- ข้อควรพิจารณาในการออกแบบสำหรับแหล่งจ่ายไฟ 5V 1A
- ส่วนประกอบที่จำเป็นสำหรับวงจร 5V 1A SMPS
- แผนภาพวงจร 5V 1A SMPS
- 5V-1A วงจร SMPS ทำงาน
- การสร้างวงจร SMPS
- การปรับปรุงการออกแบบวงจร SMPS 5V-1A
Sแม่มดMบทกวีP Ower S upply (SMPS) เป็นส่วนสำคัญของการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ใด ๆ ใช้ในการแปลงกระแสไฟฟ้ากระแสสลับแรงสูงเป็นกระแสตรงแรงดันต่ำและทำได้โดยการแปลงกระแสไฟฟ้ากระแสสลับเป็นกระแสตรงแรงดันสูงก่อนจากนั้นจึงเปลี่ยนกระแสตรงแรงดันสูงเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ เราได้สร้างวงจร SMPS ไว้ก่อนหน้านี้แล้วเช่นวงจร 5V 2A SMPS และวงจร 12V 1A TNY268 SMPS เรายังสร้างหม้อแปลง SMPS ของเราเองซึ่งสามารถใช้ในการออกแบบ SMPS ของเราพร้อมกับ IC ไดรเวอร์
คุณอาจไม่สังเกตเห็น แต่ผลิตภัณฑ์ในครัวเรือนส่วนใหญ่เช่นที่ชาร์จมือถือที่ชาร์จแล็ปท็อปเราเตอร์ Wi-Fi ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟในโหมดสวิตชิ่งเพื่อใช้งานและส่วนใหญ่เป็น 5V ด้วยเหตุนี้ในบทความนี้เราจะแสดงให้คุณเห็นว่าคุณสามารถสร้างวงจร 5V, 1A SMPS ได้อย่างไรโดยการกู้ชิ้นส่วนจากแหล่งจ่ายไฟ PC ATX แบบเก่า
คำเตือน: การทำงานกับสายไฟ AC จำเป็นต้องมีทักษะและการควบคุมดูแลก่อน อย่าเปิด SMPS เก่าหรือลองสร้างใหม่โดยไม่มีประสบการณ์ ระวังตัวเก็บประจุที่ชาร์จแล้วและสายไฟ คุณได้รับคำเตือนดำเนินการด้วยความระมัดระวังและรับคำแนะนำจากผู้เชี่ยวชาญทุกที่ที่จำเป็น
ข้อควรพิจารณาในการออกแบบสำหรับแหล่งจ่ายไฟ 5V 1A
ก่อนที่เราจะดำเนินการต่อไปเรามาทำความเข้าใจเกี่ยวกับการพิจารณาการออกแบบขั้นพื้นฐานและคุณสมบัติการป้องกัน
เหตุใดคุณจึงควรสร้างวงจร SMPS จากแหล่งจ่ายไฟของคอมพิวเตอร์
สำหรับฉันมันถูกแล้วราคาถูกอีกครั้งเป็นคำที่แพงมากมันฟรีอย่างแท้จริง คุณอาจถามว่าเป็นอย่างไร? เพียงแค่พูดคุยกับร้านบริการพีซีในพื้นที่ของคุณพวกเขาจะมอบให้คุณฟรีอย่างน้อยก็เป็นเช่นนั้นสำหรับฉัน นอกจากนี้ถามเพื่อนของคุณว่าพวกเขามีคนที่เสียชีวิตอยู่รอบ ๆ หรือไม่
การสร้าง / จัดหาหม้อแปลงสำหรับวงจรเป็นส่วนสำคัญที่สุดของการออกแบบ SMPS แต่วิธีนี้จะหลีกเลี่ยงขั้นตอนนี้โดยการกอบกู้หม้อแปลงไฟฟ้าอย่างสมบูรณ์และยังมาพร้อมกับประสบการณ์การเรียนรู้ที่ดีมากหากคุณเป็นคนขยะอิเล็กทรอนิกส์เช่นฉัน แหล่งจ่ายไฟ ATX ของฉันหลังจากกู้ชิ้นส่วนที่ต้องการจะแสดงด้านล่าง
ด้วยการออกแบบนี้คุณสามารถเพิ่มโพเทนชิออมิเตอร์และเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าขาออกได้เล็กน้อย ที่อาจมีประโยชน์ในบางกรณีและสิ่งที่น่าสนใจที่สุดเกี่ยวกับวงจรก็คือมันทำจากชิ้นส่วนทั่วไปดังนั้นหากมีบางสิ่งเกิดขึ้นในการค้นหาและแทนที่พวกเขาจะเป็นเรื่องง่าย
วงจร SMPS ทำงานแตกต่างกันในสภาวะที่แตกต่างกันหากคุณกำลังสร้างวงจรนี้โดยทราบคุณสมบัติอินพุต - เอาท์พุตที่แท้จริงสามารถช่วยคุณในการดีบักวงจรได้หากคุณพบปัญหาใด ๆ
แรงดันไฟฟ้าขาเข้า:
เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าอินพุตของ PSU PC มาตรฐานคือ 220V วงจรกู้ของเราจึงทำงานกับแรงดันไฟฟ้านั้นด้วย แต่ด้วยการตั้งค่าตารางปัจจุบันของฉันฉันจะพยายามใช้งานวงจรด้วยแรงดันไฟฟ้าอินพุต 85V เช่นกัน
แรงดันขาออก:
แรงดันไฟฟ้าขาออกของวงจรคือ 5V พร้อมพิกัดกระแส 1A ซึ่งหมายความว่าวงจรนี้สามารถรองรับกำลังไฟได้ 5W วงจรนี้ทำงานภายใต้โหมดแรงดันคงที่ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าขาออกควรอยู่ในระดับเดียวกันโดยไม่คำนึงถึงกระแสโหลด
ระลอกเอาท์พุท:
หม้อแปลงในวงจรนี้ผลิตโดยผู้ผลิตมืออาชีพดังนั้นเราจึงสามารถคาดหวังว่าจะมีการกระเพื่อมต่ำ เนื่องจากโครงสร้างเป็นกระดานประเราจึงคาดหวังได้ว่าจะมีแรงกระเพื่อมมากกว่าปกติเล็กน้อย
คุณสมบัติการป้องกัน:
โดยทั่วไปมีการออกแบบวงจรป้องกัน SMPS มากมายแต่วงจรของเราทำจาก PC PSU รุ่นเก่าดังนั้นเราจึงสามารถเพิ่มหรือลบคุณสมบัติการป้องกันได้ตามความต้องการของการใช้งานขั้นสุดท้ายของเรา คุณยังสามารถตรวจสอบวงจรป้องกันต่อไปนี้ที่เราสร้างไว้ก่อนหน้านี้
- วงจรป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน
- วงจรป้องกันกระแสไฟฟ้าย้อนกลับ
- วงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร
- การป้องกันกระแสไฟเข้า
ฉันจะใช้วงจรนี้เพื่อขับเคลื่อนโครงการ IoT ของฉัน ดังนั้นฉันจึงตัดสินใจใช้คุณสมบัติการป้องกันขั้นต่ำซึ่งเป็นตัวต้านทานที่หลอมละลายได้ที่อินพุตและวงจรป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินที่ส่วนเอาต์พุต
ดังนั้นเพื่อสรุปแรงดันไฟ AC สำหรับแหล่งจ่ายไฟของเราจะเป็น 220V AC แรงดันขาออกจะเป็น 5V DC และ 1A ของกระแสไฟขาออกสูงสุด เราจะพยายามทำให้แรงดันไฟฟ้ากระเพื่อมของเอาท์พุตต่ำที่สุดเท่าที่จะทำได้และเรามีตัวต้านทานแบบหลอมรวมอินพุตพร้อมวงจรป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินเอาต์พุต
ส่วนประกอบที่จำเป็นสำหรับวงจร 5V 1A SMPS
ส. เลขที่ |
อะไหล่ |
ประเภท |
ปริมาณ |
ส่วนหนึ่งในแผนผัง |
1 |
4.7 ร |
ตัวต้านทาน |
1 |
R1 |
2 |
39R |
ตัวต้านทาน |
1 |
R10 |
3 |
56R, 1W |
ตัวต้านทาน |
1 |
R9 |
4 |
100R |
ตัวต้านทาน |
2 |
R7, R6 |
5 |
220R |
ตัวต้านทาน |
1 |
R5 |
6 |
100K |
ตัวต้านทาน |
1 |
R2 |
7 |
560K, 1W |
ตัวต้านทาน |
2 |
R3, R4 |
8 |
1N4007 |
ไดโอด |
4 |
D2, D3, D4, D5 |
9 |
UF4007 |
ไดโอด |
1 |
D6 |
10 |
1N5819 |
ไดโอด |
1 |
D1 |
11 |
1N4148 |
ไดโอด |
1 |
D7 |
12 |
103,50V |
คาปาซิเตอร์ |
C4 |
|
13 |
102, 1KV |
คาปาซิเตอร์ |
2 |
C3 |
14 |
10uF, 400V |
คาปาซิเตอร์ |
1 |
C1 |
15 |
100uF, 16V |
คาปาซิเตอร์ |
1 |
C6 |
16 |
470 ยูเอฟ |
คาปาซิเตอร์ |
2 |
C7, C8 |
17 |
222pF, 50V |
คาปาซิเตอร์ |
1 |
C5 |
18 |
3.3uH, 2.66A |
ตัวเหนี่ยวนำ |
1 |
L2 |
19 |
2SC945 |
ทรานซิสเตอร์ |
1 |
T1 |
20 |
C5353 |
ทรานซิสเตอร์ |
1 |
คำถามที่ 1 |
21 |
PC817 |
ออปโตคัปเปลอร์ |
1 |
ตกลง 1 |
22 |
TL431CLP |
อ้างอิงแรงดันไฟฟ้า |
1 |
VR1 |
23 |
10K |
หม้อตัด |
1 |
R11 |
24 |
ขั้วเกลียว |
5 มม |
2 |
S1, S2 |
25 |
1N5908 |
ไดโอด |
1 |
D9 |
26 |
หม้อแปลงไฟฟ้า |
จาก PC PSU |
1 |
TR1 |
แผนภาพวงจร 5V 1A SMPS
ภาพด้านล่างแสดงแผนผังของแหล่งจ่ายไฟSMPS 5V 1Aที่เราจะสร้างในบทช่วยสอนนี้
ฉันสร้างวงจรบนเขียงหั่นขนมและดูเหมือนว่าเมื่อเสร็จสมบูรณ์
มาทำความเข้าใจวงจรโดยแยกย่อยออกเป็นบล็อกการทำงานจำนวนมากและมาทำความเข้าใจกับแต่ละบล็อก
ตัวต้านทานแบบหลอมได้:
อันดับแรกเรามีR1ซึ่งตอบสนองวัตถุประสงค์สองประการ ประการแรกมันทำหน้าที่เป็นตัวต้านทานที่หลอมละลายได้ ประการที่สองจะทำหน้าที่เป็นตัวต้านทาน จำกัด กระแส
Bridge Rectifier และตัวกรอง:
ต่อไปเรามีไดโอด 1N4007, D2, D3, D4, D5ซึ่งสี่ตัวในรูปแบบบริดจ์เรียงกระแสพร้อมกับตัวเก็บประจุกรอง 10uF เพื่อแปลง AC เป็น DC
โปรดทราบว่าฉันได้ถอดตัวกรอง PIออกเพราะฉันจะไม่ใช้แหล่งจ่ายไฟนี้นอกเหนือจากการชาร์จแบตเตอรี่หากคุณตั้งใจจะใช้วิธีอื่นนี้ต้องใช้ตัวกรอง EMI คุณสามารถดึงออกจากตัวกรองเดียวกันได้เสมอ แหล่งจ่ายไฟ หากคุณไม่แน่ใจว่าตัวกรอง PI คืออะไรหรือทำงานอย่างไรคุณสามารถดูบทความที่เชื่อมโยงได้ คุณยังสามารถตรวจสอบการออกแบบอื่น ๆ เพื่อลด EMI ในวงจร SMPS ที่เราได้กล่าวไปก่อนหน้านี้
ตัวต้านทานเริ่มต้น:
R3และR4รูปแบบตัวต้านทานเริ่มต้นเมื่ออำนาจถูกนำไปใช้ตัวต้านทานเริ่มต้นมีความรับผิดชอบสำหรับการเปิดฐานของทรานซิสเตอร์สลับหลักผมจะหารือเพิ่มเติมเกี่ยวกับการต้านทานต่อมาในบทความ
แคลมป์ จำกัด แรงดันไฟฟ้าสะสม:
ที่จะ จำกัดแรงดันสะสมของการสลับหลักทรานซิสเตอร์ Q1 C3, R2 และ D6รูปแบบวงจรยึดและนี่คือตัวอย่างที่ดีมากของการใช้เครือข่าย snubberเพื่อลดแรงดันยอดที่เปิดปิดและชื้นเสียงเรียกเข้าในกรณีส่วนใหญ่สามารถใช้เทคนิคการออกแบบที่เรียบง่ายเพื่อกำหนดค่าที่เหมาะสมสำหรับส่วนประกอบที่ดูแคลน (Rs และ Cs) ในกรณีที่ต้องการการออกแบบที่เหมาะสมกว่านั้นจะใช้ขั้นตอนที่ค่อนข้างซับซ้อนกว่า
หลักและทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งเสริม:
ทรานซิสเตอร์Q1, C5353 เป็นทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งหลักและT1คือทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งเสริมในวงจร C4และR5เป็นออสซิลเลเตอร์หลักซึ่งสร้างสัญญาณสวิตชิ่งหลัก
ข้อเสนอแนะและวงจรควบคุม:
OK1 PC817 OPTOCOUPLERพร้อมกับอ้างอิงแรงดันไฟฟ้า VR1และไดโอด4148รูปแบบข้อเสนอแนะและการควบคุมวงจรของขวัญต้านทานอื่น ๆ ในส่วนนี้จะทำหน้าที่เป็นแบ่งแรงดันตัวต้านทาน จำกัด กระแสและตัวเก็บประจุกรอง นอกเหนือจากนั้นฉันได้เพิ่มโพเทนชิออมิเตอร์ R11 เพื่อตัดแรงดันไฟฟ้าตามความต้องการ
Transformer, Output Rectifier และ Filter:
หม้อแปลง T1 ทำจากวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งไม่เพียง แต่แปลงไฟฟ้ากระแสสลับแรงสูงให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับที่มีแรงดันต่ำ แต่ยังแยกกระแสไฟฟ้าได้อีกด้วย มีขดลวด 4 ขดในหม้อแปลง T1 Pin 1, 2 และ 3คือขดลวดทุติยภูมิ, Pin no 4, 5เป็นขดลวดเสริม, พินหมายเลข6 และ 7เป็นขดลวดหลัก
ไดโอด D1 และ D9 เป็นไดโอดเรียงกระแสสำหรับวงจร ตัวเก็บประจุ C8 มีหน้าที่กรอง 12V และตัวเก็บประจุ C6 และ C7 พร้อมกับ L2 จะสร้างตัวกรอง PI สำหรับส่วนเอาต์พุต
วงจรป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน:
สามารถเพิ่มวงจรป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินเพิ่มเติมเพื่อป้องกันอุปกรณ์แอพพลิเคชั่นของคุณได้รับความเสียหายเป็นวงจรที่เรียบง่ายประกอบด้วยฟิวส์และซีเนอร์ไดโอดดังที่คุณเห็นด้านบนหากเกิดสภาวะแรงดันเกินซีเนอร์ไดโอดจะระเบิดดังนั้น เป่าFast Blow Fuseด้วย
5V-1A วงจร SMPS ทำงาน
ตอนนี้เคลียร์หมดแล้วเรามาทำความเข้าใจกันว่าวงจรทำงานอย่างไรเมื่อจ่ายไฟเข้ากับวงจรไฟ AC จะได้รับการแก้ไขและกรองโดยไดโอดและตัวเก็บประจุที่แก้ไข หลังจากนั้นตัวต้านทานเริ่มต้นสองตัว R3, R4 จะ จำกัด กระแสไปที่ฐานของทรานซิสเตอร์นั่นคือสาเหตุที่ทรานซิสเตอร์หลักเปิดขึ้นเล็กน้อยตอนนี้กระแสเพียงเล็กน้อยไหลผ่านขดลวดหลักของหม้อแปลงซึ่งเป็นพิน 6 และ 7 ของทรานซิสเตอร์.
กระแสไฟฟ้าจำนวนเล็กน้อยนี้กระตุ้นให้ขดลวดเสริมขดลวดเสริมนี้เริ่มชาร์จตัวเก็บประจุ 103pF C4 ผ่านตัวต้านทาน 220 โอห์ม R5 อีกครั้งแรงดันไฟฟ้าที่ด้านเสริมเชื่อมต่อกับตัวสะสมของออปโตคัปเปลอร์ด้วยไดโอดการปรับแก้ 1N4148 แรงดันไฟฟ้านี้จะหลุดออกจากตัวปล่อยของออปโตคัปเปลอร์และหารด้วยตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า ตอนนี้ C5 ตัวเก็บประจุ 222PF เริ่มชาร์จเมื่อตัวเก็บประจุนี้ถูกชาร์จถึงระดับหนึ่งทรานซิสเตอร์เสริม T1 จะเปิดขึ้นและทรานซิสเตอร์หลักจะดับลงและตัวเก็บประจุ C5 จะถูกคายประจุ
และวงจรจะเริ่มซ้ำอีกครั้งดังนั้นสัญญาณการสลับจึงถูกสร้างขึ้น เมื่อกระบวนการสวิตชิ่งเริ่มต้นแรงดันไฟฟ้าจะถูกเหนี่ยวนำที่รองของหม้อแปลงจากวงจรป้อนกลับทุติยภูมิโดยใช้ VR1 อ้างอิงแรงดันไฟฟ้า Tl431 โดยการปรับแรงดันอ้างอิงเราสามารถตั้งเวลาเปิดและปิด ของทรานซิสเตอร์เสริมดังนั้นเราจึงสามารถควบคุมแรงดันไฟฟ้าขาออกได้
การสร้างวงจร SMPS
สำหรับการสาธิตนี้วงจรถูกสร้างขึ้นในกระดานประด้วยความช่วยเหลือของแผนผัง โปรดทราบว่าฉันกำลังทดสอบวงจรบนม้านั่งสำหรับการสาธิตดังนั้นฉันจึงไม่ได้รวมคุณสมบัติการป้องกันมากมายเช่นการป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินและการป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร หากคุณกำลังใช้สิ่งนี้เพื่อจ่ายไฟอย่างอื่นขอแนะนำให้เปิดวงจรป้องกันและตัวกรองเหล่านั้น
การตั้งค่าการทดสอบข้างต้นใช้เพื่อทดสอบวงจรแรงดันเอาต์พุตของแหล่งจ่ายไฟถูกปรับเป็น 5.1V โดยใช้โพเทนชิออมิเตอร์และเป็นแหล่งจ่ายไฟ 1A เพื่อให้สามารถดึงกระแส 1A ที่สภาวะสูงสุดได้
ดังที่คุณเห็นในภาพด้านบนสำหรับการทดสอบกับโหลดฉันใช้ตัวต้านทานบางตัวเป็นโหลดที่ใช้ประมาณ 1.157A จากวงจร SMPS ของเราที่ 5V สามารถดูวิดีโอการทดสอบฉบับสมบูรณ์ได้ที่ด้านล่างของบทความนี้
การปรับปรุงการออกแบบวงจร SMPS 5V-1A
มีบางสิ่งที่สามารถปรับปรุงได้ในวงจรนี้เช่นสามารถเพิ่มฟิลเตอร์ EMI ที่อินพุตเพื่อปรับปรุงการตอบสนอง EMI ของวงจรนี้ จากนั้นสามารถเพิ่มการป้องกันกระแสเกินและไฟฟ้าลัดวงจรของเอาต์พุตเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของวงจร นอกจากนี้ยังสามารถเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเกินและการป้องกันไฟกระชากเพื่อป้องกันไฟกระชากได้อีกด้วย และสุดท้ายถ้าวงจรถูกสร้างขึ้นในบอร์ด PCB การตอบสนองของ EMI จะดีขึ้นอย่างมาก
หวังว่าคุณจะเข้าใจบทช่วยสอนและเรียนรู้วิธีสร้างวงจร SMPS ของคุณ หากคุณมีคำถามใด ๆ ทิ้งไว้ในส่วนความคิดเห็นด้านล่างหรือใช้ฟอรัมของเราสำหรับคำถามเพิ่มเติม