Выбор IC управления питанием

Для каждой цепи SMPS требуется ИС управления питанием, также известная как коммутационная ИС или ИС SMPS или более сухая ИС.Давайте подведем итоги проектирования, чтобы выбрать идеальную ИС управления питанием, которая будет подходить для нашего дизайна. Наши требования к дизайну

1. 10 Вт мощности. 5В 2А при полной нагрузке.
2. Универсальный входной рейтинг. 85-265 В переменного тока при 50 Гц
3. Защита от перенапряжения на входе. Максимальное входное напряжение 275 В переменного тока.
4. Защита от короткого замыкания на выходе, перенапряжения и перегрузки по току.
5. Операции с постоянным напряжением.

Из вышеперечисленных требований есть широкий выбор микросхем на выбор, но для этого проекта мы выбрали Power интеграции .Интеграция питания - это полупроводниковая компания, имеющая широкий спектр ИС драйверов питания в различных диапазонах выходной мощности. Исходя из требований и доступности, мы решили использовать TNY268PN из крошечных семейств коммутаторов II . Ранее мы использовали эту микросхему для построения цепи 12 В SMPS на печатной плате.

На изображении выше показана максимальная мощность 15 Вт. Тем не менее, мы сделаем SMPS в открытом кадре и для универсального входного рейтинга. В таком сегменте TNY268PN может обеспечить мощность 15 Вт.Давайте посмотрим на схему контактов.

Проектирование 5-вольтовой 2-амперной цепи SMPS

Лучший способ построить 5V 2A SMPS Schematic - это использовать программное обеспечение PI для интеграции с экспертами. Загрузите программное обеспечение PI expert и используйте версию 8.6. Это отличное программное обеспечение для проектирования блока питания. Схема, показанная ниже, построена с использованием программного обеспечения PI Integration Power Power. Если вы новичок в этом программном обеспечении, вы можете обратиться к разделу дизайна этой схемы 12 В SMPS, чтобы понять, как использовать программное обеспечение.

Прежде чем приступить непосредственно к созданию прототипа, давайте рассмотрим принципиальную схему 5v 2A SMPS и ее работу.

Схема имеет следующие секции-

1. Защита от перенапряжения на входе и SMPS
2. AC-DC преобразование
3. PI фильтр
4. Схема драйвера или схема переключения
5. Защита от понижения напряжения.
6. Схема зажима.
7. Магнитика и гальваническая развязка.
8. EMI фильтр
9. Вторичный выпрямитель и демпферная цепь
10. Секция фильтра
11. Раздел обратной связи.

Защита от скачков напряжения на входе и SMPS :

Этот раздел состоит из двух компонентов, F1 и RV1. F1 - плавкий плавкий предохранитель на 1 В 250 В переменного тока, а RV1 - MOV на 7 мм 275 В (, Металлооксидный варистор ). Во время перенапряжения высокого напряжения (более 275 В переменного тока) MOV замерзает и перегорает входной предохранитель. Тем не менее, благодаря функции замедленного срабатывания, предохранитель выдерживает пусковой ток через SMPS.

AC-DC преобразование :

Этот раздел регулируется диодным мостом. Эти четыре диода (внутри DB107) составляют полный мостовой выпрямитель. Диоды 1N4006, но стандарт 1N4007 отлично справится с этой задачей. В этом проекте эти четыре диода заменены полным мостовым выпрямителем DB107.

PI фильтр :

Разные штаты имеют разные стандарты подавления электромагнитных помех. Эта конструкция соответствует стандарту EN61000-Class 3 стандарта , а PI-фильтр сконструирован таким образом, чтобы уменьшить подавление электромагнитных помех в синфазном режиме .Этот раздел создан с использованием C1, C2 и L1. C1 и C2 - конденсаторы 400 В 18 мкФ. Это нечетное значение, поэтому для этого приложения выбрано 22 мкФ 400 В. L1 - это синфазный дроссель, который принимает дифференциальный сигнал EMI для отмены обоих.

Схема привода или схема переключения :

Это сердце SMPS. Первичная сторона трансформатора управляется цепью переключения TNY268PN. Частота переключения составляет 120-132 кГц. Благодаря высокой частоте коммутации можно использовать трансформаторы меньшего размера.Коммутационная схема состоит из двух компонентов: U1 и C3. U1 является основным драйвером IC TNY268PN. C3 - это байпасный конденсатор , который необходим для работы нашего драйвера IC.

Защита от понижения напряжения :

Защита от понижения напряжения обеспечивается чувствительными резисторами R1 и R2. Он используется, когда SMPS переходит в режим автоматического перезапуска и определяет напряжение в сети. Значения R1 и R2 генерируются с помощью инструмента PI Expert .Два резистора в серии - это мера безопасности и хорошая практика, чтобы избежать проблем с отказом резистора. Таким образом, вместо 2М в серии используются два резистора 1М.

Схема зажима :

D1 и D2 - схема зажима. D1 - это TVS-диод , а D2 - - сверхбыстрый восстановительный диод . Трансформатор действует как огромный индуктор через силовой драйвер IC TNY268PN. Поэтому во время цикла выключения трансформатор создает высокие скачки напряжения из-за индуктивности рассеяния трансформатора.Эти высокочастотные скачки напряжения подавляются диодным зажимом на трансформаторе. UF4007 выбран из-за сверхбыстрого восстановления, а P6KE200A выбран для работы TVS. Согласно конструкции, целевое напряжение зажима (VCLAMP) составляет 200 В. Поэтому P6KE200A выбран, а для проблем, связанных со сверхбыстрой блокировкой, UF4007 выбран как D2.

Магниты и гальваническая развязка :

Трансформатор представляет собой ферромагнитный трансформатор, и он не только преобразует переменный ток высокого напряжения в переменный ток низкого напряжения, но также обеспечивает гальваническую развязку.

EMI фильтр :

EMI фильтрация осуществляется конденсатором C4. Это повышает помехоустойчивость схемы, чтобы уменьшить высокие электромагнитные помехи. Это конденсатор Y-класса с номинальным напряжением 2 кВ.

Вторичная цепь выпрямителя и демпфера :

Выходной сигнал трансформатора выпрямляется и преобразуется в постоянный ток с использованием D6, выпрямительного диода Шоттки . Схема демпфирования на D6 обеспечивает подавление переходного напряжения во время операций переключения.Схема демпфирования состоит из одного резистора и одного конденсатора, R3 и C5.

Секция фильтра :

Секция фильтра состоит из конденсатора фильтра C6. Это конденсатор с низким ESR для лучшего подавления пульсаций. Кроме того, LC-фильтр, использующий L2 и C7, обеспечивает лучшее подавление пульсаций на выходе.

Раздел обратной связи :

Выходное напряжение измеряется U3 TL431 и R6 и R7. После обнаружения линии U2 оптрон управляется и гальванически развязывает участок измерения вторичной обратной связи с контроллером первичной стороны.Оптопара имеет транзистор и светодиод внутри. Управляя светодиодом, транзистор управляется. Поскольку связь осуществляется оптически, она не имеет прямого электрического соединения, поэтому также удовлетворяет гальванической развязке в цепи обратной связи.

Теперь, так как светодиод непосредственно управляет транзистором, обеспечивая достаточное смещение на светодиоде оптопары, можно управлять транзистором оптопары , более конкретно схемой возбуждения. Эта система управления используется TL431.Шунтирующий регулятор. Поскольку шунтирующий регулятор имеет резисторный делитель через опорный вывод, он может управлять светодиодом оптопары, который подключен к нему. Контактная обратная связь имеет опорное напряжение 2.5V . Следовательно, TL431 может быть активен, только если напряжение на делителе достаточно. В нашем случае делитель напряжения установлен на значение 5 В. Поэтому, когда выход достигает 5 В, TL431 получает 2,5 В через опорный вывод и, таким образом, активирует светодиод оптопары, который управляет транзистором оптопары и косвенно контролирует TNY268PN.Если напряжение на выходе недостаточно, цикл переключения немедленно приостанавливается.

Сначала TNY268PN активирует первый цикл переключения, а затем определяет его вывод EN. Если все в порядке, он продолжит переключение, если нет, через некоторое время попробует еще раз. Этот цикл продолжается до тех пор, пока все не станет нормальным, что предотвратит проблемы с коротким замыканием или перенапряжением. Вот почему она называется с топологией обратного хода , поскольку выходное напряжение возвращается в драйвер для определения связанных операций.Кроме того, пробный цикл называется режимом сбоя режима сбоя.

D3 - это диод Шоттки . Этот диод преобразует высокочастотный выход переменного тока в постоянный. 3А 60В Диод Шоттки выбран для надежной работы. R4 и R5 выбираются и рассчитываются экспертом PI. Он создает делитель напряжения и передает ток на светодиод оптрона от TL431.

R6 и R7 - простой делитель напряжения, рассчитанный по формуле TL431 REF Voltage = (Vout x R7) / R6 + R7 .Опорное напряжение 2.5V и Vout является 12V. Выбрав значение R6 23,7 тыс., R7 стал примерно 9,09 тыс.

Построение переключающего трансформатора для нашей цепи SMPS

Обычно для цепи SMPS требуется переключающий трансформатор, эти трансформаторы могут быть приобретены у производителей трансформаторов в соответствии с вашими проектными требованиями. Но проблема здесь в том, что если вы изучаете материал по созданию прототипа, вы не можете найти точный трансформатор с полок для вашего дизайна.Итак, мы узнаем, как построить коммутационный трансформатор на основе требований к конструкции, данных нашим программным обеспечением PI Expert.

Давайте посмотрим на сгенерированную схему построения трансформатора.

Как показано на рисунке выше, нам нужно выполнить 103 витка одного провода 32 AWG на первичной стороне и 5 витков двух проводов 25 AWG на вторичной стороне.

На приведенном выше изображении начальная точка обмоток и направление обмотки описаны в виде механической схемы.Чтобы сделать этот трансформатор, необходимы следующие вещи -

1. EE19 сердечник, NC-2H или эквивалентная спецификация с зазором для ALG 79 нГн / T ²
2. Бобина с 5 контактами на первичной и вторичной стороне.
3. Барьерная лента толщиной 1 мил. Требуется лента шириной 9 мм.
4. 32 AWG эмалированная медная проволока с паяным покрытием.
5. 25AWG эмалированная медная проволока с паяным покрытием.
6. LCR метр.

EE19 ядро ​​ с NC-2H с зазором сердечника 79nH / T2 требуется; как правило, это доступно в парах.Бобина является общей с 4 первичными и 5 вторичными булавками. Однако здесь используется шпулька с 5 штифтами с обеих сторон.

Для барьерной ленты используется стандартная клейкая лента с толщиной основы более 1 мил (обычно 2 мил). Во время действий, связанных с постукиванием, ножницы используются, чтобы разрезать ленту для идеальной ширины. Медные провода закупаются у старых трансформаторов, и их можно купить в местных магазинах. Ядро и шпулька, которые я использую, показаны ниже

Шаг 1: Добавьте припой в 1-й и 5-й контакт на первичной стороне.Припой провода 32 AWG на выводе 5 и направление намотки по часовой стрелке. Продолжайте до 103 поворотов, как показано ниже

Это формирует первичную сторону нашего трансформатора, когда 103 витка обмотки завершены, мой трансформатор выглядел следующим образом.

Шаг 2: Применить клейкую ленту для изоляции, необходимо 3 витка клейкой ленты. Это также помогает удерживать катушку на месте.

Шаг 3: Запустить вторичную обмотку с выводов 9 и 10.Вторичная сторона изготовлена ​​из двух нитей эмалированных медных проводов 25AWG. Припаяйте один медный провод к контакту 9, а другой - к контакту 10. Направление намотки снова по часовой стрелке. Продолжайте до 5 оборотов и припаяйте концы на контактах 5 и 6. Добавьте изоленту, применив клейкую ленту так же, как и раньше.

После того, как первичная и вторичная обмотки выполнены и используется клейкая лента, мой трансформатор выглядел так, как показано ниже

Шаг 4: Теперь мы можем надежно закрепить два сердечника с помощью клейкой ленты.После этого готовый трансформатор должен выглядеть следующим образом.

Шаг 5: Также не забудьте обмотать скотч рядом. Это уменьшит вибрацию при передаче потока высокой плотности.

После выполнения вышеуказанных шагов и испытания трансформатора с использованием измерителя LCR, как показано ниже. Измеритель показывает индуктивность 1,125 мГн или 1125 э.ч.

Построение схемы SMPS:

Когда трансформатор будет готов, мы можем приступить к сборке других компонентов на пунктирной плате.Требуемые детали для схемы можно найти в списке спецификаций ниже

Как только компоненты спаяны, моя плата выглядит примерно так.

Тестирование цепи 5 В 2A SMPS

Для проверки схемы я подключил входную сторону к источнику питания через VARIAC для контроля входного напряжения переменного тока. Выходное напряжение при 85 В переменного тока и 230 В переменного тока показано ниже-

Как видно в обоих случаях, выходное напряжение поддерживается на уровне 5 В.Но затем я подключил выход к своему прицелу и проверил наличие пульсаций. Измерение пульсаций показано ниже

Пульсация на выходе достаточно высокая, она показывает выход пульсации 150 мВ pk-pk. Это совсем не хорошо для цепи питания. На основании анализа высокая пульсация обусловлена ​​факторами ниже-

1. Неправильное проектирование печатных плат.
2. Отскок от земли.
3. Радиатор PCB не подходит.
4. Нет отключения на шумных линиях подачи.
5. Увеличенные допуски на трансформаторе из-за ручной намотки. Производители трансформаторов применяют лак для погружения во время обмоток машины для лучшей устойчивости трансформаторов.

Если цепь преобразуется в правильную печатную плату, мы можем ожидать пульсирующий выход источника питания в пределах 50 мВ pk-pk даже с трансформатором с ручной намоткой. Тем не менее, поскольку veroboard не является безопасным вариантом для переключения импульсного источника питания в области переменного тока в постоянный, постоянно предлагается установить надлежащую печатную плату перед применением высоковольтных цепей в практических сценариях.Вы можете проверить видео в конце этой страницы, чтобы проверить, как работает схема в условиях нагрузки.

Надеюсь, вы поняли учебник и научились создавать собственные схемы SMPS с помощью трансформатора ручной работы. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в разделе комментариев ниже или используйте наши форумы для дополнительных вопросов.

Смотрите также

• 
  Лазерный фрезерно гравировальный станок
• 
  Капитальный ремонт токарных станков
• 
  Рейсмусный станок своими руками по дереву
• 
  Выбор циркулярного станка
• 
  Сверлильный станок 2м112 технические характеристики
• 
  Самодельный станок для заточки цепей бензопил своими руками
• 
  Мини токарные станки по металлу
• 
  Делительная головка на фрезерный станок
• 
  Как на станке плести браслеты
• 
  Ленточный станок для заточки ножей
• 
  Как сделать листогибочный станок своими руками чертежи