אב טיפוס PCB באיכות גבוהה בעלות נמוכה בסין וחברת שירותי הרכבת PCB.

הדירוג של ה- SMPS הוא 5V או 3.3V 1.5A שכן רוב לוח הפיתוח משתמש במתח ברמה לוגית 5V או 3.3V ו- 1.5A אמור להיות מספיק טוב עבור רוב היישומים מבוססי ה- IoT. אך שים לב כי ל- SMPS זה אין מסננים בקטע הקלט כדי להפחית את הגודל והעלות. לכן ניתן להשתמש ב- SMPS זה להפעלת לוחות מיקרו-בקר או למטרות טעינה. וודא שהוא מכוסה מהישג ידו של המשתמש בעת הפעלתו.

אזהרה: עבודה עם מעגלי SMPS עלולה להיות מסוכנת מכיוון שזה כרוך במתח רשת החשמל שעלול להיות קטלני. אל תנסו לבנות זאת אם אין לכם ניסיון בעבודה עם רשת החשמל. הישאר תמיד בזהירות עם חוטים חיים וקבלים טעונים, השתמש בכלי מגן ופיקוח במידת הצורך. ראה הוזהרת!!

מפרטי לוח SMPS 5V / 3.3V

ל- SMPS יהיו המפרט הבא.

1. קלט 85VAC ל- 230VAC.
2. פלט 2A לבחירה 5V או 3.3V.
3. בניית מסגרת פתוחה
4. הגנה קצרה ומתח יתר
5. גודל קטן עם תכונות בעלות נמוכה.

חומרים הנדרשים למעגל SMPS (BOM)

1. נתיך 1A 250VAC מכה איטית
2. גשר דיודות DB107
3. 10uF / 400V
4. דיודת P6KE
5. UF4007
6. 2 מג - 2 יחידות - 0805 חבילה
7. 2.2nF 250VAC
8. TNY284DG
9. 10uF / 16V - 0805 חבילה
10. PC817
11. חבילה 1k - 0805
12. 22R - 2 יחידות - 0805 חבילה
13. 100 nF - 0805 חבילה
14. TL431
15. SR360
16. 470pF 100V - 0805 חבילה
17. 1000uF 16V
18. 3.3uH - ליבת תוף
19. 2.2nF 250VAC

הערה: כל החלקים נבחרו להיות זמינים עבור מעצבים. שנאי SMPS צריך להיות מותאם אישית באמצעות גליון נתונים זה. אתה יכול להשתמש בספק כדי לבנות אחד כזה או לעצב ולפותל את שנאי ה- SMPS שלך באמצעות הקישור.

SMPS זה תוכנן באמצעות שילוב כוח IC TNY284DG. IC זה צולל של SMPS מתאים ביותר ל- SMPS זה מכיוון שה- IC זמין בחבילת SMD כמו גם הספק המתאים למטרה. התמונה למטה מציגה את מפרט הספק של TNY284DG.

כפי שאנו רואים, TNY284DG מושלם לאופציה שלנו. מכיוון שהבנייה היא מסגרת פתוחה, היא תואמת את הספק ההספק של 8.5W. כלומר זה יכול בקלות לספק 1.5A ב 5V.

תרשים מעגלים 5V / 3.3V SMPS

בניית ה- SMPS הזו היא די פשוטה וישרה. תכנון זה משתמש בערכת השבבים Power Integration כמכשיר נהג SMPS. את סכמטי המעגל ניתן לראות בתמונה למטה-

בנייה ועבודה

לפני שנכנס היישר לבניית חלק האב-טיפוס, בואו נחקור את פעולת המעגלים. במעגל יש את הסעיפים הבאים-

1. הגנת קלט
2. המרת AC-DC
3. מעגל נהג או מעגל מיתוג
4. הגנת נעילה תחת מתח.
5. מעגל מהדק
6. מגנטיות ובידוד גלווני
7. סינון EMI
8. מיישר משני ומעגל סנובור
9. קטע סינון
10. מדור משוב.

הגנת קלט

F1 הוא נתיך איטי המגן על ה- SMPS מפני עומס ותנאי תקלה גבוהים. סעיף הקלט של SMPS אינו משתמש בשיקולי מסנן EMI. זהו נתיך מכה איטית של 250 וולט, ויגן על ה- SMPS בתנאי תקלה. עם זאת, ניתן לשנות נתיך לתיך זכוכית. אתה יכול גם לבדוק את המאמר על סוגים שונים של נתיכים.

המרת AC-DC

B1 הוא מיישר גשר דיודות. זהו DB107, גשר דיודה 1A 700V. זה ימיר את כניסת AC למתח DC. בנוסף, הקבל של 10uF 400V יהיה חיוני לתיקון אדוות ה- DC והוא יספק פלט DC חלק למעגל הנהג כמו גם לשנאי.

מעגל נהג או מעגל החלפה

זהו המרכיב העיקרי של SMPS זה. הצד הראשי של השנאי נשלט כראוי על ידי מעגל המיתוג TNY284DG. תדר המיתוג הוא 120-132 קילוהרץ. בשל תדר מיתוג גבוה זה, ניתן להשתמש בשנאים קטנים יותר.

דיאגרמת ה- pinout לעיל מציגה pinouts של TNY284DG. מנהל ההתקן IC1 שהוא TNY284DG משתמש ב- C2 בקבל 10uF 16V. קבל זה מספק פלט DC חלק למעגל הפנימי של TNY284DG.

הגנת נעילה תחת מתח

השנאי משמש כמשרן ענק. לכן, בכל מחזור מיתוג, השנאי מביא קוצים של מתח גבוה עקב משרן דליפת השנאי. דיודת הזנר D1 שהיא דיודה P6KE160, מהדקת את מעגל מתח המוצא ואת ה- D2 שהיא UF4007, דיודה מהירה במיוחד חוסמת את קפיצי המתח הגבוהים האלה ומרטיבה אותה לערך בטוח שמועיל לחסוך את סיכת ה DRAIN של TNY284DG.

מגנטיות ובידוד גלווני

השנאי פרומגנטי והוא לא רק ממיר את המתח הגבוה לזרם מתח נמוך אלא גם מספק בידוד גלווני. השנאי הוא שנאי EE16. מפרט השנאי המפורט ניתן לראות בגליון הנתונים של השנאי ששותף קודם לכן בסעיף הנדרש לחומרים.

מסנן EMI

סינון EMI נעשה על ידי הקבל C3. קבלים C3 הוא קבל מתח גבוה בנפח 2.2nF 250VAC, המגביר את חסינות המעגל ומפחית את הפרעות ה- EMI הגבוהות.

מיישר משני ומעגל סנובור

הפלט מהשנאי מתוקן באמצעות דיודת שוטקי SR360. זוהי דיודה 60V 3A. דיודת Schottky D3 זו מספקת פלט DC מהשנאי שמתוקן עוד על ידי הקבל C6 הגדול של 1000uF 16V.

הפלט של השנאי מספק אדווה מצלצלת המדוכאת על ידי מעגל הצנרת שנוצר על ידי הנגד והקבל בעל הערך הנמוך בחיבור סדרתי המקביל למיישר הפלט. הנגד בעל ערך נמוך הוא 22R והקבל בעל הערך הנמוך הוא 470 pF. שני המרכיבים הללו R8 ו- C5 יוצרים את מעגל הצנרת בקטע פלט DC.

קטע סינון

קטע המסנן נוצר באמצעות תצורת LC. ה- C הוא קבל המסנן C6. זהו קבל ESR נמוך לדחיית אדווה טובה יותר עם ערך של 100uF 16V והמשרן L1 הוא משרן ליבת תוף 3.3uH.

מדור משוב

מתח המוצא חש על ידי U1 TL431 על ידי מחלק מתח. לכן, בכל פעם שמחלק המתח מייצר מתח מושלם, TL431 מפעיל מצמד אופטי שהוא PC817, המסומן כ- OK1.

מכיוון שיש שני פעולות מתח לבחירה 3.3V ו- 5V, ישנם שני מחיצות מתח שנוצרו באמצעות שלושה נגדים R3, R4 ו- R5. R5 נפוץ עבור כל שני המפרידים, אך R3 ו- R4 ניתנים להחלפה באמצעות מגשר. לאחר חישת הקו, U1, מצמד האופטות נשלט אשר מפעיל עוד יותר את TNY284DG ומבודד באופן גלווני את חלק חישת המשוב המשנית עם בקר הצד הראשי.

במהלך ההפעלה הראשונה, מכיוון שמדובר בתצורת flyback, הנהג מפעיל את המתג ומחכה לתגובה מהמצמד האופטי. אם הכל תקין, הנהג ממשיך במיתוג, אחרת דלג על מחזורי המיתוג אלא אם הכל נהיה תקין.

תכנון PCB SMPS שלנו

לאחר סיום המעגל, תוכלו לבדוק אותו על גבי לוח פרפ ואז להתחיל עם עיצוב ה- PCB שלכם. השתמשנו בעיטור לעיצוב ה- PCB שלנו, תוכלו לבדוק את תמונת הפריסה למטה. ניתן גם להוריד את קבצי העיצוב מהקישור למטה.

• סכמות נשר ועיצוב PCB עבור SMV 5V / 3.3V

כפי שאתה יכול לראות, גודל הלוח הוא 63 מ"מ עבור 32 מ"מ, וזה גודל קטן במידה ניכרת. הרכיבים ממוקמים במרחק בטוח על מנת להבטיח פעולה בטוחה. הצד העליון והצד התחתון של ה- PCB שלנו מוצגים בתמונה למטה. זהו לוח PCB בעל שכבה כפולה בעובי מתוכנן של 35um של נחושת. דיודת המוצא ו- IC המניע זקוקים לשיקול תרמי מיוחד למטרות הקשורות לפיזור חום. כמו כן, בצד המשני באמצעות תפירה נעשה לצורך קישוריות קרקע טובה יותר.

אתה יכול גם לשים לב שמעט רכיבי SMD ממוקמים בצד האחורי של הלוח כדי לשמור על גודל המודול במימד קטן. יש מעט שיקולי עיצוב שעליך לבצע אם אתה מעצב את ה- SMPS PCB שלך, עיין במאמר זה במדריך הפריסה של SMPS PCB Design לקבלת מידע נוסף.

ייצור PCB למעגל SMPS 12v 1A

כעת אנו מבינים כיצד עובדות הסכימות, אנו יכולים להמשיך בבניית ה- PCB עבור ה- SMPS שלנו. מכיוון שמדובר במעגל SMPS, מומלץ PCB מכיוון שהוא יכול להתמודד עם בעיות רעש ובידוד. פריסת ה- PCB עבור המעגל הנ"ל זמינה להורדה גם כגרבר מהקישור.

• הורד את קובץ גרבר למעגל SMPS 5V / 3.3V

עכשיו העיצוב שלנו מוכן, הגיע הזמן לייצר אותם באמצעות קובץ גרבר. כדי לעשות את ה- PCB מ- PCBGOGO זה די קל, פשוט בצע את השלבים הבאים-

שלב 1: היכנס ל- www.pcbgogo.com, הירשם אם זו הפעם הראשונה שלך. לאחר מכן, בכרטיסיה אב-טיפוס של PCB, הזן את הממדים של ה- PCB שלך, את מספר השכבות ואת מספר ה- PCB שאתה צריך. בהנחה שה- PCB הוא 80 ס"מ × 80 ס"מ, תוכלו להגדיר את המידות כפי שמוצג להלן.

שלב 2: המשך על ידי לחיצה על כפתור ציטוט עכשיו . תועבר לדף שבו ניתן להגדיר כמה פרמטרים נוספים במידת הצורך, כמו חומר המרווח בין מסלולים וכו '. אך בעיקר ערכי ברירת המחדל יעבדו בסדר. הדבר היחיד שעלינו לקחת בחשבון כאן הוא המחיר והזמן. כפי שאתה יכול לראות זמן הבנייה הוא רק 2-3 ימים וזה פשוט עולה רק 5 $ עבור ה- PCB שלנו. לאחר מכן תוכל לבחור שיטת משלוח מועדפת על פי דרישתך.

שלב 3: השלב האחרון הוא העלאת קובץ גרבר והמשך התשלום. כדי לוודא שהתהליך חלק, PCBGOGO מאשר אם קובץ הגרבר שלך תקף לפני שתמשיך עם התשלום. בדרך זו, אתה יכול להיות בטוח שה- PCB שלך הוא ידידותי לייצור ויגיע אליך כמחויב.

הרכבת ה- PCB

לאחר הזמנת הלוח, הוא הגיע אלי לאחר כמה ימים באמצעות שליח בארגז ארוז היטב, וכמו תמיד איכות ה- PCB הייתה מדהימה. ה- PCB שהתקבל על ידי מוצג להלן. כפי שאתה רואה גם השכבה העליונה וגם התחתונה יצאו כצפוי.

הויות והרפידות היו בגודל הנכון. לקח לי בערך 15 דקות להרכיב את לוח ה- PCB למעגל עבודה. הלוח שהורכב מוצג להלן.

בודקים את מעגל ה- SMPS 5V / 3.3V שלנו

הרכיבים ותשתית הבדיקה סופקו על ידי Iquesters Solutions. עם זאת, השנאי הוא בעבודת יד, אתה יכול גם לבנות שנאי SMPS משלך. כאן למטרות בדיקה, השנאי מיועד ל -1 A. אפשר להשתמש ביחס הסיבובים הנכון עבור שנאי 1.5A בהתאם למפרט השנאי הנתון. לוח ה- SMPS שלנו נראה כך כאשר ההרכבה מתבצעת.

עכשיו כדי לבדוק את לוח ה- SMPS שלנו, אני אניע אותו באמצעות Variac ואשתמש בעומס DC אלקטרוני כדי לכוונן את זרם הפלט. התמונה למטה מציגה את הגדרת עומס DC המתכווננת הישנה שלי המחוברת ללוח ה- SMPS שלנו. אתה יכול לבדוק את זה בכל עומס שתבחר, אך שימוש בעומס DC מתכוונן יעזור לך להעריך את לוחות אספקת החשמל שלך. אתה יכול גם לבנות עומס DC מתכוונן אלקטרוני מתכוונן מבוסס Arduino משלך על ידי קישור זה.

כפי שניתן לראות בתמונה למטה, בדקתי את מעגל ה- SMPS שלנו ל -5 וולט וגם ל -3.3 וולט על ידי שינוי סיכת המגשר. זרם הפלט נבדק עד 850mA, אך אתה יכול גם לעבור עד 1.5A בהתבסס על עיצוב השנאי שלך.

למידע נוסף אודות הבדיקה והבנייה, אנא עיינו בקישור הווידאו למטה. אני מקווה שנהנית מהמאמר ולמדת משהו שימושי. אם יש לך שאלות, השאר אותן בקטע ההערות שלמטה או השתמש בפורומים שלנו.