Δημιουργήστε το δικό σας ρυθμιζόμενο smps 5v, 1a χρησιμοποιώντας ένα νεκρό τροφοδοτικό υπολογιστή atx

Ένα S μάγισσα Μ ωδή P ower S upply (SMPS) είναι ένα απαραίτητο μέρος της κάθε ηλεκτρονικού σχεδιασμού. Χρησιμοποιείται για τη μετατροπή ρεύματος υψηλής τάσης εναλλασσόμενου ρεύματος σε χαμηλή τάση DC και το κάνει πρώτα μετατρέποντας το δίκτυο εναλλασσόμενου ρεύματος σε υψηλή τάση DC, στη συνέχεια αλλάζοντας το υψηλής τάσης DC για να παράγει την επιθυμητή τάση. Έχουμε ήδη κάνει μερικά κυκλώματα SMPS νωρίτερα, όπως αυτό το κύκλωμα 5V 2A SMPS και 12V 1A TNY268 SMPS. Κατασκευάσαμε ακόμη και τον δικό μας μετασχηματιστή SMPS που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στα σχέδια SMPS μαζί με το IC του προγράμματος οδήγησης.

Ίσως να μην το παρατηρήσετε, αλλά τα περισσότερα οικιακά προϊόντα όπως φορτιστής κινητού, φορτιστής φορητού υπολογιστή, δρομολογητές Wi-Fi, απαιτούν τροφοδοσία λειτουργίας εναλλαγής για λειτουργία και τα περισσότερα από αυτά είναι 5V. Με αυτό κατά νου, σε αυτό το άρθρο, θα σας δείξουμε πώς μπορείτε να φτιάξετε ένα κύκλωμα 5V, 1A SMPS με τη διάσωση εξαρτημάτων από ένα παλιό τροφοδοτικό PC ATX.

Προειδοποίηση: Η εργασία με κεντρικό δίκτυο AC χρειάζεται προηγούμενες δεξιότητες και επίβλεψη. Μην ανοίγετε ένα παλιό SMPS και μην προσπαθείτε να δημιουργήσετε ένα νέο χωρίς εμπειρία. Να είστε προσεκτικοί γύρω από φορτισμένους πυκνωτές και ζωντανά καλώδια. Έχετε προειδοποιηθεί, προχωρήστε με προσοχή και λάβετε καθοδήγηση από ειδικούς όπου χρειάζεται.

Στοιχεία σχεδιασμού για τροφοδοτικό 5V 1A

Προτού συνεχίσουμε περαιτέρω, ας ξεκαθαρίσουμε μερικά από τα βασικά χαρακτηριστικά σχεδιασμού και προστασίας.

Γιατί πρέπει να δημιουργήσετε ένα κύκλωμα SMPS από τροφοδοτικό υπολογιστή;

Για μένα είναι φθηνό, και πάλι φθηνό είναι μια πολύ ακριβή λέξη, είναι κυριολεκτικά δωρεάν. Μπορείτε να ρωτήσετε πώς ναι; Απλώς μιλήστε με τα τοπικά καταστήματα εξυπηρέτησης υπολογιστών σας, θα σας το δώσουν δωρεάν τουλάχιστον αυτό συνέβη για μένα. Επίσης, ρωτήστε τους φίλους σας εάν έχουν κάποιο από αυτά τα σπασμένα γύρω τους.

Η κατασκευή / προμήθεια του μετασχηματιστή για το κύκλωμα είναι το πιο κρίσιμο μέρος κάθε σχεδίασης SMPS, αλλά αυτή η μέθοδος αποφεύγει εντελώς αυτό το βήμα με τη διάσωση του μετασχηματιστή, επίσης έρχεται με μια πολύ καλή εμπειρία εκμάθησης εάν είστε ηλεκτρονικοί σκουπίδια σαν κι εμένα. Το τροφοδοτικό μου ATX μετά τη διάσωση των απαιτούμενων ανταλλακτικών φαίνεται παρακάτω.

Με αυτόν τον σχεδιασμό, μπορείτε να προσθέσετε ένα ποτενσιόμετρο και να μεταβάλλετε λίγο την τάση εξόδου. που μπορεί να είναι βολικό σε ορισμένες περιπτώσεις και το πιο ενδιαφέρον πράγμα για το κύκλωμα είναι ότι είναι κατασκευασμένο με πολύ γενικά μέρη, οπότε αν κάτι ανατινάξει την εύρεση και την αντικατάστασή τους είναι πολύ εύκολο έργο.

Τα κυκλώματα SMPS λειτουργούν διαφορετικά σε διαφορετικές συνθήκες, εάν δημιουργείτε αυτό το κύκλωμα γνωρίζοντας ότι το πραγματικό χαρακτηριστικό εισόδου-εξόδου μπορεί να σας βοηθήσει να εντοπίσετε σφάλματα στο κύκλωμα εάν εντοπίσετε κάποιο πρόβλημα με αυτό.

Τάση εισόδου:

Δεδομένου ότι η τάση εισόδου του τυπικού PC PSU είναι 220V, το σωζόμενο κύκλωμα λειτουργεί επίσης σε αυτήν την τάση. Αλλά με την τρέχουσα ρύθμιση του πίνακα μου, θα προσπαθήσω να λειτουργήσω το κύκλωμα με τάση εισόδου 85V επίσης.

Τάση εξόδου:

Η τάση εξόδου του κυκλώματος είναι 5V με 1A τρέχουσα βαθμολογία, πράγμα που σημαίνει ότι αυτό το κύκλωμα μπορεί να χειριστεί ισχύ 5W. Αυτό το κύκλωμα λειτουργεί σε κατάσταση σταθερής τάσης, οπότε η τάση εξόδου θα πρέπει να παραμείνει σχεδόν η ίδια ανεξάρτητα από το ρεύμα φορτίου.

Κυματισμός εξόδου:

Ο μετασχηματιστής σε αυτό το κύκλωμα είναι κατασκευασμένος από έναν επαγγελματία κατασκευαστή, ώστε να μπορούμε να περιμένουμε χαμηλή κυματισμό. Από την κατασκευή του σε μια διάστικτη σανίδα, μπορούμε να περιμένουμε λίγο περισσότερο κυματισμό από το συνηθισμένο.

Χαρακτηριστικά προστασίας:

Γενικά, υπάρχουν πολλά σχέδια κυκλωμάτων προστασίας SMPS, αλλά το κύκλωμα μας είναι κατασκευασμένο από ένα παλιό PSU PC, ώστε να μπορούμε να προσθέτουμε ή να αφαιρούμε χαρακτηριστικά προστασίας σύμφωνα με την απαίτηση της τελικής μας εφαρμογής. Μπορείτε επίσης να δείτε τα ακόλουθα κυκλώματα προστασίας που δημιουργήσαμε νωρίτερα.

• Κύκλωμα προστασίας από τάση
• Κύκλωμα προστασίας αντίστροφης πολικότητας
• Κύκλωμα προστασίας βραχυκυκλώματος
• Προστασία ρεύματος εισροής

Θα χρησιμοποιήσω αυτό το κύκλωμα για να τροφοδοτήσω τα έργα IoT μου. Αποφάσισα λοιπόν να πάω με ένα ελάχιστο χαρακτηριστικό προστασίας που είναι μια εύτηκτη αντίσταση στην είσοδο και ένα κύκλωμα προστασίας από υπέρταση στο τμήμα εξόδου.

Για να συνοψίσουμε λοιπόν, η τάση δικτύου AC για την τροφοδοσία μας θα είναι 220V AC, η τάση εξόδου θα είναι 5V DC με 1A μέγιστου ρεύματος εξόδου. Θα προσπαθήσουμε να κάνουμε την τάση κυματισμού εξόδου όσο το δυνατόν χαμηλότερη και έχουμε μια εύτηκτη αντίσταση εισόδου με κύκλωμα προστασίας από υπέρταση.

Απαιτούμενα στοιχεία για 5V 1A SMPS Circuit

Sl. Όχι	Ανταλλακτικά	Τύπος	Ποσότητα	Μέρος στο Σχηματικό
1	4.7R	Αντίσταση	1	R1
2	39R	Αντίσταση	1	R10
3	56R, 1W	Αντίσταση	1	R9
4	100R	Αντίσταση	2	R7, R6
5	220R	Αντίσταση	1	R5
6	100Κ	Αντίσταση	1	R2
7	560K, 1W	Αντίσταση	2	R3, R4
8	1Ν4007	Δίοδος	4	D2, D3, D4, D5
9	UF4007	Δίοδος	1	Δ6
10	1Ν5819	Δίοδος	1	Δ1
11	1Ν4148	Δίοδος	1	Δ7
12	103,50V	Πυκνωτής		Γ4
13	102, 1KV	Πυκνωτής	2	Γ3
14	10uF, 400V	Πυκνωτής	1	Γ1
15	100uF, 16V	Πυκνωτής	1	Γ6
16	470uF	Πυκνωτής	2	Γ7, Γ8
17	222pF, 50V	Πυκνωτής	1	Γ5
18	3.3uH, 2.66Α	Επαγωγέας	1	L2
19	2SC945	Τρανζίστορ	1	Τ1
20	Γ5353	Τρανζίστορ	1	Ε1
21	PC817	Optocoupler	1	ΟΚ1
22	TL431CLP	Αναφορά τάσης	1	VR1
23	10Κ	Περικοπή ποτ	1	R11
24	Ακροδέκτης βίδας	5 χιλιοστά	2	S1, S2
25	1Ν5908	Δίοδος	1	Δ9
26	Μετασχηματιστής	Από PC PSU	1	TR1

Διάγραμμα κυκλώματος 5V 1A SMPS

Η παρακάτω εικόνα δείχνει τα σχήματα του τροφοδοτικού 5V 1A SMPS που θα δημιουργήσουμε σε αυτό το σεμινάριο.

Έφτιαξα το κύκλωμα σε ένα breadboard και έμοιαζε έτσι όταν ολοκληρώθηκε.

Ας καταλάβουμε το κύκλωμα χωρίζοντάς το σε πολλά λειτουργικά μπλοκ και ας καταλάβουμε κάθε μπλοκ.

Η Fusible Resistor:

Πρώτον, έχουμε το R1 που εξυπηρετεί δύο σκοπούς. Πρώτον, λειτουργεί ως εύτηκτη αντίσταση. Δεύτερον, δρα ως περιοριστική αντίσταση ρεύματος.

Το Bridge Rectifier & το φίλτρο:

Στη συνέχεια, έχουμε 1N4007 διόδους, D2, D3, D4, D5, τέσσερις από τις οποίες σχηματίζουν τον ανορθωτή γέφυρας, μαζί με έναν πυκνωτή φίλτρου 10uF για τη μετατροπή AC σε DC.

Λάβετε υπόψη ότι έχω αφαιρέσει το φίλτρο PI επειδή δεν πρόκειται να χρησιμοποιήσω αυτήν την παροχή ηλεκτρικού ρεύματος εκτός από τη φόρτιση μιας μπαταρίας, εάν σκοπεύετε να χρησιμοποιήσετε αυτόν τον άλλο τρόπο, ένα φίλτρο EMI είναι απαραίτητο, μπορείτε πάντα να το τραβήξετε από το ίδιο παροχή ηλεκτρικού ρεύματος. Εάν δεν είστε σίγουροι τι είναι το φίλτρο PI ή πώς λειτουργεί, μπορείτε να δείτε το συνδεδεμένο άρθρο. Μπορείτε επίσης να δείτε άλλα σχέδια για να μειώσετε το EMI στο κύκλωμα SMPS που έχουμε συζητήσει νωρίτερα.

Οι αντιστάσεις εκκίνησης:

Τα R3 και R4 σχηματίζουν τις αντιστάσεις εκκίνησης, όταν εφαρμόζεται η ισχύς, οι αντιστάσεις εκκίνησης είναι υπεύθυνες για την τροφοδοσία της βάσης του πρωτεύοντος τρανζίστορ μεταγωγής, θα συζητήσω περισσότερα για την αντίσταση αργότερα στο άρθρο .

Συλλέκτης περιορισμού τάσης:

Για να περιορίσετε την τάση συλλέκτη του πρωτεύοντος τρανζίστορ μεταγωγής Q1 C3, R2 και D6 σχηματίστε ένα κύκλωμα σφιγκτήρα, και αυτό είναι ένα πολύ καλό παράδειγμα χρήσης ενός δικτύου snubber για τη μείωση της μέγιστης τάσης κατά την απενεργοποίηση και για την απόσβεση του κουδουνίσματος. Στις περισσότερες περιπτώσεις, μια πολύ απλή τεχνική σχεδίασης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό των κατάλληλων τιμών για τα εξαρτήματα snubber (Rs και Cs). Στις περιπτώσεις όπου απαιτείται πιο βέλτιστος σχεδιασμός, χρησιμοποιείται κάπως πιο περίπλοκη διαδικασία.

Κύριο & βοηθητικό τρανζίστορ μεταγωγής:

Το τρανζίστορ Q1, C5353 είναι το κύριο τρανζίστορ μεταγωγής και το Τ1 είναι το βοηθητικό τρανζίστορ μεταγωγής στο κύκλωμα. Τα C4 και R5 σχηματίζουν τον πρωτεύοντα ταλαντωτή που παράγει το κύριο σήμα μεταγωγής.

Κύκλωμα ανατροφοδότησης και ελέγχου:

Ο οπτικός συζεύκτης PC817 ΟΚ1 μαζί με την τάση αναφοράς VR1 και τη δίοδο 4148 σχηματίζει το Κύκλωμα Ανατροφοδότησης & Ελέγχου που παρουσιάζει άλλη αντίσταση σε αυτό το τμήμα ενεργεί μόνο ως διαχωριστής τάσης, αντίσταση περιορισμού ρεύματος και πυκνωτής φίλτρου. Εκτός από αυτό, έχω προσθέσει το ποτενσιόμετρο R11 για να μειώσω την τάση σύμφωνα με τις απαιτήσεις.

Μετασχηματιστής, ανορθωτής εξόδου και φίλτρο:

Ο μετασχηματιστής Τ1 κατασκευάζεται από σιδηρομαγνητικό υλικό, το οποίο όχι μόνο μετατρέπει το AC υψηλής τάσης σε AC χαμηλής τάσης, αλλά παρέχει και γαλβανική απομόνωση. Υπάρχουν 4 περιελίξεις στον μετασχηματιστή T1 Pin 1, 2, και 3 είναι η δευτερεύουσα περιέλιξη, Pin Pin 4, 5 είναι η βοηθητική περιέλιξη, ο πείρος Νο 6 και 7 είναι η κύρια περιέλιξη.

Οι δίοδοι D1 και D9 είναι οι διόδους ανορθωτή για το κύκλωμα. Ο πυκνωτής C8 είναι υπεύθυνος για το φιλτράρισμα των 12V και ο πυκνωτής C6 & C7 μαζί με το L2 σχηματίζει το φίλτρο PI για το τμήμα εξόδου.

Κύκλωμα προστασίας από τάση:

Ένα επιπλέον κύκλωμα προστασίας από υπέρταση μπορεί να προστεθεί για την προστασία της συσκευής εφαρμογής σας από ζημιά, είναι ένα πολύ απλό κύκλωμα που αποτελείται από μια ασφάλεια και τη δίοδο Zener όπως μπορείτε να το δείτε παραπάνω. Εάν προκύψει κατάσταση υπερβολικής τάσης, η δίοδος Zener θα ανατινάξει, έτσι ανατινάξει τη γρήγορη ασφάλεια με αυτό.

5V-1A SMPS Circuit Working

Τώρα, αυτό έχει εκκαθαριστεί, ας καταλάβουμε πώς λειτουργεί το κύκλωμα. Όταν η ισχύς εφαρμόζεται στο κύκλωμα, το δίκτυο AC διορθώνεται και φιλτράρεται από τις διόδους διόρθωσης και τον πυκνωτή. Μετά από αυτό, οι δύο αντιστάσεις εκκίνησης R3, R4 περιορίζουν το ρεύμα στη βάση του τρανζίστορ, γι 'αυτό το πρωτεύον τρανζίστορ ανεβαίνει ελαφρώς, τώρα λίγο ρεύμα ρέει μέσω της πρωτεύουσας περιέλιξης του μετασχηματιστή που είναι ο πείρος 6 και 7 του τρανζίστορ.

Αυτή η μικρή ποσότητα ρεύματος ενεργοποιεί τη βοηθητική περιέλιξη, αυτή η βοηθητική περιέλιξη ξεκινά τη φόρτιση του πυκνωτή C4 103pF μέσω της αντίστασης 220 Ohms R5. Και πάλι, η τάση στη βοηθητική πλευρά συνδέεται με τον συλλέκτη του οπτικού συζευκτήρα με διόρθωση 1N4148, αυτή η τάση βγαίνει από τον πομπό του οπτοσυζεύκτη και διαιρείται με ένα διαχωριστικό τάσης. Τώρα ο C5 ο πυκνωτής 222PF ξεκινά τη φόρτιση Όταν αυτός ο πυκνωτής φορτίζεται σε ένα ορισμένο επίπεδο, το βοηθητικό τρανζίστορ T1 ανάβει και το πρωτεύον τρανζίστορ απενεργοποιείται και ο πυκνωτής C5 αποφορτίζεται

Και ο κύκλος αρχίζει να επαναλαμβάνεται για άλλη μια φορά, έτσι δημιουργείται ένα σήμα μεταγωγής. Μόλις ξεκινήσει η διαδικασία εναλλαγής, η τάση προκαλείται στο δευτερεύον του μετασχηματιστή από το δευτερεύον γίνεται ένα κύκλωμα ανάδρασης με τη βοήθεια του VR1 της αναφοράς τάσης Tl431, ρυθμίζοντας την τάση αναφοράς, μπορούμε να ρυθμίσουμε τον χρόνο ενεργοποίησης και απενεργοποίησης του βοηθητικού τρανζίστορ, έτσι μπορούμε να ελέγξουμε την τάση εξόδου.

Δημιουργία κυκλώματος SMPS

Για αυτήν την επίδειξη, το κύκλωμα κατασκευάζεται σε μια διάστικτη σανίδα με τη βοήθεια του σχηματικού. παρακαλώ σημειώστε ότι δοκιμάζω το κύκλωμα στον πάγκο μου για επίδειξη, οπότε δεν συμπεριέλαβα πολλές δυνατότητες προστασίας όπως προστασία από υπερβολική τάση και προστασία βραχυκυκλώματος. Εάν το χρησιμοποιείτε για να τροφοδοτήσετε κάτι άλλο, συνιστάται σε αυτά τα κυκλώματα προστασίας και φίλτρου.

Η παραπάνω ρύθμιση δοκιμής χρησιμοποιήθηκε για τη δοκιμή του κυκλώματος, η τάση εξόδου του τροφοδοτικού ρυθμίστηκε στα 5.1V χρησιμοποιώντας το ποτενσιόμετρο και είναι τροφοδοτικό 1Α, ώστε να τραβήξει ρεύμα 1Α σε κατάσταση αιχμής.

Όπως μπορείτε να δείτε στην παραπάνω εικόνα, για δοκιμή με το φορτίο, χρησιμοποίησα μερικές αντιστάσεις ως φορτίο που κατανάλωσαν περίπου 1,157A από το κύκλωμα SMPS στα 5V. Το πλήρες βίντεο δοκιμής βρίσκεται στο κάτω μέρος αυτού του άρθρου.

Βελτιώσεις σχεδιασμού κυκλώματος 5V-1A SMPS

Υπάρχουν αρκετά πράγματα που μπορούν να βελτιωθούν σε αυτό το κύκλωμα όπως ένα φίλτρο EMI που μπορεί να προστεθεί στην είσοδο για τη βελτίωση της απόκρισης EMI αυτού του κυκλώματος. Στη συνέχεια, μπορεί να προστεθεί προστασία από υπερένταση και βραχυκύκλωμα εξόδου για τη βελτίωση της συνολικής απόδοσης του κυκλώματος. Επίσης, μπορεί να προστεθεί προστασία από υπέρταση και υπέρταση εισόδου για να την προστατεύσει από το κύμα εισόδου. Και τέλος, εάν το κύκλωμα είναι κατασκευασμένο σε πλακέτα PCB, η απόκριση EMI μπορεί να βελτιωθεί δραστικά.

Ελπίζω να καταλάβατε το σεμινάριο και να μάθετε πώς να φτιάξετε τα κυκλώματά σας SMPS. Εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις, αφήστε τις στην παρακάτω ενότητα σχολίων ή χρησιμοποιήστε τα φόρουμ μας για περισσότερες ερωτήσεις.