Продолжение материала, практический ремонт блока питания.Посмотреть.

В предыдущем материале мы рассмотрели основы диагностики при замене пускового конденсатора при использовании ШИМ контроллера с малым коридором гистерезиса (UVLO) на примере UC3843, пусковой конденсатор сел до 18 мкФ и блок питания не запускался. В этом материале рассмотрим ШИМ контроллер UC3842 с широким коридором гистерезиса. Забегая вперед, пусковой конденсатор сел до 0,6мкФ, однако блок питания запускался, хотя и проваливался под нагрузкой.

Рис. Блок питания, вид сверху	Рис. Блок питания, вид снизу	Рис. Блок питания, вид сбоку

Рис. Схема блока питания Феликс РК (взято с сайта коллег)

Схема была найдена на сайте коллег. В других источниках, в том числе на сайте производителя —  Атол, схемы найти не удалось. Схема довольно любопытна, рассмотрим только ее интересные и тонкие места.

Уже после публикации материала на email пришла документация на источник питания PW-060A-01Y240, которая очень сильно совпадает с рассматриваемым блоком питания . Документации с espec.ws отот 1Rezistor. PW-060A-01Y.pdf — описание блока питания (посмотреть) Рис. Схема электрическая принципиальная блока питания PW-060A-01Y240

Для начала исправим небольшие неточности в схеме, так как немного непонятно, как питается микросхема после запуска, а нас как раз интересует именно эта цепочка.

Рис. Схема блока питания Феликс РК (доработатнная)

Ошибка не принципиальная и так понятно, что на пусковой конденсатор никто не будет подавать переменное напряжение.  Если в схеме и есть другие ошибки, то они непринципиальные, и на них можно не обращать внимание.

Оригинально организована схема первичного запуска, напрямую сетевое переменное напряжение через R2(33К) и D1 заряжает конденсатор С2 (47мкФ*50В), который служит для запуска микросхемы IC3 (3842B). Если честно не до конца понятно — зачем используется такое решение, очевидно для более мягкого пуска. Зато очевидно, что такой фокус пройдет только для 3842 и 3844 (есть шанс что 3843 и 3845 просто не стартанут, из за своей узкой петли гистерезиса).

В рассматриваемом блоке питания  видим отсутствие Y конденсатора между первичной и вторичной обмотками,  вместо него установлен конденсатор С7 (330). Можно предположить, что он справляется с ВЧ помехой, которая передается через паразитную межобмоточную емкость на выход (24В).

На питание фискального регистратора идет три провода: +24В, Земля и Нейтраль сети 220В. Причем нейтраль и земля соеденены со стороны блока питания.

Отсутствие гальванической развязки между входным 220В и выходным 24В, сдалано на манер блока питания от компьютера.

Рис. Отсутствие гальванической развязки между входом и выходом блока питания.

  Ремонт.

В предыдущем ремонте мы рассмотрели основные шаги с чего надо начинать ремонт импульсного блока питания, не будем утяжелять этот материал очевидными вещами. П1-П4 можно посмотреть в предыдущем материале. Начнем сразу с П5.

Проверяем напряжение питания на ШИМ контроллере IC1(UC3843).

Собственно, пусковой конденсатор С2 (47мкФ*50В) имеет емкость 0,6 мкФ. Конденсатор под замену.

Проверка выходного напряжения на нагрузку.

Проверка на лампу 12В показала странный результат, лампа подмаргивала, моргания были хаотичные. Вот, что творится на выходе.

Рис. Напряжение на выходе блока питания 1 клетка 10В

Замена конденсаторов результатов не дала. Причем до и после дросселя L1 сигнал практически не менялся, после замены дросселя L1 картина сильно изменилась.

Рис. Напряжение на выходе блока питания 1 клетка 1В

Моргала лампа, скорее всего от срабатывания цепи защиты от перенапряжения ZD1, R9(1,8кОм),  SQR1 TYN408G (обратите внимание, в схеме возможна ошибка по этой цепи, рекомендуется ознакомится с другой схемой.

Комментарий не относящийся к ремонту или Дон Кихот и ветрянная мельница.

На самом деле комментарий очень даже относится к ремонту, а конкретно пункту Проверка выходного напряжения на нагрузку. 

При ремонте на 3 ноге был обнаружен выброс, который в свою очередь накладывался на 4 ногу и мог срывать генерацию.

З нога	4 нога

Что мы и видели на выходном напряжении в виде выбросов в 10В, и который успешно победили подбором дросселя.

Напряжение на выходе блока питания 1 клетка 10В. До замены дросселя.	Напряжение на выходе блока питания 1 клетка 1В. После замены дросселя.

После четвертого ремонта выяснилось, что дроссель тут не причем, виновата конструкция блока питания. Дело в том, что на время ремонта был снят защитный экран, результат можно посмотреть на осцилограммах, выбросы практически отсутсвуют. Если Вас напрягают эти выбросы киньте перемычку на время ремонта вместо экрана.

Генератор со снятым экраном	Генератор с установленным экраном

Вообще на третьей ноге с выбросами должна была справиться цепь подавления выброса от индуктивности рассеяния  CY(10нФ), D2, R4 (56кОм). К ней должна была присоединиться цепь Датчика тока и его цепей R3 (0,22 Ом), R5(100 Ом), C2(1,5 нФ). Но этого не происходит, что может говорить о неисправности этих цепей, однако это не так. Специально был разобран абсолютно новый блок питания, там такая же картина.

Жаль времени на поиск неисправности там, где ее нет. Можно предположить параметры обвязки считались по формулам, без проверки на макете, либо использовалось нестандартное решение.  

12V 1A SMPS Схема источника питания на печатной плате

Каждое электронное устройство или изделие требует надежного блока питания (PSU) для его работы. Почти все устройства в нашем доме, такие как телевизор, принтер, музыкальный проигрыватель и т. Д., Состоят из встроенного в него блока питания, который преобразует напряжение сети переменного тока в соответствующий уровень напряжения постоянного тока для их работы. Наиболее часто используемым типом цепи электропитания является SMPS (импульсный источник питания) , вы можете легко найти этот тип цепей в своем адаптере 12 В или зарядном устройстве для мобильных ПК / ноутбука.В этом уроке мы узнаем , как построить 12-вольтовую SMPS-схему , которая преобразовывала бы сеть переменного тока в 12 В постоянного тока с максимальным номинальным током 1,25 А. Эту схему можно использовать для питания небольших нагрузок или даже адаптировать ее к зарядному устройству для зарядки свинцово-кислотных и литиевых батарей. Если эта цепь питания 12 В, 15 Вт, не соответствует вашим требованиям, вы можете проверить различные цепи питания с разными номинальными характеристиками.

12 В SMPS Circuit — Вопросы проектирования

Прежде чем приступить к проектированию источников питания любого типа, необходимо выполнить анализ требований на основе среды, в которой будет использоваться наш источник питания.Различные виды источников питания работают в разных средах и с определенными границами ввода-вывода.

Входные данные

Давайте начнем с ввода. Входное напряжение питания — это первое, что будет использоваться SMPS и будет преобразовано в полезное значение для питания нагрузки. Так как эта конструкция указана для преобразования переменного тока в постоянный , на входе будет переменный ток (AC). Для Индии вход переменного тока доступен в 220-230 вольт, для США он рассчитан на 110 вольт.Есть и другие страны, которые используют разные уровни напряжения. Как правило, SMPS работает с универсальным входным напряжением в диапазоне . Это означает, что входное напряжение может отличаться от 85 В переменного тока до 265 В переменного тока. SMPS может использоваться в любой стране и может обеспечить стабильный выход при полной нагрузке, если напряжение составляет 85-265 В переменного тока. SMPS также должен нормально работать на частотах 50 Гц и 60 Гц. По этой причине мы можем использовать наши зарядные устройства для телефонов и ноутбуков в любой стране.

Выходная спецификация

На выходной стороне несколько нагрузок являются резистивными, немногие — индуктивными.В зависимости от нагрузки конструкция SMPS может быть разной. Для этого SMPS нагрузка принимается как резистивная нагрузка . Однако нет ничего похожего на резистивную нагрузку, каждая нагрузка состоит по меньшей мере из некоторого количества индуктивности и емкости; здесь предполагается, что индуктивность и емкость нагрузки незначительны.

Выходная спецификация SMPS сильно зависит от нагрузки, например, сколько напряжения и тока потребует нагрузка при любых условиях эксплуатации.Для этого проекта SMPS может обеспечить 15 Вт выходной мощности . Это 12В и 1,25А. Целевая выходная пульсация выбрана как меньшее из 30 мВ pk-pk при полосе частот 20000 Гц .

Исходя из выходной нагрузки, мы также должны выбрать между проектированием SMPS с постоянным напряжением или SMPS с постоянным током . Постоянное напряжение означает, что напряжение на нагрузке будет постоянным, и ток будет изменяться в соответствии с изменениями сопротивления нагрузки.С другой стороны, режим постоянного тока позволяет току быть постоянным, но изменять напряжение в соответствии с изменениями сопротивления нагрузки. Кроме того, CV и CC могут быть доступны в SMPS, но они не могут работать за один раз. Когда обе опции существуют в SMPS, должен быть диапазон, когда SMPS изменит свою выходную операцию с CV на CC и наоборот. Обычно зарядные устройства в режиме CC и CV используются для зарядки свинцово-кислотных или литиевых батарей.

Функции защиты входов и выходов

Существуют различные схемы защиты, которые можно использовать на SMPS для более безопасной и надежной работы.Схема защиты защищает SMPS, а также подключенную нагрузку. В зависимости от местоположения схема защиты может быть подключена через вход или через выход. Наиболее распространенная защита входов — Защита от импульсных перенапряжений и Фильтры электромагнитных помех . Защита от перенапряжений защищает SMPS от скачков напряжения на входе или от перенапряжения переменного тока . Фильтр EMI защищает SMPS от генерации EMI через входную линию. В этом проекте будут доступны обе функции. Защита выхода включает защиту от короткого замыкания , защиту от перенапряжения и защиту от перегрузки по току .Эта конструкция SMPS также будет включать в себя все эти схемы защиты.

Выбор IC управления питанием

Для каждой цепи SMPS требуется ИС управления питанием, также известная как коммутационная ИС или ИС SMPS или более сухая ИС. Давайте подведем итоги проектирования, чтобы выбрать идеальную ИС управления питанием, которая будет подходить для нашего дизайна. Наши требования к дизайну

1. 15 Вт мощности. 12 В 1,25 А с пк-рк пульсацией менее 30 мВ при полной нагрузке.
2. Универсальный входной рейтинг.
3. Защита от перенапряжения на входе.
4. Защита от короткого замыкания на выходе, перенапряжения и перегрузки по току.
5. Операции с постоянным напряжением.

Из вышеперечисленных требований есть широкий выбор микросхем на выбор, но для этого проекта мы выбрали Power интеграции . Интеграция питания — это полупроводниковая компания, имеющая широкий спектр ИС драйверов питания в различных диапазонах выходной мощности. Исходя из требований и доступности, мы решили использовать TNY268PN из крошечных семейств коммутаторов II .

На изображении выше показана максимальная мощность 15 Вт. Тем не менее, мы сделаем SMPS в открытом кадре и для универсального входного рейтинга. В таком сегменте TNY268PN может обеспечить мощность 15 Вт. Давайте посмотрим на схему контактов.

Проектирование 12-вольтовой 1-амперной цепи SMPS

Лучший способ построить схему — использовать программное обеспечение PI для интеграции с Power. Это отличное программное обеспечение для проектирования блока питания.Схема построена с использованием интегральной схемы питания. Процедура проектирования описана ниже, в качестве альтернативы вы также можете прокрутить видео вниз, объясняя то же самое.

Шаг -1: Выберите Tiny switch II , а также выберите желаемую упаковку. Мы выбрали пакет DIP. Выберите тип корпуса, адаптер или открытая рамка. Здесь выбран Open Frame.

Затем выберите тип обратной связи. Это важно, так как используется топология Flyback .TL431 — отличный выбор для обратной связи. TL431 — это шунтирующий регулятор, обеспечивающий превосходную защиту от перенапряжения и точное выходное напряжение.

Шаг-2: Выберите диапазон входного напряжения. Поскольку это будет универсальный вход SMPS, входное напряжение выбрано как 85-265В переменного тока. Частота линии составляет 50 Гц.

Шаг 3:

Выберите выходное напряжение, ток и мощность.Рейтинг SMPS будет 12V 1.25A. Мощность показывает 15 Вт. Режим работы также выбран как CV, что означает режим работы с постоянным напряжением. Наконец, все делается в три простых шага, и схема создается.

12V SMPS принципиальная схема и объяснение

Приведенная ниже схема немного видоизменена в соответствии с нашим проектом.

Прежде чем приступить непосредственно к созданию прототипа, давайте рассмотрим принципиальную схему 12v SMPS и ее работу.Схема имеет следующие разделы

1. Защита от скачков напряжения на входе и SMPS
2. AC-DC преобразование
3. PI фильтр
4. Схема драйвера или схема переключения
5. Защита от понижения напряжения.
6. Схема зажима
7. Магнитика и гальваническая развязка
8. EMI фильтр
9. Вторичный выпрямитель и демпферная цепь
10. Секция фильтра
11. Обратная связь.

Защита от перенапряжения на входе и SMPS

Этот раздел состоит из двух компонентов, F1 и RV1.F1 представляет собой плавкий плавкий предохранитель на 1 В 250 В переменного тока, а RV1 представляет собой 7-миллиметровый 275 В MOV (металлический оксидный варистор). Во время перенапряжения высокого напряжения (более 275 В переменного тока) MOV замерзает и перегорает входной предохранитель. Тем не менее, благодаря функции замедленного срабатывания, предохранитель выдерживает пусковой ток через SMPS.

AC-DC преобразование

Этот раздел регулируется диодным мостом. Эти четыре диода (внутри DB107) составляют полный мостовой выпрямитель. Диоды 1N4006, но стандарт 1N4007 отлично справится с этой задачей.В этом проекте эти четыре диода заменены полным мостовым выпрямителем DB107.

PI фильтр

Разные штаты имеют разные стандарты подавления электромагнитных помех. Эта конструкция соответствует стандарту EN61000-Class 3 , а PI-фильтр сконструирован таким образом, чтобы уменьшить подавление электромагнитных помех в синфазном режиме . Этот раздел создан с использованием C1, C2 и L1. C1 и C2 — конденсаторы 400 В 18 мкФ. Это нечетное значение, поэтому для этого приложения выбрано 22 мкФ 400 В.L1 — это синфазный дроссель, который принимает дифференциальный сигнал EMI для отмены обоих.

Схема привода или схема переключения

Это сердце SMPS. Первичная сторона трансформатора управляется цепью переключения TNY268PN. Частота переключения составляет 120-132 кГц. Благодаря высокой частоте коммутации можно использовать трансформаторы меньшего размера. Коммутационная схема состоит из двух компонентов: U1 и C3. U1 является основным драйвером IC TNY268PN.C3 — это байпасный конденсатор , который необходим для работы нашего драйвера IC.

Защита от понижения напряжения

Защита от понижения напряжения обеспечивается чувствительными резисторами R1 и R2. Он используется, когда SMPS переходит в режим автоматического перезапуска и определяет напряжение в сети.

Схема зажима

D1 и D2 — схема зажима. D1 — это TVS-диод , а D2 — — сверхбыстрый восстановительный диод .Трансформатор действует как огромный индуктор через силовой драйвер IC TNY268PN. Поэтому во время цикла выключения трансформатор создает высокие скачки напряжения из-за индуктивности рассеяния трансформатора. Эти высокочастотные скачки напряжения подавляются диодным зажимом на трансформаторе. UF4007 выбран из-за сверхбыстрого восстановления, а P6KE200A выбран для работы TVS.

Магнитика и гальваническая развязка

Трансформатор представляет собой ферромагнитный трансформатор, и он не только преобразует переменный ток высокого напряжения в переменный ток низкого напряжения, но также обеспечивает гальваническую развязку.

EMI фильтр

EMI фильтрация осуществляется конденсатором C4. Это повышает помехоустойчивость схемы, чтобы уменьшить высокие электромагнитные помехи.

Вторичный выпрямитель и демпфирующая цепь

Выходной сигнал трансформатора выпрямляется и преобразуется в постоянный ток с использованием D6, выпрямительного диода Шоттки . Схема демпфирования на D6 обеспечивает подавление переходного напряжения во время операций переключения.Схема демпфирования состоит из одного резистора и одного конденсатора, R3 и C5.

Секция фильтра

Секция фильтра состоит из конденсатора фильтра C6. Это конденсатор с низким ESR для лучшего подавления пульсаций. Кроме того, LC-фильтр, использующий L2 и C7, обеспечивает лучшее подавление пульсаций на выходе.

Раздел обратной связи

Выходное напряжение измеряется U3 TL431 и R6 и R7. После обнаружения линии U2 оптрон управляется и гальванически развязывает участок измерения вторичной обратной связи с контроллером первичной стороны.Оптопара имеет транзистор и светодиод внутри. Управляя светодиодом, транзистор управляется. Поскольку связь осуществляется оптически, она не имеет прямого электрического соединения, поэтому также удовлетворяет гальванической развязке в цепи обратной связи.

Теперь, так как светодиод непосредственно управляет транзистором, обеспечивая достаточное смещение на светодиоде оптопары, можно управлять транзистором оптопары , более конкретно схемой возбуждения. Эта система управления используется TL431.По мере того как параллельный стабилизатор имеет резистор делитель через ее опорный штифт, он может контролировать оптрон светодиод, который подключен через него. Контактная обратная связь имеет опорное напряжение 2.5V . Следовательно, TL431 может быть активен, только если напряжение на делителе достаточно. В нашем случае для делителя напряжения установлено значение 12 В . Поэтому, когда выход достигает 12 В, TL431 получает 2,5 В через опорный вывод и, таким образом, активирует светодиод оптопары, который управляет транзистором оптопары и косвенно контролирует TNY268PN.Если напряжение на выходе недостаточно, цикл переключения немедленно приостанавливается.

Сначала TNY268PN активирует первый цикл переключения, а затем определяет его вывод EN. Если все в порядке, он продолжит переключение, если нет, он попытается еще раз через иногда. Этот цикл продолжается до тех пор, пока все не станет нормальным, что предотвращает проблемы с коротким замыканием или перенапряжением. Вот почему это называется топологией обратного хода, поскольку выходное напряжение возвращается в драйвер для определения связанных операций.Кроме того, пробный цикл называется режима сбоя работы в состоянии сбоя.

D3 — это диод Шоттки . Этот диод преобразует высокочастотный выход переменного тока в постоянный. 3А 60В Диод Шоттки выбран для надежной работы. R4 и R5 выбираются и рассчитываются экспертом PI. Он создает делитель напряжения и передает ток на светодиод оптрона от TL431.

R6 и R7 — простой делитель напряжения, рассчитанный по формуле TL431 REF Voltage = (Vout x R7) / R6 + R7 .Опорное напряжение 2.5V и Vout является 12V. Выбрав значение R6 23,7 тыс., R7 стал примерно 9,09 тыс.

Изготовление печатной платы для 12v 1A SMPS Circuit

Теперь, когда мы понимаем, как работают схемы, мы можем приступить к созданию печатной платы для нашего SMPS. Поскольку это SMPS-схема, рекомендуется использовать печатную плату, поскольку она может решить проблему шума и изоляции. Компоновка печатной платы для вышеуказанной схемы также доступна для загрузки в виде Gerber по ссылке

Теперь, когда наш дизайн готов, пришло время изготовить их с использованием файла Gerber.Чтобы сделать печатную плату довольно легко, просто следуйте инструкциям ниже

Шаг 1: Зайдите на www.pcbgogo.com, зарегистрируйтесь, если вы впервые. Затем на вкладке Прототип печатной платы введите размеры вашей печатной платы, количество слоев и количество печатной платы, которое вам требуется. Предполагая, что печатная плата имеет размер 80 см × 80 см, вы можете установить размеры, как показано ниже.

Шаг 2: Продолжите, нажав на кнопку Quote Now .Вы попадете на страницу, где задайте несколько дополнительных параметров, если требуется, например, используемый материал, расстояние между дорожками и т. Д. Но в основном значения по умолчанию будут работать нормально. Единственное, что мы должны рассмотреть здесь, это цена и время. Как видите, время сборки составляет всего 2-3 дня, а для нашего PSB оно стоит всего 5 долларов. Затем вы можете выбрать предпочтительный способ доставки на основе ваших требований.

Шаг 3: Последний шаг — загрузить файл Gerber и продолжить оплату.Чтобы убедиться, что процесс проходит гладко, PCBGOGO проверяет, является ли ваш файл Gerber действительным, прежде чем приступить к оплате. Таким образом, вы можете быть уверены в том, что ваша печатная плата является дружественной к изготовителю и достигнет вас, как и всегда.

Сборка печатной платы

После того, как плата была заказана, она пришла ко мне через несколько дней, хотя курьер в аккуратно размеченной хорошо упакованной коробке и, как всегда, качество печатной платы было потрясающим. Полученная мной печатная плата показана ниже

Я включил свой паяльный стержень и начал собирать плату.Так как Footprints, колодки, переходные отверстия и шелкография идеально подходят по форме и размеру, у меня не возникло проблем при сборке платы. Моя печатная плата, закрепленная на паяльных тисках, показана ниже.

Комплектация Закупки

Все компоненты для этой 12 В 15 Вт SMPS схемы закуплены согласно схеме. Подробную спецификацию можно найти в приведенном ниже файле Excel для загрузки.

Почти все компоненты легко доступны для использования с полки.Вы можете найти проблемы с поиском подходящего трансформатора для этого проекта. Обычно для SMPS-коммутации обратный трансформатор не доступен напрямую от поставщиков, в большинстве случаев вам нужно намотать собственный трансформатор, если вам нужны эффективные результаты. Однако также можно использовать аналогичный трансформатор обратного хода, и ваша схема все равно будет работать. Идеальная спецификация для нашего трансформатора будет предоставлена ​​программным обеспечением PI Expert, которое мы использовали ранее.

Механическая и электрическая схема трансформатора, полученная от PI Expert, показана ниже.

Если вы не можете найти подходящего поставщика, вы можете спасти трансформатор от адаптера 12 В или других цепей SMPS. В качестве альтернативы вы можете также создать собственную покупку трансформатора, используя следующие материалы и инструкции по намотке.

После того, как все компоненты приобретены, их сборка должна быть легкой. Вы можете использовать файл Gerber и спецификацию для справки и собрать плату PCB.После того, как моя печатная плата лицевой и задней стороны выглядит примерно так ниже

Тестирование нашей 15W SMPS схемы

Теперь, когда наша трасса готова, пришло время принять ее во внимание. Мы подключим плату к нашей сети переменного тока через VARIAC и загрузим выходную сторону нагрузочной машиной и измерим пульсации напряжения, чтобы проверить работоспособность нашей схемы. Полное видео процедуры тестирования также можно найти в конце этой страницы.На рисунке ниже показана схема, протестированная с входным переменным напряжением 230 В переменного тока, для которого мы получаем выход 12,08 В

Измерение пульсирующего напряжения с помощью осциллографа

Чтобы измерить пульсационное напряжение с помощью осциллографа, измените вход оптического прицела на переменный ток с коэффициентом усиления 1x. Затем подключите электролитический конденсатор с низкой стоимостью и керамический конденсатор с низкой стоимостью, чтобы уменьшить шум из-за проводов. Вы можете обратиться к странице 40 этого документа RDR-295 от Power Integration для получения дополнительной информации об этой процедуре.

Приведенный ниже снимок был сделан при отсутствии нагрузки на 85 В и 230 В переменного тока. Шкала установлена ​​на 10 мВ на деление, и, как вы можете видеть, пульсация составляет почти 10 мВ пк-рк.

На входе 90 В переменного тока и при полной нагрузке пульсация может составлять около 20 мВ pk-pk

В 230 В переменного тока и при пульсирующем напряжении при полной нагрузке измеряется около 30 мВ pk-pk, что является наихудшим сценарием

Вот и все; это то, как вы можете создать свою собственную 12v SMPS схему .Как только вы поймете работу, вы можете изменить схему 12v SMPS в соответствии с вашими требованиями к напряжению и мощности. Надеюсь, вы поняли учебник и получили удовольствие от изучения чего-то полезного. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в разделе комментариев или используйте наши форумы для технических обсуждений. Встретимся снова с другим интересным дизайном SMPS, до тех пор, пока не подпишусь …

Для этого SMPS будет использоваться защита от перенапряжения с максимальным рабочим напряжением на входе 275 В переменного тока. Кроме того, для решения проблем с электромагнитными помехами для устранения сгенерированных электромагнитных помех будет использоваться фильтр синфазного режима . На стороне выхода мы будем включать защиты от короткого замыкания , защиты от перенапряжения и защиты от перегрузки по току .

Выбор IC управления питанием

Для каждой цепи SMPS требуется ИС управления питанием, также известная как коммутационная ИС или ИС SMPS или более сухая ИС.Давайте подведем итоги проектирования, чтобы выбрать идеальную ИС управления питанием, которая будет подходить для нашего дизайна. Наши требования к дизайну

1. 10 Вт мощности. 5В 2А при полной нагрузке.
2. Универсальный входной рейтинг. 85-265 В переменного тока при 50 Гц
3. Защита от перенапряжения на входе. Максимальное входное напряжение 275 В переменного тока.
4. Защита от короткого замыкания на выходе, перенапряжения и перегрузки по току.
5. Операции с постоянным напряжением.

Из вышеперечисленных требований есть широкий выбор микросхем на выбор, но для этого проекта мы выбрали Power интеграции .Интеграция питания — это полупроводниковая компания, имеющая широкий спектр ИС драйверов питания в различных диапазонах выходной мощности. Исходя из требований и доступности, мы решили использовать TNY268PN из крошечных семейств коммутаторов II . Ранее мы использовали эту микросхему для построения цепи 12 В SMPS на печатной плате.

На изображении выше показана максимальная мощность 15 Вт. Тем не менее, мы сделаем SMPS в открытом кадре и для универсального входного рейтинга.В таком сегменте TNY268PN может обеспечить мощность 15 Вт. Давайте посмотрим на схему контактов.

Проектирование 5-вольтовой 2-амперной цепи SMPS

Лучший способ построить 5V 2A SMPS Schematic — это использовать программное обеспечение PI для интеграции с экспертами. Загрузите программное обеспечение PI expert и используйте версию 8.6. Это отличное программное обеспечение для проектирования блока питания. Схема, показанная ниже, построена с использованием программного обеспечения PI Integration Power Power. Если вы новичок в этом программном обеспечении, вы можете обратиться к разделу дизайна этой схемы 12 В SMPS, чтобы понять, как использовать программное обеспечение.

Прежде чем приступить непосредственно к созданию прототипа, давайте рассмотрим принципиальную схему 5v 2A SMPS и ее работу.

Схема имеет следующие секции-

1. Защита от перенапряжения на входе и SMPS
2. AC-DC преобразование
3. PI фильтр
4. Схема драйвера или схема переключения
5. Защита от понижения напряжения.
6. Схема зажима.
7. Магнитика и гальваническая развязка.
8. EMI фильтр
9. Вторичный выпрямитель и демпферная цепь
10. Секция фильтра
11. Раздел обратной связи.

Защита от скачков напряжения на входе и SMPS :

Этот раздел состоит из двух компонентов, F1 и RV1. F1 — плавкий плавкий предохранитель на 1 В 250 В переменного тока, а RV1 — MOV на 7 мм 275 В (, Металлооксидный варистор ). Во время перенапряжения высокого напряжения (более 275 В переменного тока) MOV замерзает и перегорает входной предохранитель. Тем не менее, благодаря функции замедленного срабатывания, предохранитель выдерживает пусковой ток через SMPS.

AC-DC преобразование :

Этот раздел регулируется диодным мостом. Эти четыре диода (внутри DB107) составляют полный мостовой выпрямитель. Диоды 1N4006, но стандарт 1N4007 отлично справится с этой задачей. В этом проекте эти четыре диода заменены полным мостовым выпрямителем DB107.

PI фильтр :

Разные штаты имеют разные стандарты подавления электромагнитных помех. Эта конструкция соответствует стандарту EN61000-Class 3 стандарта , а PI-фильтр сконструирован таким образом, чтобы уменьшить подавление электромагнитных помех в синфазном режиме .Этот раздел создан с использованием C1, C2 и L1. C1 и C2 — конденсаторы 400 В 18 мкФ. Это нечетное значение, поэтому для этого приложения выбрано 22 мкФ 400 В. L1 — это синфазный дроссель, который принимает дифференциальный сигнал EMI для отмены обоих.

Схема привода или схема переключения :

Это сердце SMPS. Первичная сторона трансформатора управляется цепью переключения TNY268PN. Частота переключения составляет 120-132 кГц. Благодаря высокой частоте коммутации можно использовать трансформаторы меньшего размера.Коммутационная схема состоит из двух компонентов: U1 и C3. U1 является основным драйвером IC TNY268PN. C3 — это байпасный конденсатор , который необходим для работы нашего драйвера IC.

Защита от понижения напряжения :

Защита от понижения напряжения обеспечивается чувствительными резисторами R1 и R2. Он используется, когда SMPS переходит в режим автоматического перезапуска и определяет напряжение в сети. Значения R1 и R2 генерируются с помощью инструмента PI Expert .Два резистора в серии — это мера безопасности и хорошая практика, чтобы избежать проблем с отказом резистора. Таким образом, вместо 2М в серии используются два резистора 1М.

Схема зажима :

D1 и D2 — схема зажима. D1 — это TVS-диод , а D2 — — сверхбыстрый восстановительный диод . Трансформатор действует как огромный индуктор через силовой драйвер IC TNY268PN. Поэтому во время цикла выключения трансформатор создает высокие скачки напряжения из-за индуктивности рассеяния трансформатора.Эти высокочастотные скачки напряжения подавляются диодным зажимом на трансформаторе. UF4007 выбран из-за сверхбыстрого восстановления, а P6KE200A выбран для работы TVS. Согласно конструкции, целевое напряжение зажима (VCLAMP) составляет 200 В. Поэтому P6KE200A выбран, а для проблем, связанных со сверхбыстрой блокировкой, UF4007 выбран как D2.

Магниты и гальваническая развязка :

Трансформатор представляет собой ферромагнитный трансформатор, и он не только преобразует переменный ток высокого напряжения в переменный ток низкого напряжения, но также обеспечивает гальваническую развязку.

EMI фильтр :

EMI фильтрация осуществляется конденсатором C4. Это повышает помехоустойчивость схемы, чтобы уменьшить высокие электромагнитные помехи. Это конденсатор Y-класса с номинальным напряжением 2 кВ.

Вторичная цепь выпрямителя и демпфера :

Выходной сигнал трансформатора выпрямляется и преобразуется в постоянный ток с использованием D6, выпрямительного диода Шоттки . Схема демпфирования на D6 обеспечивает подавление переходного напряжения во время операций переключения.Схема демпфирования состоит из одного резистора и одного конденсатора, R3 и C5.

Секция фильтра :

Секция фильтра состоит из конденсатора фильтра C6. Это конденсатор с низким ESR для лучшего подавления пульсаций. Кроме того, LC-фильтр, использующий L2 и C7, обеспечивает лучшее подавление пульсаций на выходе.

Раздел обратной связи :

Выходное напряжение измеряется U3 TL431 и R6 и R7. После обнаружения линии U2 оптрон управляется и гальванически развязывает участок измерения вторичной обратной связи с контроллером первичной стороны.Оптопара имеет транзистор и светодиод внутри. Управляя светодиодом, транзистор управляется. Поскольку связь осуществляется оптически, она не имеет прямого электрического соединения, поэтому также удовлетворяет гальванической развязке в цепи обратной связи.

Теперь, так как светодиод непосредственно управляет транзистором, обеспечивая достаточное смещение на светодиоде оптопары, можно управлять транзистором оптопары , более конкретно схемой возбуждения. Эта система управления используется TL431.Шунтирующий регулятор. Поскольку шунтирующий регулятор имеет резисторный делитель через опорный вывод, он может управлять светодиодом оптопары, который подключен к нему. Контактная обратная связь имеет опорное напряжение 2.5V . Следовательно, TL431 может быть активен, только если напряжение на делителе достаточно. В нашем случае делитель напряжения установлен на значение 5 В. Поэтому, когда выход достигает 5 В, TL431 получает 2,5 В через опорный вывод и, таким образом, активирует светодиод оптопары, который управляет транзистором оптопары и косвенно контролирует TNY268PN.Если напряжение на выходе недостаточно, цикл переключения немедленно приостанавливается.

Сначала TNY268PN активирует первый цикл переключения, а затем определяет его вывод EN. Если все в порядке, он продолжит переключение, если нет, через некоторое время попробует еще раз. Этот цикл продолжается до тех пор, пока все не станет нормальным, что предотвратит проблемы с коротким замыканием или перенапряжением. Вот почему она называется с топологией обратного хода , поскольку выходное напряжение возвращается в драйвер для определения связанных операций.Кроме того, пробный цикл называется режимом сбоя режима сбоя.

D3 — это диод Шоттки . Этот диод преобразует высокочастотный выход переменного тока в постоянный. 3А 60В Диод Шоттки выбран для надежной работы. R4 и R5 выбираются и рассчитываются экспертом PI. Он создает делитель напряжения и передает ток на светодиод оптрона от TL431.

R6 и R7 — простой делитель напряжения, рассчитанный по формуле TL431 REF Voltage = (Vout x R7) / R6 + R7 .Опорное напряжение 2.5V и Vout является 12V. Выбрав значение R6 23,7 тыс., R7 стал примерно 9,09 тыс.

Построение переключающего трансформатора для нашей цепи SMPS

Обычно для цепи SMPS требуется переключающий трансформатор, эти трансформаторы могут быть приобретены у производителей трансформаторов в соответствии с вашими проектными требованиями. Но проблема здесь в том, что если вы изучаете материал по созданию прототипа, вы не можете найти точный трансформатор с полок для вашего дизайна.Итак, мы узнаем, как построить коммутационный трансформатор на основе требований к конструкции, данных нашим программным обеспечением PI Expert.

Давайте посмотрим на сгенерированную схему построения трансформатора.

Как показано на рисунке выше, нам нужно выполнить 103 витка одного провода 32 AWG на первичной стороне и 5 витков двух проводов 25 AWG на вторичной стороне.

На приведенном выше изображении начальная точка обмоток и направление обмотки описаны в виде механической схемы.Чтобы сделать этот трансформатор, необходимы следующие вещи —

1. EE19 сердечник, NC-2H или эквивалентная спецификация с зазором для ALG 79 нГн / T ²
2. Бобина с 5 контактами на первичной и вторичной стороне.
3. Барьерная лента толщиной 1 мил. Требуется лента шириной 9 мм.
4. 32 AWG эмалированная медная проволока с паяным покрытием.
5. 25AWG эмалированная медная проволока с паяным покрытием.
6. LCR метр.

EE19 ядро ​​ с NC-2H с зазором сердечника 79nH / T2 требуется; как правило, это доступно в парах.Бобина является общей с 4 первичными и 5 вторичными булавками. Однако здесь используется шпулька с 5 штифтами с обеих сторон.

Для барьерной ленты используется стандартная клейкая лента с толщиной основы более 1 мил (обычно 2 мил). Во время действий, связанных с постукиванием, ножницы используются, чтобы разрезать ленту для идеальной ширины. Медные провода закупаются у старых трансформаторов, и их можно купить в местных магазинах. Ядро и шпулька, которые я использую, показаны ниже

Шаг 1: Добавьте припой в 1-й и 5-й контакт на первичной стороне.Припой провода 32 AWG на выводе 5 и направление намотки по часовой стрелке. Продолжайте до 103 поворотов, как показано ниже

Это формирует первичную сторону нашего трансформатора, когда 103 витка обмотки завершены, мой трансформатор выглядел следующим образом.

Шаг 2: Применить клейкую ленту для изоляции, необходимо 3 витка клейкой ленты. Это также помогает удерживать катушку на месте.

Шаг 3: Запустите вторичную обмотку с выводов 9 и 10. Вторичная сторона изготовлена ​​с использованием двух жил из эмалированных медных проводов 25AWG. Припаяйте один медный провод к контакту 9, а другой — к контакту 10. Направление намотки снова по часовой стрелке. Продолжайте до 5 оборотов и припаяйте концы на контактах 5 и 6. Добавьте изоленту, применив клейкую ленту так же, как и раньше.

После того, как первичная и вторичная обмотки выполнены и используется клейкая лента, мой трансформатор выглядел так, как показано ниже

Шаг 4: Теперь мы можем надежно закрепить два сердечника с помощью клейкой ленты.После этого готовый трансформатор должен выглядеть следующим образом.

Шаг 5: Также не забудьте обмотать скотч рядом. Это уменьшит вибрацию при передаче потока высокой плотности.

После выполнения вышеуказанных шагов и испытания трансформатора с использованием измерителя LCR, как показано ниже. Измеритель показывает индуктивность 1,125 мГн или 1125 э.ч.

Построение схемы SMPS:

Когда трансформатор будет готов, мы можем приступить к сборке других компонентов на пунктирной плате.Требуемые детали для схемы можно найти в списке спецификаций ниже

Как только компоненты спаяны, моя плата выглядит примерно так.

Тестирование цепи 5 В 2A SMPS

Для проверки схемы я подключил входную сторону к источнику питания через VARIAC для контроля входного напряжения переменного тока. Выходное напряжение при 85 В переменного тока и 230 В переменного тока показано ниже-

Как видно в обоих случаях, выходное напряжение поддерживается на уровне 5 В.Но затем я подключил выход к своему прицелу и проверил наличие пульсаций. Измерение пульсаций показано ниже

Пульсация на выходе достаточно высокая, она показывает выход пульсации 150 мВ pk-pk. Это совсем не хорошо для цепи питания. На основании анализа высокая пульсация обусловлена ​​факторами ниже-

1. Неправильное проектирование печатных плат.
2. Отскок от земли.
3. Радиатор PCB не подходит.
4. Нет отключения на шумных линиях подачи.
5. Увеличенные допуски на трансформаторе из-за ручной намотки. Производители трансформаторов применяют лак для погружения во время обмоток машины для лучшей устойчивости трансформаторов.

Если цепь преобразуется в правильную печатную плату, мы можем ожидать пульсирующий выход источника питания в пределах 50 мВ pk-pk даже с трансформатором с ручной намоткой. Тем не менее, поскольку veroboard не является безопасным вариантом для переключения импульсного источника питания в области переменного тока в постоянный, постоянно предлагается установить надлежащую печатную плату перед применением высоковольтных цепей в практических сценариях.Вы можете проверить видео в конце этой страницы, чтобы проверить, как работает схема в условиях нагрузки.

Надеюсь, вы поняли учебник и научились создавать собственные схемы SMPS с помощью трансформатора ручной работы. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в разделе комментариев ниже или используйте наши форумы для дополнительных вопросов.