تصميم دائرة إمداد الطاقة 12V 1A SMPS: 4 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

مرحبا شباب!

يتطلب كل جهاز أو منتج إلكتروني وحدة إمداد طاقة موثوقة (PSU) لتشغيله. تتكون جميع الأجهزة الموجودة في منزلنا تقريبًا ، مثل التلفزيون والطابعة ومشغل الموسيقى وما إلى ذلك ، من وحدة إمداد طاقة مضمنة فيها والتي تحول جهد التيار المتردد إلى مستوى مناسب من جهد التيار المستمر لتشغيلها. النوع الأكثر شيوعًا من دوائر إمداد الطاقة هو SMPS (مزود الطاقة في وضع التبديل) ، يمكنك بسهولة العثور على هذا النوع من الدوائر في محول 12V أو شاحن الهاتف المحمول / الكمبيوتر المحمول. في هذا البرنامج التعليمي ، سوف نتعلم كيفية بناء دائرة SMPS بجهد 12 فولت والتي من شأنها تحويل طاقة التيار المتردد إلى تيار مستمر بجهد 12 فولت مع أقصى تصنيف حالي يبلغ 1.25 أمبير. يمكن استخدام هذه الدائرة لتشغيل الأحمال الصغيرة أو حتى تكييفها في شاحن لشحن بطاريات الرصاص الحمضية والليثيوم. إذا كانت دائرة إمداد الطاقة بجهد 12 فولت 15 وات لا تتوافق مع متطلباتك ، فيمكنك التحقق من دائرة إمداد الطاقة المختلفة بتصنيفات مختلفة.

الخطوة 1: 12v SMPS Circuit - اعتبارات التصميم

قبل الشروع في أي نوع من تصميم مزود الطاقة ، يجب إجراء تحليل المتطلبات بناءً على البيئة التي سيتم فيها استخدام مصدر الطاقة الخاص بنا. تعمل أنواع مختلفة من مزودات الطاقة في بيئات مختلفة وبحدود محددة للمدخلات والمخرجات.

مواصفات المدخلات:

لنبدأ بالمدخلات. إن جهد إمداد الدخل هو أول شيء سيتم استخدامه بواسطة SMPS وسيتم تحويله إلى قيمة مفيدة لتغذية الحمل. نظرًا لأن هذا التصميم محدد لتحويل AC-DC ، فسيكون الإدخال هو التيار المتردد (AC). بالنسبة للهند ، يتوفر مدخل التيار المتردد بجهد 220-230 فولت ، أما بالنسبة للولايات المتحدة الأمريكية فهو مُقدر بـ 110 فولت. هناك أيضًا دول أخرى تستخدم مستويات جهد مختلفة. بشكل عام ، تعمل SMPS مع نطاق جهد إدخال عالمي. هذا يعني أن جهد الدخل يمكن أن يختلف من 85 فولت إلى 265 فولت تيار متردد. يمكن استخدام SMPS في أي بلد ويمكن أن يوفر خرجًا ثابتًا للحمل الكامل إذا كان الجهد الكهربي بين 85-265 فولت تيار متردد. يجب أن يعمل SMPS أيضًا بشكل طبيعي تحت تردد 50 هرتز و 60 هرتز أيضًا. هذا هو سبب قدرتنا على استخدام شواحن الهاتف والكمبيوتر المحمول الخاصة بنا في أي بلد.

مواصفات الإخراج:

على جانب الخرج ، هناك القليل من الأحمال المقاومة ، والقليل منها استقرائي. اعتمادًا على الحمل ، يمكن أن يكون بناء SMPS مختلفًا. بالنسبة لهذا SMPS ، يُفترض الحمل على أنه حمل مقاوم. ومع ذلك ، لا يوجد شيء مثل الحمل المقاوم ، فكل حمل يتكون على الأقل من مقدار معين من الحث والسعة ؛ هنا يفترض أن الحث والسعة للحمل لا يكاد يذكر.

تعتمد مواصفات خرج SMPS بشكل كبير على الحمل ، مثل مقدار الجهد والتيار المطلوبين بواسطة الحمل في ظل جميع ظروف التشغيل. بالنسبة لهذا المشروع ، يمكن أن يوفر SMPS خرج 15 واط. إنه 12V و 1.25A. يتم تحديد تموج الإخراج المستهدف على أنه أقل من 30mV pk-pk عند عرض النطاق الترددي 20000 هرتز.

الخطوة 2: اختيار IC لإدارة الطاقة

تتطلب كل دائرة SMPS IC لإدارة الطاقة يُعرف أيضًا باسم التبديل IC أو SMPS IC أو Drier IC. دعونا نلخص اعتبارات التصميم لتحديد IC المثالي لإدارة الطاقة الذي سيكون مناسبًا لتصميمنا. متطلبات التصميم لدينا هي:

1. 15 واط الإخراج. 12V 1.25A مع تموج أقل من 30mV pk-pk عند التحميل الكامل.
2. تصنيف الإدخال العالمي.
3. حماية زيادة المدخلات.
4. إخراج ماس كهربائى ، حماية من الجهد الزائد والتيار الزائد.
5. عمليات الجهد المستمر.

من المتطلبات المذكورة أعلاه ، هناك مجموعة واسعة من الدوائر المتكاملة للاختيار من بينها ، ولكن بالنسبة لهذا المشروع ، اخترنا تكامل الطاقة. تكامل الطاقة هي شركة أشباه موصلات لديها مجموعة واسعة من دوائر تشغيل الطاقة في نطاقات خرج طاقة مختلفة. بناءً على المتطلبات والتوافر ، قررنا استخدام TNY268PN من عائلات المحولات الصغيرة II.

في الصورة أعلاه ، يظهر الحد الأقصى للطاقة 15 واط. ومع ذلك ، سوف نجعل SMPS في الإطار المفتوح ولتقييم الإدخال العالمي. في مثل هذا المقطع ، يمكن أن يوفر TNY268PN إخراج 15 واط. دعونا نرى الرسم التخطيطي للدبوس.

الخطوة 3: مخطط وشرح الدوائر SMPS 12V

قبل الشروع مباشرة في بناء جزء النموذج الأولي ، دعنا نستكشف مخطط دائرة SMPS بجهد 12 فولت وتشغيله. الدائرة بها الأقسام التالية:

1. زيادة المدخلات وحماية خطأ SMPS
2. تحويل AC-DC
3. مرشح PI
4. دارة السائق أو دارة التبديل
5. حماية قفل الجهد المنخفض.
6. دائرة المشبك
7. المغناطيسية والعزل الجلفاني
8. مرشح EMI
9. المعدل الثانوي ودائرة snubber
10. قسم التصفية

زيادة المدخلات وحماية خطأ SMPS

يتكون هذا القسم من مكونين ، F1 و RV1. F1 عبارة عن فتيل ضربة بطيئة 1A 250VAC و RV1 عبارة عن 7 مم 275 فولت MOV (متغير أكسيد معدني). أثناء زيادة الجهد العالي (أكثر من 275 فولت تيار متردد) ، أصبحت MOV قصيرة جدًا وتفجر فتيل الإدخال. ومع ذلك ، نظرًا لخاصية النفخ البطيء ، فإن المصهر يقاوم تدفق التيار عبر SMPS.

تحويل AC-DC

يخضع هذا القسم لجسر الصمام الثنائي. هذه الثنائيات الأربعة (داخل DB107) تصنع مقوم جسر كامل. الثنائيات هي 1N4006 ، لكن المعيار 1N4007 يمكنه القيام بالمهمة على أكمل وجه. في هذا المشروع ، يتم استبدال هذه الثنائيات الأربعة بمقوم جسر كامل DB107.

مرشح PI

الدول المختلفة لها معايير رفض EMI مختلفة. يؤكد هذا التصميم معيار EN61000-Class 3 وقد تم تصميم مرشح PI بطريقة تقلل من رفض EMI للوضع الشائع. تم إنشاء هذا القسم باستخدام C1 و C2 و L1. C1 و C2 عبارة عن مكثفات 400 فولت 18 فائق التوهج. إنها قيمة فردية لذلك تم تحديد 22 فائق التوهج 400 فولت لهذا التطبيق. L1 هو خنق وضع شائع يأخذ إشارة EMI التفاضلية لإلغاء كليهما.

دارة السائق أو تبديل الدائرة

إنه قلب SMPS. يتم التحكم في الجانب الأساسي للمحول بواسطة دائرة التبديل TNY268PN. تردد التبديل هو 120-132 كيلو هرتز. بسبب تردد التحويل العالي هذا ، يمكن استخدام محولات أصغر. تحتوي دائرة التبديل على مكونين ، U1 و C3. U1 هو المحرك الرئيسي لـ IC TNY268PN. C3 هو مكثف الالتفاف المطلوب لعمل سائقنا IC.

حماية قفل الجهد المنخفض

يتم حماية قفل الجهد المنخفض بواسطة المقاوم R1 و R2. يتم استخدامه عندما ينتقل SMPS إلى وضع إعادة التشغيل التلقائي ويستشعر جهد الخط.

دائرة المشبك

D1 و D2 هي دائرة المشبك. D1 هو الصمام الثنائي TVS و D2 هو الصمام الثنائي للاسترداد فائق السرعة. يعمل المحول كمحث ضخم عبر محرك الطاقة IC TNY268PN. لذلك ، أثناء دورة إيقاف التشغيل ، يقوم المحول بإنشاء ارتفاعات عالية الجهد بسبب تحريض التسرب للمحول. يتم قمع هذه المسامير عالية التردد بواسطة مشبك الصمام الثنائي عبر المحول. يتم تحديد UF4007 بسبب الاسترداد فائق السرعة ويتم تحديد P6KE200A لتشغيل TVS.

المغناطيسية والعزل الجلفاني

المحول عبارة عن محول مغناطيسي حديدي ولا يقوم فقط بتحويل التيار المتردد عالي الجهد إلى تيار متردد منخفض الجهد ولكنه يوفر أيضًا عزلًا كلفانيًا.

مرشح EMI

يتم ترشيح EMI بواسطة مكثف C4. يزيد من مناعة الدائرة لتقليل تداخل EMI العالي.

المعدل الثانوي ودائرة Snubber

يتم تصحيح الإخراج من المحول وتحويله إلى تيار مستمر باستخدام D6 ، وهو صمام ثنائي مقوم شوتكي. توفر دائرة snubber عبر D6 قمعًا للجهد العابر أثناء عمليات التحويل. تتكون دائرة snubber من مقاوم واحد ومكثف واحد ، R3 ، و C5.

قسم التصفية

يتكون قسم المرشح من مرشح مكثف C6. إنه مكثف منخفض ESR لرفض تموج أفضل. أيضًا ، يوفر مرشح LC الذي يستخدم L2 و C7 رفضًا أفضل للتموج عبر الإخراج.

الخطوة 4: تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور

يمكنك رسم مخطط ثنائي الفينيل متعدد الكلور مع أي برنامج حسب راحتك وإرساله إلى مصنع ثنائي الفينيل متعدد الكلور من اختيارك. لدي جربر جاهز ، يمكنني مشاركته.

أود أن أوصي بـ LIONCIRCUITS نظرًا لأن لديهم خدمة تصنيع منخفضة التكلفة للنماذج الأولية التي تعد جيدة حقًا لأشخاص مثلنا عشاق DIY. لديهم منصة آلية عبر الإنترنت حيث يمكنك تحميل ملفات جربر الخاصة بك وتقديم طلب عبر الإنترنت. الشحن في جميع أنحاء الهند مجاني.