- Considerazioni sulla progettazione per alimentatore 5V 1A
- Componenti richiesti per circuito SMPS 5V 1A
- Schema del circuito SMPS 5V 1A
- Circuito SMPS 5V-1A funzionante
- Costruire il circuito SMPS
- Miglioramenti alla progettazione del circuito SMPS 5V-1A
Un SMPS (S witch M ode P ower S upply) è una parte indispensabile di qualsiasi progetto elettronico. Viene utilizzato per convertire la rete CA ad alta tensione in CC a bassa tensione e lo fa convertendo prima la CA di rete in CC ad alta tensione, quindi commutando l'alta tensione CC per generare la tensione desiderata. Abbiamo già realizzato alcuni circuiti SMPS in precedenza, come questo circuito SMPS 5V 2A e circuito SMPS 12V 1A TNY268. Abbiamo persino costruito il nostro trasformatore SMPS che potrebbe essere utilizzato nei nostri progetti SMPS insieme al driver IC.
Potresti non accorgertene, ma la maggior parte dei prodotti per la casa come caricabatterie mobile, caricabatterie per laptop, router Wi-Fi, richiedono un alimentatore in modalità di commutazione per funzionare, e la maggior parte di questi sono 5V. Con questo in mente, in questo articolo, ti mostreremo come costruire un circuito SMPS da 5 V, 1 A recuperando parti da un vecchio alimentatore ATX per PC usa e getta.
Avvertenza: lavorare con la rete CA richiede competenze e supervisione preliminari. Non aprire un vecchio SMPS o provare a crearne uno nuovo senza esperienza. Fare attenzione intorno ai condensatori carichi e ai cavi sotto tensione. Sei stato avvisato, procedi con cautela e prendi la guida di esperti laddove necessario.
Considerazioni sulla progettazione per alimentatore 5V 1A
Prima di continuare ulteriormente, chiariamo alcune delle considerazioni di base sulla progettazione e delle caratteristiche di protezione.
Perché dovresti costruire un circuito SMPS da un alimentatore per computer?
Per me è economico, poi di nuovo economico è una parola molto costosa, è letteralmente gratuito. Potresti chiedere come mai? Parla con i tuoi negozi di assistenza per PC locali, te lo daranno gratuitamente almeno questo è stato il caso per me. Inoltre, chiedi ai tuoi amici se hanno qualcuno di quelli rotti in giro.
Costruire / procurare il trasformatore per il circuito è la parte più cruciale di qualsiasi progetto SMPS, ma questo metodo evita completamente questo passaggio salvando il trasformatore, inoltre offre un'ottima esperienza di apprendimento se sei un drogato di elettronica come me. Di seguito è mostrato il mio alimentatore ATX dopo aver recuperato le parti richieste.
Con questo design, puoi aggiungere un potenziometro e variare leggermente la tensione di uscita. ciò può tornare utile in alcuni casi e la cosa più interessante del circuito è che è fatto con parti molto generiche, quindi se qualcosa dovesse saltare in aria trovarle e sostituirle è un compito molto facile.
I circuiti SMPS funzionano in modo diverso in condizioni diverse, se stai costruendo questo circuito conoscendo l'effettiva caratteristica di ingresso-uscita può aiutarti a eseguire il debug del circuito se trovi qualche problema con esso.
Tensione di ingresso:
Poiché la tensione di ingresso dell'alimentatore per PC standard è di 220 V, anche il nostro circuito recuperato funziona con quella tensione. Ma con la mia attuale configurazione da tavolo, cercherò di far funzionare il circuito anche con una tensione di ingresso di 85V.
Voltaggio in uscita:
La tensione di uscita del circuito è di 5 V con 1 A di corrente nominale, il che significa che questo circuito può gestire una potenza di 5 W. Questo circuito funziona in modalità a tensione costante, quindi la tensione di uscita dovrebbe rimanere praticamente la stessa indipendentemente dalla corrente di carico.
Ondulazione di uscita:
Il trasformatore in questo circuito è realizzato da un produttore professionista, quindi possiamo aspettarci un basso ripple. Dalla sua costruzione in una tavola punteggiata, possiamo aspettarci un po 'più di ondulazione del solito.
Caratteristiche di protezione:
In generale, ci sono molti circuiti di protezione progettati per SMPS, ma il nostro circuito è costituito da un vecchio alimentatore per PC, quindi possiamo aggiungere o sottrarre funzionalità di protezione secondo i requisiti della nostra applicazione finale. Puoi anche controllare i seguenti circuiti di protezione che abbiamo creato in precedenza.
- Circuito di protezione da sovratensione
- Circuito di protezione dall'inversione di polarità
- Circuito di protezione da cortocircuito
- Protezione dalla corrente di spunto
Userò questo circuito per alimentare i miei progetti IoT. Quindi ho deciso di optare per una funzione di protezione minima che è un resistore fusibile in ingresso e un circuito di protezione da sovratensione nella sezione di uscita.
Quindi, per riassumere, la tensione di rete CA per il nostro alimentatore sarebbe 220 V CA, la tensione di uscita sarà 5 V CC con 1 A di corrente di uscita massima. Cercheremo di ridurre il più possibile la tensione di ondulazione in uscita e abbiamo un resistore fusibile in ingresso con un circuito di protezione da sovratensione in uscita.
Componenti richiesti per circuito SMPS 5V 1A
|
Sl.No |
Parti |
genere |
Quantità |
Parte nello schema |
|
1 |
4.7R |
Resistore |
1 |
R1 |
|
2 |
39R |
Resistore |
1 |
R10 |
|
3 |
56R, 1W |
Resistore |
1 |
R9 |
|
4 |
100R |
Resistore |
2 |
R7, R6 |
|
5 |
220R |
Resistore |
1 |
R5 |
|
6 |
100K |
Resistore |
1 |
R2 |
|
7 |
560K, 1W |
Resistore |
2 |
R3, R4 |
|
8 |
1N4007 |
Diodo |
4 |
D2, D3, D4, D5 |
|
9 |
UF4007 |
Diodo |
1 |
D6 |
|
10 |
1N5819 |
Diodo |
1 |
D1 |
|
11 |
1N4148 |
Diodo |
1 |
D7 |
|
12 |
103,50V |
Condensatore |
C4 |
|
|
13 |
102, 1KV |
Condensatore |
2 |
C3 |
|
14 |
10uF, 400V |
Condensatore |
1 |
C1 |
|
15 |
100uF, 16V |
Condensatore |
1 |
C6 |
|
16 |
470uF |
Condensatore |
2 |
C7, C8 |
|
17 |
222pF, 50V |
Condensatore |
1 |
C5 |
|
18 |
3,3 uH, 2,66 A. |
Induttore |
1 |
L2 |
|
19 |
2SC945 |
Transistor |
1 |
T1 |
|
20 |
C5353 |
Transistor |
1 |
Q1 |
|
21 |
PC817 |
Optoaccoppiatore |
1 |
OK 1 |
|
22 |
TL431CLP |
Riferimento di tensione |
1 |
VR1 |
|
23 |
10K |
Trim Pot |
1 |
R11 |
|
24 |
Terminale a vite |
5mm |
2 |
S1, S2 |
|
25 |
1N5908 |
Diodo |
1 |
D9 |
|
26 |
Trasformatore |
Da PC PSU |
1 |
TR1 |
Schema del circuito SMPS 5V 1A
L'immagine sotto mostra gli schemi dell'alimentatore SMPS 5V 1A che costruiremo in questo tutorial.
Ho costruito il circuito su una breadboard e una volta completato sembrava così.
Comprendiamo il circuito suddividendolo in molti blocchi funzionali e comprendiamo ogni blocco.
Il resistore fusibile:
Primo, abbiamo R1 che serve a due scopi. In primo luogo, agisce come un resistore fusibile. In secondo luogo, agisce come un resistore limitatore di corrente.
Il raddrizzatore a ponte e il filtro:
Successivamente, abbiamo diodi 1N4007, D2, D3, D4, D5, quattro dei quali formano il raddrizzatore a ponte, insieme a un condensatore di filtro da 10uF per convertire AC in DC.
Si prega di notare che ho rimosso il filtro PI perché non userò questo alimentatore diverso dalla ricarica di una batteria, se intendi usare questo altro modo, è necessario un filtro EMI, puoi sempre estrarlo dallo stesso Alimentazione elettrica. Se non sei sicuro di cosa sia il filtro PI o come funzioni, puoi consultare l'articolo collegato. Puoi anche controllare altri progetti per ridurre l'EMI nel circuito SMPS di cui abbiamo discusso in precedenza.
Le resistenze di avvio:
R3 e R4 formano i resistori di avvio, quando viene applicata l'alimentazione, i resistori di avvio sono responsabili dell'alimentazione della base del transistor di commutazione primario, discuterò di più sul resistore più avanti nell'articolo .
Morsetto limitatore di tensione del collettore:
Per limitare la tensione del collettore del transistor di commutazione primario Q1 , C3, R2 e D6 formano un circuito a pinza, e questo è un ottimo esempio di utilizzo di una rete snubber per diminuire la tensione di picco allo spegnimento e per smorzare la suoneria. Nella maggior parte dei casi, è possibile utilizzare una tecnica di progettazione molto semplice per determinare valori adeguati per i componenti dello smorzatore (Rs e Cs). In quei casi in cui è necessaria una progettazione più ottimale, viene utilizzata una procedura un po 'più complessa.
Transistor di commutazione primario e ausiliario:
Il transistor Q1, C5353 è il transistor di commutazione principale e T1 è il transistor di commutazione ausiliario nel circuito. C4 e R5 formano l'oscillatore principale che genera il segnale di commutazione principale.
Feedback e circuito di controllo:
L' optoaccoppiatore PC817 OK1 insieme al riferimento di tensione VR1 e il diodo 4148 forma il circuito di feedback e controllo, l' altro resistore presente in questa parte funge solo da partitore di tensione, resistenza di limitazione della corrente e condensatore di filtro. Oltre a questo, ho aggiunto il potenziometro R11 per regolare la tensione come da requisito.
Trasformatore, raddrizzatore di uscita e filtro:
Il trasformatore T1 è realizzato in materiale ferromagnetico, che non solo converte l'alta tensione CA in bassa tensione CA, ma fornisce anche l'isolamento galvanico. Ci sono 4 avvolgimenti nel trasformatore T1 Pin 1, 2 e 3 è l'avvolgimento secondario, Pin n.4, 5 è l'avvolgimento ausiliario, pin n.6 e 7 è l'avvolgimento primario.
I diodi D1 e D9 sono i diodi raddrizzatori per il circuito. Il condensatore C8 è responsabile del filtraggio dei 12V e il condensatore C6 e C7 insieme a L2 forma il filtro PI per la sezione di uscita.
Circuito di protezione da sovratensione:
È possibile aggiungere un ulteriore circuito di protezione da sovratensione per proteggere il dispositivo dell'applicazione da eventuali danni, è un circuito molto semplice costituito da un fusibile e dal diodo Zener come si può vedere sopra Se si verifica una condizione di sovratensione, il diodo Zener scoppierà, quindi facendo esplodere il Fast Blow Fuse con esso.
Circuito SMPS 5V-1A funzionante
Ora, questo è chiarito, capiamo come funziona il circuito, quando l'alimentazione viene applicata al circuito, la rete CA viene rettificata e filtrata dai diodi raddrizzatori e dal condensatore. Dopodiché, le due resistenze di avvio R3, R4 limitano la corrente alla base del transistor, ecco perché il transistor primario si accende leggermente, ora un po 'di corrente scorre attraverso l'avvolgimento primario del trasformatore che è il pin 6 e 7 del transistor.
Questa piccola quantità di corrente eccita l'avvolgimento ausiliario, questo avvolgimento ausiliario inizia a caricare il condensatore 103pF C4 attraverso il resistore R5 da 220 Ohm. Anche in questo caso la tensione sul lato ausiliario è collegata al collettore dell'optoaccoppiatore con un diodo raddrizzatore 1N4148, questa tensione esce dall'emettitore del fotoaccoppiatore e viene divisa con un partitore di tensione. Ora il C5 il condensatore 222PF inizia a caricarsi Quando questo condensatore viene caricato a un certo livello, il transistor ausiliario T1 si accende e il transistor primario si spegne e il condensatore C5 si scarica
E il ciclo inizia a ripetersi ancora una volta, quindi viene generato un segnale di commutazione. Una volta avviato il processo di commutazione, la tensione viene indotta al secondario del trasformatore dal secondario viene realizzato un circuito di retroazione con l'aiuto di VR1 il riferimento di tensione Tl431, regolando la tensione di riferimento possiamo impostare il tempo di accensione e spegnimento del transistor ausiliario, così possiamo controllare la tensione di uscita.
Costruire il circuito SMPS
Per questa dimostrazione, il circuito è costruito in una scheda tratteggiata con l'aiuto dello schema; si prega di notare che sto testando il circuito sul mio banco per dimostrazione, quindi non ho incluso molte funzioni di protezione come la protezione da sovratensione e la protezione da cortocircuito. Se lo stai usando per alimentare qualcos'altro, è consigliato a quei circuiti di protezione e filtro.
La configurazione di prova sopra è stata utilizzata per testare il circuito, la tensione di uscita dell'alimentatore è stata regolata a 5,1 V utilizzando il potenziometro ed è un alimentatore da 1 A in modo che possa assorbire corrente di 1 A in condizioni di picco.
Come puoi vedere nell'immagine sopra, per i test con il carico, ho usato alcune resistenze come carico che ha consumato circa 1.157A dal nostro circuito SMPS a 5V. Il video completo del test può essere trovato in fondo a questo articolo.
Miglioramenti alla progettazione del circuito SMPS 5V-1A
Ci sono parecchie cose che possono essere migliorate in questo circuito come un filtro EMI che può essere aggiunto all'ingresso per migliorare la risposta EMI di questo circuito. Quindi è possibile aggiungere una protezione da sovracorrente e cortocircuito in uscita per migliorare le prestazioni complessive del circuito. Inoltre, è possibile aggiungere una protezione da sovratensione e sovratensione in ingresso per proteggerlo da sovratensioni in ingresso. Infine, se il circuito è costruito in una scheda PCB, la risposta EMI può essere migliorata drasticamente.
Spero che tu abbia capito il tutorial e imparato a costruire i tuoi circuiti SMPS. Se hai domande, lasciale nella sezione commenti qui sotto o usa i nostri forum per ulteriori domande.