Idisenyo ang iyong sariling compact 5v / 3.3v smps circuit para sa mga naka-embed at proyekto ng iot

Ang isang krudo na paraan upang mapalakas ang iyong mga DC circuit na may AC mains ay ang paggamit ng isang step-down transpormer para sa pagbaba ng boltahe ng 230V mains at pagdaragdag ng isang pares ng mga diode bilang isang rectifier ng tulay. Ngunit dahil sa napakalaking sukat ng espasyo at iba pang mga sagabal, hindi ito maaaring gamitin para sa lahat ng mga layunin. Ang isa pang pinakatanyag at propesyonal na paraan ay ang paggamit ng Switch Mode Power Supply Circuits para sa pag-convert ng iyong AC mains sa isang malawak na hanay ng boltahe ng DC kung kinakailangan, halos lahat ng electronics ng consumer mula sa normal na 12V adapter sa isang Laptop Charger ay mayroong SMPS circuit upang maibigay ang kinakailangang DC lakas ng output.

Sa circuitdigest, nakabuo na kami ng ilang mga tanyag na circuit ng SMPSpara sa iba't ibang mga rating, katulad ang 12V 1A Viper 22A SMPS, 5V 2A SMPS, at 12V 1A SMPS circuit bawat isa ay maaaring magamit para sa iba't ibang mga application. Sa oras na ito, magtatayo kami ng isang SMPS na maaaring magamit para sa mga pangkalahatang layunin at may isang simpleng hugis ng module na magagamit sa mga sitwasyong nauugnay sa espasyo. Ngayong mga araw na ito, ang Internet of Things ay gumagamit ng iba't ibang mga processor na nakabatay sa wifi tulad ng NodeMCU, ESP32, at ESP12E, atbp na umaandar sa 5V o 3.3V. Ang mga modyul na ito ay lubos na siksik at kaya't upang mapatakbo ang mga board na ito, makatuwiran na gumamit ng mas maliit na mga circuit ng SMPS na maaaring pumunta sa parehong board, sa halip na gumamit ng isang hiwalay na circuit ng SMPS. Samakatuwid sa artikulong ito, matututunan natin kung paano bumuo ng isang SMPS circuit na maaaring maglabas ng 5V o 3.3V (hardware na mai-configure gamit ang jumper), ang disenyo ng circuit at layout ng PCB ay ibinigay din, kaya maaari mo lamang itong mai-port sa iyong mayroon nang disenyo.Dito ang aming PCB boards ay gawa ng PCBGoGo, isang china based low cost high high PCB prototype at PCB Assembly service company.

Ang rating ng SMPS ay 5V o 3.3V 1.5A dahil ang karamihan sa development board ay gumagamit ng 5V o 3.3V na mga antas ng lohika na antas at 1.5A ay dapat na sapat na mabuti para sa karamihan ng mga aplikasyon na batay sa IoT. Ngunit tandaan na ang SMPS na ito ay walang anumang mga filter sa seksyon ng pag-input upang mabawasan ang laki at gastos. Samakatuwid, ang SMPS na ito ay maaari lamang magamit para sa pag-power ng mga board ng microcontroller o mga layunin ng pagsingil. Tiyaking saklaw ito mula sa maabot ng gumagamit kapag nasa operasyon ito.

Babala: Ang pagtatrabaho sa mga circuit ng SMPS ay maaaring mapanganib dahil nagsasangkot ito ng boltahe ng AC mains na maaaring nakamamatay. Huwag subukang buuin ito kung wala kang karanasan sa pakikipagtulungan sa mga AC mains. Palaging manatiling maingat sa mga live na wires at sisingilin ng mga capacitor, gumamit ng mga proteksiyon na tool at pangangasiwa kung kinakailangan. Binalaan ka !!

5V / 3.3V SMPS Mga Pagtukoy sa Lupon

Ang SMPS ay magkakaroon ng mga sumusunod na pagtutukoy.

1. 85VAC hanggang 230VAC input.
2. 5V o 3.3V mapipiling 2A output.
3. Buksan ang pagtatayo ng frame
4. Maikling circuit at proteksyon ng Overvoltage
5. Maliit na laki na may mga tampok na murang gastos.

Mga Materyal na Kinakailangan para sa SMPS Circuit (BOM)

1. Fuse 1A 250VAC Slow Blow
2. Diode Bridge DB107
3. 10uF / 400V
4. P6KE Diode
5. UF4007
6. 2Meg - 2 Pcs - 0805 na pakete
7. 2.2nF 250VAC
8. TNY284DG
9. 10uF / 16V - 0805 na pakete
10. PC817
11. 1k - 0805 na pakete
12. 22R - 2pcs - 0805 na pakete
13. 100 nF - 0805 na pakete
14. TL431
15. SR360
16. 470pF 100V - 0805 na pakete
17. 1000uF 16V
18. 3.3uH - core ng drum
19. 2.2nF 250VAC

Tandaan: Ang lahat ng mga bahagi ay napili upang madaling magamit para sa mga taga-disenyo. Ang SMPS transpormer ay dapat na pasadyang pagbuo gamit ang datasheet na ito. Maaari kang gumamit ng isang vendor upang makabuo ng isa o magdisenyo at i-wind ang iyong SMPS transpormer gamit ang link.

Ang SMPS na ito ay dinisenyo gamit ang power integrated IC TNY284DG. Ang SMPS Diver IC na ito ay pinakamahusay na angkop para sa SMPS na ito dahil ang IC ay magagamit sa SMD package pati na rin ang wattage na angkop para sa hangarin. Ang larawan sa ibaba ay ipinapakita ang pagtutukoy ng wattage ng TNY284DG.

Tulad ng nakikita natin, ang TNY284DG ay perpekto para sa aming pagpipilian. Habang ang konstruksyon ay isang bukas na frame, tutugma ito sa output wattage na 8.5W. Ibig sabihin madali itong makapagbibigay ng 1.5A sa 5V.

5V / 3.3V SMPS Circuit Diagram

Ang pagtatayo ng SMPS na ito ay medyo simple at tuwid na pasulong. Ang disenyo na ito ay gumagamit ng chipset ng Power Integration bilang isang SMPS driver IC. Ang eskematiko ng circuit ay makikita sa larawan sa ibaba-

Konstruksiyon at Paggawa

Bago dumiretso sa pagbuo ng bahagi ng prototype, tuklasin natin ang operasyon ng circuitry. Ang circuit ay may mga sumusunod na seksyon-

1. Proteksyon ng Input
2. Pagbabago ng AC-DC
3. Driver circuitry o Switching circuit
4. Proteksyon sa ilalim ng boltahe na lockout.
5. Clamp circuit
6. Mga magnet at paghihiwalay ng galvanic
7. Pag-filter ng EMI
8. Pangalawang Rectifier at snubber circuit
9. Filter Seksyon
10. Seksyon ng feedback.

Proteksyon ng Input

Ang F1 ay isang mabagal na fuse ng fuse na protektahan ang SMPS mula sa mataas na kondisyon ng pagkarga at pagkakasala. Ang seksyon ng input ng SMPS ay hindi gumagamit ng anumang pagsasaalang-alang sa filter ng EMI. Ito ay isang 1A 250VAC mabagal na blow fuse at mapoprotektahan ang SMPS sa mga kondisyon ng kasalanan. Gayunpaman, ang piyus na ito ay maaaring mapalitan ng isang fuse ng baso. Maaari mo ring suriin ang artikulo sa iba't ibang mga uri ng piyus.

AC-DC Conversion

Ang B1 ay ang diode bridge rectifier. Ito ang DB107, isang 1A 700V diode bridge. Ito ang magpapalit ng input ng AC sa boltahe ng DC. Bilang karagdagan, ang 10uF 400V capacitor ay magiging mahalaga para sa pagwawasto ng DC ripple at magbibigay ito ng isang maayos na DC output sa driver circuit pati na rin ang Transformer.

Driver Circuitry o Switching Circuit

Ito ang pangunahing sangkap ng SMPS na ito. Ang pangunahing bahagi ng transpormer ay maayos na kinokontrol ng switching circuit TNY284DG. Ang dalas ng paglipat ay 120-132 kHz. Dahil sa mataas na dalas ng paglipat na ito, maaaring magamit ang mas maliit na mga transformer.

Ang nasa itaas na diagram ng pinout ay nagpapakita ng mga pinout ng TNY284DG. Ang switching driver na IC1 na kung saan ay TNY284DG ay gumagamit ng C2 isang 10uF 16V capacitor. Ang kapasitor na ito ay nagbibigay ng isang makinis na output ng DC sa panloob na circuit ng TNY284DG.

Proteksyon ng Under-Voltage Lockout

Ang transpormer ay kumikilos bilang isang malaking inductor. Samakatuwid, sa bawat siklo ng paglipat, ang transpormer ay nagdudulot ng mataas na boltahe na mga spike dahil sa leakage inductor ng transformer. Ang Zener diode D1 na kung saan ay isang P6KE160 diode, i-clamp ang output voltage circuit at ang D2 na UF4007, isang Ultra-Fast diode ang humahadlang sa mga ito ng mataas na boltahe na spike at dampin ito sa isang ligtas na halaga na kapaki-pakinabang upang mai-save ang DRAIN pin ng TNY284DG.

Magnetics at Galvanic Isolation

Ang transpormer ay ferromagnetic at hindi lamang nito binabago ang mataas na boltahe AC sa isang mababang boltahe ac ngunit nagbibigay din ng paghihiwalay ng galvanic. Ang transpormer ay isang EE16 Transformer. Ang detalyadong detalye ng transpormer ay maaaring makita sa transpormer datasheet na ibinahagi nang mas maaga sa seksyon ng kinakailangang mga materyal.

Filter ng EMI

Ang pag-filter ng EMI ay ginagawa ng C3 capacitor. Ang C3 capacitor ay isang mataas na boltahe 2.2nF 250VAC capacitor, na nagdaragdag ng kaligtasan sa sakit ng circuit at binabawasan ang mataas na pagkagambala ng EMI.

Pangalawang Pangangatuwid at Snubber Circuit

Ang output mula sa transpormer ay naitama gamit ang isang Schottky diode SR360. Ito ay isang 60V 3A Diode. Ang Schottky diode D3 na ito ay nagbibigay ng DC output mula sa transpormer na kung saan ay karagdagang naitama ng malaking 1000uF 16V capacitor C6.

Ang output ng transpormer ay nagbibigay ng isang tugtog na ripple na pinigilan ng snubber circuit na nilikha ng resistor na may mababang halaga at capacitor sa koneksyon sa serye na kahanay ng output rectifier. Ang resistor na may mababang halaga ay 22R at ang capacitor na may mababang halaga ay 470 pF. Ang dalawang sangkap na ito R8 at C5 ay lumikha ng snubber circuit sa seksyon ng output ng DC.

Filter Seksyon

Ang seksyon ng filter ay nilikha gamit ang isang pagsasaayos ng LC. Ang C ay ang filter capacitor C6. Ito ay isang Low ESR capacitor para sa mas mahusay na pagtanggi ng ripple na may halagang 100uF 16V at ang inductor L1 ay 3.3uH drum core inductor.

Seksyon ng feedback

Ang boltahe ng output ay nadama ng U1 TL431 ng isang divider ng boltahe. Samakatuwid, tuwing ang divider ng boltahe ay gumagawa ng isang perpektong boltahe, ang TL431 ay lumiliko sa isang opt coupler na PC817, na tinukoy bilang OK1.

Tulad ng mayroong dalawang mapipiling pagpapatakbo ng boltahe 3.3V at 5V, mayroong dalawang mga divider ng boltahe na nilikha gamit ang tatlong resistors R3, R4, at R5. Karaniwan ang R5 para sa lahat ng dalawang divider ngunit ang R3 at R4 ay nababago gamit ang isang jumper. Matapos ma-sensing ang linya, ang U1, ang optocoupler ay kinokontrol na kung saan karagdagang pag-trigger ng TNY284DG at galvanically ihiwalay ang pangalawang bahagi ng sensing ng feedback sa pangunahing bahagi ng controller.

Sa panahon ng unang power-up, dahil ito ay isang pagsasaayos ng flyback, buksan ng driver ang paglipat at naghihintay para sa tugon mula sa optocoupler. Kung normal ang lahat, ipinagpatuloy ng drayber ang paglipat, kung hindi man ay laktawan ang mga siklo ng paglipat maliban kung naging normal ang lahat.

Pagdidisenyo ng Aming SMPS PCB

Kapag natapos na ang circuit, maaari mo itong subukan sa isang perf board at pagkatapos ay magsimula sa iyong disenyo ng PCB. Gumamit kami ng agila upang idisenyo ang aming PCB, maaari mong suriin ang imahe ng layout sa ibaba. Maaari mo ring i-download ang mga file ng disenyo mula sa link sa ibaba.

• Eagle Schematics at PCB Design para sa 5V / 3.3V SMPS

Tulad ng nakikita mo ang laki ng board ay 63mm para sa 32mm, na isang disente maliit na sukat. Ang mga sangkap ay inilalagay sa isang ligtas na distansya upang matiyak ang ligtas na operasyon. Ang tuktok na bahagi at ibabang bahagi ng aming PCB ay ipinapakita sa larawan sa ibaba. Ito ay isang dobleng layer ng PCB board na may nakaplanong kapal na 35um ng tanso. Ang output diode at ang driver IC ay nangangailangan ng espesyal na pagsasaalang-alang sa thermal para sa mga hangarin na nauugnay sa pagwawaldas. Gayundin, sa pangalawang bahagi sa pamamagitan ng stitching ay ginagawa para sa mas mahusay na pagkakakonekta sa lupa.

Maaari mo ring mapansin na ilang mga sangkap ng SMD ang inilalagay sa likuran ng board para sa pagpapanatili ng laki ng module sa isang maliit na sukat. Mayroong ilang mga pagsasaalang-alang sa disenyo na kailangan mong sundin kung nagdidisenyo ka ng iyong SMPS PCB, tingnan ang artikulong ito sa Gabay sa Layout ng disenyo ng SMPS PCB upang malaman ang higit pa.

Fabricating PCB para sa 12v 1A SMPS Circuit

Ngayon nauunawaan namin kung paano gumagana ang mga eskematiko, maaari kaming magpatuloy sa pagbuo ng PCB para sa aming SMPS. Dahil ito ay isang circuit ng SMPS, inirerekumenda ang isang PCB dahil maaari nitong harapin ang mga problema sa ingay at paghihiwalay. Ang layout ng PCB para sa circuit sa itaas ay magagamit din para sa pag-download bilang Gerber mula sa link.

• Mag-download ng Gerber file para sa 5V / 3.3V SMPS Circuit

Handa na ang aming disenyo, oras na upang makagawa sila ng gawa-gawa gamit ang Gerber file. Upang matapos ang PCB mula sa PCBGOGO ay medyo madali, sundin lamang ang mga hakbang sa ibaba-

Hakbang 1: Pumasok sa www.pcbgogo.com, mag-sign up kung ito ang iyong unang pagkakataon. Pagkatapos sa tab na PCB Prototype, ipasok ang mga sukat ng iyong PCB, ang bilang ng mga layer, at ang bilang ng PCB na kailangan mo. Ipagpalagay na ang PCB ay 80cm × 80cm, maaari mong itakda ang mga sukat tulad ng ipinakita sa ibaba.

Hakbang 2: Magpatuloy sa pamamagitan ng pag-click sa pindutan ng Quote Now . Dadalhin ka sa isang pahina kung saan magtatakda ng ilang karagdagang mga parameter kung kinakailangan tulad ng materyal na ginamit na spacing ng track, atbp. Ngunit karamihan sa mga default na halaga ay gagana nang maayos. Ang tanging bagay lamang na dapat nating isaalang-alang dito ay ang presyo at oras. Tulad ng nakikita mo ang Build Time ay 2-3 araw lamang at nagkakahalaga lamang ito ng $ 5 para sa aming PCB. Maaari mo ring piliin ang isang ginustong paraan ng pagpapadala batay sa iyong kinakailangan.

Hakbang 3: Ang pangwakas na hakbang ay i-upload ang Gerber file at magpatuloy sa pagbabayad. Upang matiyak na ang proseso ay maayos, napatunayan ng PCBGOGO kung ang iyong Gerber file ay wasto bago magpatuloy sa pagbabayad. Sa ganitong paraan, makakatiyak ka na ang iyong PCB ay katha sa paggawa at maaabot ka bilang nakatuon.

Pag-iipon ng PCB

Matapos mag-order ng board, naabot ito sa akin makalipas ang ilang araw sa pamamagitan ng courier sa isang maayos na naka-label na kahon na nakaayos na mabuti, at tulad ng palagi ang kalidad ng PCB ay kahanga-hanga. Ang PCB na natanggap ko ay ipinapakita sa ibaba. Tulad ng nakikita mo pareho sa tuktok at ilalim na layer ay naka-out tulad ng inaasahan.

Ang mga vias at pad ay lahat sa tamang sukat. Inabot ako ng 15 minuto upang magtipon sa PCB board sa isang gumaganang circuit. Ang binuo board ay ipinapakita sa ibaba.

Pagsubok sa aming 5V / 3.3V SMPS Circuit

Ang mga bahagi at imprastraktura ng pagsubok ay ibinigay ng Iquesters Solutions. Gayunpaman, ang Transformer ay gawa sa kamay, maaari ka ring bumuo ng iyong sariling SMPS transpormer. Dito para sa mga layunin sa pagsubok, ang transpormer ay ginawa para sa 1A. Maaaring magamit ng isa ang tamang ratio ng pagliko para sa 1.5A transpormer ayon sa ibinigay na mga pagtutukoy ng transpormer. Ganito ang hitsura ng aming board ng SMPS kapag tapos na ang pagpupulong.

Ngayon upang subukan ang aming board ng SMPS, papalabasin ko ito gamit ang isang Variac at gumamit ng isang electronic DC load upang ayusin ang kasalukuyang output. Ipinapakita ng imahe sa ibaba ang aking dating Naayos na pag-set up ng pag-load ng DC na konektado sa aming SMPS board. Maaari mo itong subukan sa anumang pagkarga na iyong pinili, ngunit ang paggamit ng isang naaayos na DC load ay makakatulong sa iyong suriin ang iyong mga power supply board. Madali mo ring mabuo ang iyong sariling nakabatay sa Arduino na Adjustable Electronic DC Load sa pamamagitan ng pagsunod sa link na ito.

Tulad ng nakikita mo sa imahe sa ibaba, sinubukan ko ang aming SMPS circuit para sa parehong 5V at 3.3V sa pamamagitan ng pagbabago ng jumper pin. Ang kasalukuyang output ay nasubukan hanggang sa 850mA ngunit maaari ka ring pumunta sa 1.5A batay sa iyong disenyo ng transpormer.

Para sa karagdagang impormasyon tungkol sa pagsubok at konstruksyon, mangyaring tingnan ang link sa video sa ibaba. Inaasahan kong nasiyahan ka sa artikulo at natutunan ang isang bagay na kapaki-pakinabang. Kung mayroon kang anumang mga katanungan, mangyaring iwanan ang mga ito sa seksyon ng komento sa ibaba o gamitin ang aming mga forum.