- Konstruktionsüberlegungen für 5V 1A-Netzteil
- Erforderliche Komponenten für 5V 1A SMPS-Schaltung
- 5V 1A SMPS Schaltplan
- 5V-1A SMPS-Schaltung funktioniert
- Aufbau der SMPS-Schaltung
- 5V-1A SMPS Circuit Design Verbesserungen
A S Hexen M ode P ower S ls Lieferung (SMPS) ist ein unverzichtbarer Bestandteil jeder elektronischen Entwurf. Es wird verwendet, um Netz-Hochspannungs-Wechselstrom in Niederspannungs-Gleichstrom umzuwandeln, und zwar, indem zuerst der Netz-Wechselstrom in Hochspannungs-Gleichstrom umgewandelt und dann der Hochspannungs-Gleichstrom geschaltet wird, um die gewünschte Spannung zu erzeugen. Wir haben bereits einige SMPS-Schaltungen hergestellt, wie diese 5V 2A SMPS-Schaltung und die 12V 1A TNY268 SMPS-Schaltung. Wir haben sogar unseren eigenen SMPS-Transformator gebaut, der in unseren SMPS-Designs zusammen mit dem Treiber-IC verwendet werden kann.
Sie werden es vielleicht nicht bemerken, aber die meisten Haushaltsprodukte wie mobiles Ladegerät, Laptop-Ladegerät und Wi-Fi-Router benötigen zum Betrieb ein Schaltnetzteil, und die meisten davon sind 5-V-Netzteile. In diesem Sinne zeigen wir Ihnen in diesem Artikel, wie Sie eine 5-V-1-A-SMPS-Schaltung bauen können , indem Sie Teile von einem alten Wegwerf-PC-ATX-Netzteil retten.
Warnung: Die Arbeit mit dem Wechselstromnetz erfordert vorherige Kenntnisse und Überwachung. Öffnen Sie kein altes SMPS und versuchen Sie nicht, ein neues SMPS ohne Erfahrung zu erstellen. Seien Sie vorsichtig bei geladenen Kondensatoren und stromführenden Kabeln. Sie wurden gewarnt, gehen Sie vorsichtig vor und lassen Sie sich bei Bedarf von Experten beraten.
Konstruktionsüberlegungen für 5V 1A-Netzteil
Bevor wir fortfahren, wollen wir einige grundlegende Überlegungen zum Design und zu den Schutzfunktionen erläutern.
Warum sollten Sie eine SMPS-Schaltung aus einem Computer-Netzteil bauen?
Für mich ist es billig, dann ist billig ein sehr teures Wort, es ist buchstäblich kostenlos. Sie fragen sich vielleicht wie? Sprechen Sie einfach mit Ihren örtlichen PC-Servicegeschäften, sie werden es Ihnen kostenlos geben, zumindest war dies bei mir der Fall. Fragen Sie auch Ihre Freunde, ob sie einen dieser kaputten herumliegen haben.
Der Bau / die Beschaffung des Transformators für die Schaltung ist der wichtigste Teil eines SMPS-Entwurfs. Diese Methode vermeidet diesen Schritt jedoch vollständig, indem sie den Transformator rettet. Außerdem ist sie eine sehr gute Lernerfahrung, wenn Sie ein elektronischer Junkie wie ich sind. Mein ATX-Netzteil nach der Bergung der erforderlichen Teile ist unten dargestellt.
Mit diesem Design können Sie ein Potentiometer hinzufügen und die Ausgangsspannung ein wenig variieren. Das kann in einigen Fällen nützlich sein, und das Interessanteste an der Schaltung ist, dass sie aus sehr generischen Teilen besteht. Wenn also etwas explodiert, ist es eine sehr einfache Aufgabe, sie zu finden und zu ersetzen.
SMPS-Schaltungen funktionieren unter verschiedenen Bedingungen unterschiedlich. Wenn Sie diese Schaltung erstellen und die tatsächliche Eingangs- / Ausgangscharakteristik kennen, können Sie die Schaltung debuggen, wenn Sie Probleme damit finden.
Eingangsspannung:
Da die Eingangsspannung des Standard-PC-Netzteils 220 V beträgt, arbeitet unsere geborgene Schaltung auch mit dieser Spannung. Aber mit meinem aktuellen Tabellenaufbau werde ich versuchen, die Schaltung auch mit einer Eingangsspannung von 85 V zu betreiben.
Ausgangsspannung:
Die Ausgangsspannung der Schaltung beträgt 5 V bei einer Nennstromstärke von 1 A, was bedeutet, dass diese Schaltung eine Leistung von 5 W verarbeiten kann. Diese Schaltung arbeitet im Konstantspannungsmodus, daher sollte die Ausgangsspannung unabhängig vom Laststrom nahezu gleich bleiben.
Ausgangswelligkeit:
Der Transformator in dieser Schaltung wird von einem professionellen Hersteller hergestellt, sodass wir eine geringe Welligkeit erwarten können. Da es sich um ein gepunktetes Brett handelt, können wir etwas mehr Welligkeit als gewöhnlich erwarten.
Schutzfunktionen:
Im Allgemeinen gibt es viele SMPS-Designs für Schutzschaltungen, aber unsere Schaltung besteht aus einem alten PC-Netzteil, sodass wir Schutzfunktionen gemäß den Anforderungen unserer endgültigen Anwendung hinzufügen oder entfernen können. Sie können auch die folgenden Schutzschaltungen überprüfen, die wir zuvor erstellt haben.
- Überspannungsschutzschaltung
- Verpolungsschutzschaltung
- Kurzschlussschutzschaltung
- Einschaltstromschutz
Ich werde diese Schaltung verwenden, um meine IoT-Projekte mit Strom zu versorgen. Deshalb habe ich mich für eine Mindestschutzfunktion entschieden, nämlich einen Schmelzwiderstand am Eingang und eine Überspannungsschutzschaltung am Ausgang.
Zusammenfassend wäre die Netzwechselspannung für unser Netzteil 220 V Wechselstrom, die Ausgangsspannung 5 V Gleichstrom bei 1 A maximalem Ausgangsstrom. Wir werden versuchen, die Ausgangswelligkeitsspannung so niedrig wie möglich zu halten, und wir haben einen schmelzbaren Eingangswiderstand mit einer Ausgangsüberspannungsschutzschaltung.
Erforderliche Komponenten für 5V 1A SMPS-Schaltung
|
Sl. Nein |
Teile |
Art |
Menge |
Teil im Schema |
|
1 |
4.7R |
Widerstand |
1 |
R1 |
|
2 |
39R |
Widerstand |
1 |
R10 |
|
3 |
56R, 1W |
Widerstand |
1 |
R9 |
|
4 |
100R |
Widerstand |
2 |
R7, R6 |
|
5 |
220R |
Widerstand |
1 |
R5 |
|
6 |
100K |
Widerstand |
1 |
R2 |
|
7 |
560 K, 1 W. |
Widerstand |
2 |
R3, R4 |
|
8 |
1N4007 |
Diode |
4 |
D2, D3, D4, D5 |
|
9 |
UF4007 |
Diode |
1 |
D6 |
|
10 |
1N5819 |
Diode |
1 |
D1 |
|
11 |
1N4148 |
Diode |
1 |
D7 |
|
12 |
103,50V |
Kondensator |
C4 |
|
|
13 |
102, 1 kV |
Kondensator |
2 |
C3 |
|
14 |
10 uF, 400 V. |
Kondensator |
1 |
C1 |
|
15 |
100 uF, 16 V. |
Kondensator |
1 |
C6 |
|
16 |
470uF |
Kondensator |
2 |
C7, C8 |
|
17 |
222 pF, 50 V. |
Kondensator |
1 |
C5 |
|
18 |
3,3 uH, 2,66 A. |
Induktor |
1 |
L2 |
|
19 |
2SC945 |
Transistor |
1 |
T1 |
|
20 |
C5353 |
Transistor |
1 |
Q1 |
|
21 |
PC817 |
Optokoppler |
1 |
OK1 |
|
22 |
TL431CLP |
Spannungsreferenz |
1 |
VR1 |
|
23 |
10K |
Trimmtopf |
1 |
R11 |
|
24 |
Schraubklemme |
5mm |
2 |
S1, S2 |
|
25 |
1N5908 |
Diode |
1 |
D9 |
|
26 |
Transformator |
Vom PC-Netzteil |
1 |
TR1 |
5V 1A SMPS Schaltplan
Das folgende Bild zeigt die Schaltpläne des 5V 1A SMPS- Netzteils, die wir in diesem Tutorial erstellen werden.
Ich habe die Schaltung auf ein Steckbrett gebaut und es sah so aus, als ich fertig war.
Lassen Sie uns die Schaltung verstehen, indem wir sie in viele Funktionsblöcke aufteilen und jeden Block verstehen.
Der Schmelzwiderstand:
Erstens haben wir R1, das zwei Zwecken dient. Erstens wirkt es als schmelzbarer Widerstand. Zweitens wirkt es als Strombegrenzungswiderstand.
Der Brückengleichrichter und der Filter:
Als nächstes haben wir 1N4007-Dioden, D2, D3, D4, D5, von denen vier den Brückengleichrichter bilden, zusammen mit einem 10uF-Filterkondensator, um Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln.
Bitte beachten Sie, dass ich den PI-Filter entfernt habe, da ich dieses Netzteil nur zum Laden eines Akkus verwenden werde. Wenn Sie auf diese Weise verwenden möchten, ist ein EMI-Filter ein Muss. Sie können ihn jederzeit aus demselben herausziehen Energieversorgung. Wenn Sie nicht sicher sind, was ein PI-Filter ist oder wie er funktioniert, können Sie den verlinkten Artikel lesen. Sie können auch andere Designs ausprobieren, um die EMI in SMPS-Schaltungen zu reduzieren, die wir zuvor besprochen haben.
Die Anlaufwiderstände:
R3 und R4 bilden die Anlaufwiderstände. Wenn die Leistung angelegt wird, sind die Anlaufwiderstände für die Versorgung der Basis des primären Schalttransistors verantwortlich. Ich werde später in diesem Artikel mehr über den Widerstand diskutieren .
Kollektorspannungsbegrenzungsklemme:
Um die Kollektorspannung des primären Schalttransistors Q1 zu begrenzen , bilden C3, R2 und D6 eine Klemmschaltung. Dies ist ein sehr gutes Beispiel für die Verwendung eines Dämpfungsnetzwerks, um die Spitzenspannung beim Ausschalten zu verringern und das Klingeln zu dämpfen. In den meisten Fällen kann eine sehr einfache Entwurfstechnik verwendet werden, um geeignete Werte für die Dämpfungskomponenten (Rs und Cs) zu bestimmen. In den Fällen, in denen ein optimaleres Design erforderlich ist, wird ein etwas komplexeres Verfahren angewendet.
Primär- und Hilfsschalttransistor:
Der Transistor Q1, C5353 ist der Hauptschalttransistor und T1 ist der Hilfsschalttransistor in der Schaltung. C4 und R5 bilden den Primäroszillator, der das Hauptschaltsignal erzeugt.
Rückkopplungs- und Steuerkreis:
Der PC817-Optokoppler OK1 bildet zusammen mit der Spannungsreferenz VR1 und der Diode 4148 die Rückkopplungs- und Steuerschaltung. Der andere in diesem Abschnitt vorhandene Widerstand wirkt nur als Spannungsteiler, Strombegrenzungswiderstand und Filterkondensator. Ansonsten habe ich das Potentiometer R11 hinzugefügt, um die Spannung gemäß den Anforderungen zu trimmen.
Transformator, Ausgangsgleichrichter und Filter:
Der Transformator T1 besteht aus einem ferromagnetischen Material, das nicht nur den Hochspannungswechselstrom in einen Niederspannungswechselstrom umwandelt, sondern auch eine galvanische Trennung bietet. Es gibt 4 Wicklungen im Transformator T1 Pin 1, 2 und 3 ist die Sekundärwicklung, Pin Nr. 4, 5 ist die Hilfswicklung, Pin Nr. 6 und 7 ist die Primärwicklung.
Die Dioden D1 und D9 sind die Gleichrichterdioden für die Schaltung. Der Kondensator C8 ist für die Filterung der 12 V verantwortlich, und die Kondensatoren C6 und C7 bilden zusammen mit L2 das PI-Filter für den Ausgangsabschnitt.
Überspannungsschutzschaltung:
Eine zusätzliche Überspannungsschutzschaltung kann hinzugefügt werden, um Ihr Anwendungsgerät vor Beschädigungen zu schützen. Es handelt sich um eine sehr einfache Schaltung, die aus einer Sicherung und der Zenerdiode besteht, wie Sie oben sehen können. Wenn ein Überspannungszustand auftritt, explodiert die Zenerdiode damit die Fast Blow Fuse in die Luft jagen.
5V-1A SMPS-Schaltung funktioniert
Nachdem dies geklärt ist, wollen wir verstehen, wie die Schaltung funktioniert. Wenn die Schaltung mit Strom versorgt wird, wird der Wechselstrom durch die Gleichrichterdioden und den Kondensator gleichgerichtet und gefiltert. Danach begrenzen die beiden Anlaufwiderstände R3, R4 den Strom auf die Basis des Transistors. Deshalb geht der Primärtransistor leicht an, jetzt fließt ein wenig Strom durch die Primärwicklung des Transformators, die Pin 6 und 7 des Transistors ist.
Diese kleine Strommenge erregt die Hilfswicklung, diese Hilfswicklung beginnt, den 103pF-Kondensator C4 über den 220-Ohm-Widerstand R5 aufzuladen. Wiederum wird die Spannung auf der Hilfsseite mit einer Gleichrichterdiode 1N4148 an den Kollektor des Optokopplers angeschlossen, diese Spannung tritt aus dem Emitter des Optokopplers aus und wird mit einem Spannungsteiler geteilt. Jetzt beginnt der C5 der 222PF-Kondensator zu laden. Wenn dieser Kondensator auf einen bestimmten Pegel geladen wird, wird der Hilfstransistor T1 eingeschaltet und der Primärtransistor ausgeschaltet und der Kondensator C5 wird entladen
Und der Zyklus beginnt sich erneut zu wiederholen, wodurch ein Schaltsignal erzeugt wird. Sobald der Schaltvorgang beginnt, wird die Spannung an der Sekundärseite des Transformators von der Sekundärseite induziert. Mit Hilfe von VR1 wird eine Rückkopplungsschaltung hergestellt. Durch Einstellen der Referenzspannung können wir die Ein- und Ausschaltzeit einstellen des Hilfstransistors können wir somit die Ausgangsspannung steuern.
Aufbau der SMPS-Schaltung
Für diese Demonstration wird die Schaltung mit Hilfe des Schaltplans in einer gepunkteten Tafel aufgebaut; Bitte beachten Sie, dass ich die Schaltung auf meiner Bank zur Demonstration teste, sodass ich nicht viele Schutzfunktionen wie Überspannungsschutz und Kurzschlussschutz integriert habe. Wenn Sie dies verwenden, um etwas anderes mit Strom zu versorgen, wird empfohlen, diese Schutz- und Filterkreise einzuschalten.
Der obige Testaufbau wurde zum Testen der Schaltung verwendet, die Ausgangsspannung des Netzteils wurde mit dem Potentiometer auf 5,1 V eingestellt und es handelt sich um ein 1A-Netzteil, damit es im Spitzenzustand 1A-Strom ziehen kann.
Wie Sie im obigen Bild sehen können, habe ich zum Testen mit der Last einige Widerstände als Last verwendet, die bei 5 V etwa 1,157 A von unserer SMPS-Schaltung verbraucht hat. Das vollständige Testvideo finden Sie am Ende dieses Artikels.
5V-1A SMPS Circuit Design Verbesserungen
Es gibt einige Dinge, die in dieser Schaltung verbessert werden können, wie ein EMI-Filter am Eingang hinzugefügt werden kann, um die EMI-Reaktion dieser Schaltung zu verbessern. Dann kann ein Ausgangsüberstrom- und Kurzschlussschutz hinzugefügt werden, um die Gesamtleistung der Schaltung zu verbessern. Außerdem kann ein Eingangsüberspannungs- und Überspannungsschutz hinzugefügt werden, um ihn vor Eingangsüberspannungen zu schützen. Und schließlich kann die EMI-Reaktion drastisch verbessert werden, wenn die Schaltung in einer Leiterplatte aufgebaut ist.
Ich hoffe, Sie haben das Tutorial verstanden und gelernt, wie Sie Ihre SMPS-Schaltungen bauen. Wenn Sie Fragen haben, lassen Sie diese im Kommentarbereich unten oder nutzen Sie unsere Foren für weitere Fragen.