صمم دائرة smps صغيرة الحجم 5 فولت / 3.3 فولت للمشروعات المدمجة و iot

تتمثل الطريقة البدائية لتزويد دارات التيار المستمر بالطاقة بأنابيب التيار المتردد في استخدام محول تنحي لخفض جهد التيار الكهربائي 230 فولت وإضافة زوج من الثنائيات كمقوم للجسر. ولكن نظرًا لحجم المساحة الهائل والعيوب الأخرى ، لا يمكن استخدامه لجميع الأغراض. هناك طريقة أخرى شائعة ومهنية وهي استخدام دوائر إمداد الطاقة في وضع التبديل لتحويل أنابيب التيار المتردد إلى نطاق واسع من جهد التيار المستمر كما هو مطلوب ، تحتوي كل الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية تقريبًا من محول 12 فولت عادي إلى شاحن الكمبيوتر المحمول على دائرة SMPS لتوفير التيار المستمر المطلوب انتاج الطاقة.

في Circdigest ، قمنا بالفعل ببناء عدد قليل من دوائر SMPS الشائعةلتصنيفات مختلفة ، وهي 12V 1A Viper 22A SMPS و 5V 2A SMPS و 12V 1A SMPS يمكن استخدام كل منها في تطبيقات مختلفة. هذه المرة ، سنبني SMPS يمكن استخدامه للأغراض العامة وله شكل وحدة بسيط لاستخدامه في المواقف المتعلقة بالفضاء. في الوقت الحاضر ، يستخدم إنترنت الأشياء العديد من المعالجات القائمة على شبكة wifi مثل NodeMCU و ESP32 و ESP12E ، وما إلى ذلك ، والتي تعمل على 5 فولت أو 3.3 فولت. هذه الوحدات مضغوطة للغاية وبالتالي لتشغيل هذه اللوحات ، فمن المنطقي استخدام دوائر SMPS أصغر يمكن أن تعمل على نفس اللوحة ، بدلاً من استخدام دائرة SMPS منفصلة. ومن ثم في هذه المقالة ، سوف نتعلم كيفية بناء دائرة SMPS يمكنها إما إخراج 5V أو 3.3V (الأجهزة القابلة للتكوين باستخدام العبور) ، كما يتم توفير تصميم الدائرة وتخطيط PCB ، بحيث يمكنك ببساطة نقل هذا إلى التصميم الحالي الخاص بك.هنا يتم تصنيع لوحات PCB الخاصة بنا بواسطة PCBGoGo ، وهي شركة متخصصة في خدمات تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور منخفضة التكلفة وعالية الجودة مقرها الصين.

تصنيف SMPS هو 5V أو 3.3V 1.5A حيث أن معظم لوحة التطوير تستخدم جهد مستوى منطق 5V أو 3.3V ويجب أن تكون 1.5A جيدة بما يكفي لمعظم التطبيقات القائمة على إنترنت الأشياء. لكن لاحظ أن SMPS هذا لا يحتوي على أي مرشحات في قسم الإدخال لتقليل الحجم والتكلفة. لذلك ، يمكن استخدام SMPS هذا فقط لتشغيل لوحات التحكم الدقيق أو أغراض الشحن. تأكد من تغطيتها من متناول المستخدم عند التشغيل.

تحذير: قد يكون العمل مع دوائر SMPS أمرًا خطيرًا لأنه يتضمن جهد التيار المتردد الرئيسي الذي قد يكون مميتًا. لا تحاول بناء هذا إذا لم تكن لديك خبرة في العمل مع أنابيب التيار المتردد. كن حذرًا دائمًا مع الأسلاك الحية والمكثفات المشحونة ، واستخدم أدوات الحماية والإشراف إذا لزم الأمر. لقد تم تحذيرك!!

مواصفات لوحة SMPS 5V / 3.3V

سيكون لدى SMPS المواصفات التالية.

1. 85VAC إلى إدخال 230VAC.
2. 5V أو 3.3V اختيار 2A الإخراج.
3. هيكل مفتوح
4. حماية من الماس الكهربائي والجهد الزائد
5. حجم صغير مع ميزات منخفضة التكلفة.

المواد المطلوبة لدائرة SMPS (BOM)

1. المصهر 1A 250VAC ضربة بطيئة
2. جسر الصمام الثنائي DB107
3. 10 فائق التوهج / 400 فولت
4. الصمام الثنائي P6KE
5. UF4007
6. 2 ميجا - قطعتين - 0805 باكيت
7. 2.2nF 250VAC
8. TNY284DG
9. 10 فائق التوهج / 16 فولت - 0805 الحزمة
10. PC817
11. حزمة 1 ك - 0805
12. 22R - 2 قطعة - 0805 حزمة
13. 100 nF - 0805 الحزمة
14. TL431.000
15. 360 ر
16. 470pF 100V - 0805 الحزمة
17. 1000 فائق التوهج 16 فولت
18. 3.3uH - قلب الأسطوانة
19. 2.2nF 250VAC

ملاحظة: تم اختيار جميع الأجزاء لتكون متاحة بسهولة للمصممين. يجب أن يكون محول SMPS عبارة عن بناء مخصص باستخدام ورقة البيانات هذه. يمكنك إما استخدام بائع لبناء واحد أو تصميم ولف محول SMPS الخاص بك باستخدام الرابط.

تم تصميم SMPS باستخدام تكامل الطاقة IC TNY284DG. يعتبر SMPS Diver IC أفضل ملاءمة لهذا SMPS حيث يتوفر IC في حزمة SMD بالإضافة إلى القوة الكهربائية المناسبة لهذا الغرض. تُظهر الصورة أدناه مواصفات القوة الكهربائية لـ TNY284DG.

كما نرى ، TNY284DG مثالية لخيارنا. نظرًا لأن الهيكل عبارة عن إطار مفتوح ، فسوف يتناسب مع القوة الكهربائية الناتجة 8.5 وات. بمعنى أنه يمكن أن يوفر بسهولة 1.5 أمبير عند 5 فولت.

5V / 3.3V مخطط الدائرة SMPS

بناء SMPS بسيط جدًا ومباشر. يستخدم هذا التصميم شرائح Power Integration كمحرك SMPS IC. يمكن رؤية الرسم التخطيطي للدائرة في الصورة أدناه-

البناء والعمل

قبل الشروع مباشرة في بناء جزء النموذج الأولي ، دعنا نستكشف عملية الدوائر. الدائرة بها الأقسام التالية-

1. حماية المدخلات
2. تحويل AC-DC
3. دارة السائق أو دارة التبديل
4. حماية قفل الجهد المنخفض.
5. دائرة المشبك
6. المغناطيسية والعزل الجلفاني
7. تصفية EMI
8. المعدل الثانوي ودائرة snubber
9. قسم التصفية
10. قسم الملاحظات.

حماية المدخلات

F1 عبارة عن فتيل بطيء النفخ يحمي SMPS من حالات الحمل العالية والخطأ. لا يستخدم قسم إدخال SMPS أي اعتبارات تتعلق بمرشح EMI. هذا هو فتيل ضربة بطيئة 1A 250VAC وسيحمي SMPS في حالات الخطأ. ومع ذلك ، يمكن تغيير هذا المصهر إلى فتيل زجاجي. يمكنك أيضًا مراجعة المقالة حول أنواع مختلفة من الصمامات.

تحويل AC-DC

B1 هو مقوم جسر الصمام الثنائي. هذا هو DB107 ، جسر الصمام الثنائي 1A 700V. سيؤدي ذلك إلى تحويل إدخال التيار المتردد إلى جهد التيار المستمر. بالإضافة إلى ذلك ، سيكون مكثف 10 فائق التوهج 400 فولت ضروريًا لتصحيح تموج التيار المستمر وسيوفر إخراجًا سلسًا للتيار المستمر لدائرة السائق وكذلك المحول.

دارة السائق أو دارة التبديل

إنه المكون الرئيسي لهذا SMPS. يتم التحكم في الجانب الأساسي للمحول بشكل صحيح بواسطة دائرة التبديل TNY284DG. تردد التبديل هو 120-132 كيلو هرتز. بسبب تردد التحويل العالي هذا ، يمكن استخدام محولات أصغر.

يُظهر مخطط pinout أعلاه تداخلات TNY284DG. يستخدم مشغل التبديل IC1 وهو TNY284DG C2 مكثف 10 فائق التوهج 16 فولت. يوفر هذا المكثف إخراجًا سلسًا للتيار المستمر للدائرة الداخلية لـ TNY284DG.

حماية قفل الجهد المنخفض

يعمل المحول كمحث ضخم. لذلك ، في كل دورة تبديل ، يؤدي المحول إلى حدوث ارتفاعات عالية الجهد بسبب محث تسرب المحول. الصمام الثنائي Zener D1 ، وهو صمام ثنائي P6KE160 ، يثبت دائرة جهد الخرج و D2 وهو UF4007 ، وهو صمام ثنائي فائق السرعة يحجب هذه المسامير ذات الجهد العالي ويرطبها إلى قيمة آمنة وهو أمر مفيد لحفظ دبوس استنزاف TNY284DG.

المغناطيسية والعزل الجلفاني

المحول مغناطيسي مغناطيسي ولا يقوم فقط بتحويل التيار المتردد عالي الجهد إلى تيار متردد منخفض الجهد ولكنه يوفر أيضًا عزلًا كلفانيًا المحول هو محول EE16. يمكن رؤية المواصفات التفصيلية للمحول في ورقة بيانات المحول التي تمت مشاركتها مسبقًا في قسم المواد المطلوبة.

مرشح EMI

يتم تصفية EMI بواسطة مكثف C3. مكثف C3 هو مكثف عالي الجهد 2.2nF 250VAC ، مما يزيد من مناعة الدائرة ويقلل من تداخل EMI العالي.

المعدل الثانوي ودائرة Snubber

يتم تصحيح الإخراج من المحول باستخدام صمام ثنائي شوتكي SR360. هذا هو 60V 3A ديود. يوفر هذا الصمام الثنائي Schottky D3 إخراج تيار مستمر من المحول الذي يتم تصحيحه بشكل أكبر بواسطة مكثف كبير 1000 فائق التوهج 16 فولت C6.

يوفر خرج المحول تموجًا رنينًا يتم كبته بواسطة دائرة snubber التي يتم إنشاؤها بواسطة المقاوم ذي القيمة المنخفضة والمكثف في اتصال متسلسل بالتوازي مع مقوم الإخراج. المقاوم منخفض القيمة هو 22R والمكثف ذو القيمة المنخفضة 470 pF. يشكل هذان المكونان R8 و C5 دائرة snubber في قسم خرج التيار المستمر.

قسم التصفية

يتم إنشاء قسم عامل التصفية باستخدام تكوين LC. C هو مكثف المرشح C6. إنه مكثف منخفض ESR لرفض تموج أفضل بقيمة 100 فائق التوهج 16 فولت والمحث L1 هو 3.3uH محث أساسي للأسطوانة.

قسم الملاحظات

يتم استشعار جهد الخرج بواسطة U1 TL431 بواسطة مقسم الجهد. لذلك ، عندما ينتج مقسم الجهد جهدًا مثاليًا ، يقوم TL431 بتشغيل قارنة التوصيل التي هي PC817 ، والتي يشار إليها باسم OK1.

نظرًا لوجود نوعين من عمليات الجهد القابلة للتحديد 3.3 فولت و 5 فولت ، يوجد مقسمان للجهد تم إنشاؤهما باستخدام ثلاثة مقاومات R3 و R4 و R5. R5 شائع لجميع الفواصل ولكن R3 و R4 قابلة للتغيير باستخدام وصلة مرور. بعد استشعار الخط ، U1 ، يتم التحكم في optocoupler مما يؤدي إلى مزيد من تشغيل TNY284DG ويعزل الجزء الثانوي لاستشعار التغذية المرتدة مع وحدة التحكم الجانبية الأولية.

أثناء التشغيل الأول ، نظرًا لأن هذا هو تكوين flyback ، يقوم السائق بتشغيل التبديل وينتظر استجابة optocoupler. إذا كان كل شيء طبيعيًا ، يواصل السائق التبديل ، وإلا تخطي دورات التبديل ما لم يصبح كل شيء طبيعيًا.

تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور SMPS الخاص بنا

بمجرد الانتهاء من الدائرة ، يمكنك اختبارها على لوحة الأداء ثم البدء بتصميم PCB الخاص بك. لقد استخدمنا النسر لتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخاص بنا ، يمكنك التحقق من صورة التخطيط أدناه. يمكنك أيضًا تنزيل ملفات التصميم من الرابط أدناه.

• مخططات النسر وتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور لـ 5V / 3.3V SMPS

كما ترى فإن حجم اللوحة هو 63 مم لـ 32 مم ، وهو حجم صغير بشكل لائق. تم وضع المكونات على مسافة آمنة لضمان التشغيل الآمن. يظهر الجانب العلوي والسفلي من ثنائي الفينيل متعدد الكلور في الصورة أدناه. إنه لوح ثنائي الفينيل متعدد الكلور ذو طبقة مزدوجة بسمك مخطط يبلغ 35 ميكرون من النحاس. يحتاج الصمام الثنائي الناتج والمحرك IC إلى اعتبار حراري خاص للأغراض المتعلقة بتبديد الحرارة. أيضًا ، على الجانب الثانوي عبر الدرز يتم إجراء اتصال أرضي أفضل.

يمكنك أيضًا ملاحظة أن عددًا قليلاً من مكونات SMD موضوعة في الجانب الخلفي من اللوحة للحفاظ على حجم الوحدة في بُعد صغير. هناك بعض اعتبارات التصميم التي يجب عليك اتباعها إذا كنت تقوم بتصميم SMPS PCB الخاص بك ، تحقق من هذه المقالة حول دليل تخطيط تصميم SMPS PCB لمعرفة المزيد.

تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور لدائرة SMPS 12v 1A

الآن نحن نفهم كيف تعمل الخطط ، يمكننا المضي قدمًا في بناء ثنائي الفينيل متعدد الكلور من أجل SMPS الخاص بنا. نظرًا لأن هذه دائرة SMPS ، يوصى باستخدام PCB لأنه يمكن أن يتعامل مع مشاكل الضوضاء والعزل. يتوفر أيضًا تخطيط PCB للدائرة أعلاه للتنزيل باسم Gerber من الرابط.

• قم بتنزيل ملف Gerber لدائرة SMPS 5V / 3.3V

الآن تصميمنا جاهز ، حان الوقت لجعلها ملفقة باستخدام ملف جربر. لإنجاز PCB من PCBGOGO أمر سهل للغاية ، ما عليك سوى اتباع الخطوات أدناه-

الخطوة 1: ادخل إلى www.pcbgogo.com ، واشترك إذا كانت هذه هي المرة الأولى لك. ثم في علامة التبويب PCB Prototype ، أدخل أبعاد PCB وعدد الطبقات وعدد PCB الذي تحتاجه. بافتراض أن PCB هو 80 سم × 80 سم ، يمكنك ضبط الأبعاد كما هو موضح أدناه.

الخطوة 2: تابع بالنقر فوق الزر Quote Now . سيتم نقلك إلى صفحة حيث يتم تعيين بعض المعلمات الإضافية إذا لزم الأمر مثل تباعد المسار المستخدم ، وما إلى ذلك ، ولكن في الغالب ستعمل القيم الافتراضية بشكل جيد. الشيء الوحيد الذي يتعين علينا التفكير فيه هنا هو السعر والوقت. كما ترى فإن مدة البناء هي 2-3 أيام فقط وتكلف 5 دولارات فقط لثنائي الفينيل متعدد الكلور. يمكنك بعد ذلك تحديد طريقة الشحن المفضلة بناءً على متطلباتك.

الخطوة 3: الخطوة الأخيرة هي تحميل ملف Gerber ومتابعة الدفع. للتأكد من أن العملية سلسة ، يتحقق PCBGOGO مما إذا كان ملف Gerber الخاص بك صالحًا قبل متابعة الدفع. بهذه الطريقة ، يمكنك التأكد من أن ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخاص بك سهل التصنيع وسيصل إليك كما هو ملتزم.

تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور

بعد أن تم طلب اللوحة ، وصلت إلي بعد بضعة أيام من خلال البريد السريع في صندوق معبأ جيدًا ، وكما هو الحال دائمًا ، كانت جودة PCB رائعة. يظهر ثنائي الفينيل متعدد الكلور الذي استلمته أدناه. كما ترى ، تحولت الطبقة العلوية والسفلية كما هو متوقع.

كانت جميع المنافذ والوسادات بالحجم المناسب. استغرق الأمر مني حوالي 15 دقيقة للتجميع على لوحة PCB لدائرة عمل. يتم عرض اللوحة المجمعة أدناه.

اختبار دائرة SMPS 5V / 3.3V

تم توفير المكونات والبنية التحتية للاختبار بواسطة Iquesters Solutions. ومع ذلك ، فإن المحولات مصنوعة يدويًا ، ويمكنك أيضًا بناء محول SMPS الخاص بك. هنا لأغراض الاختبار ، المحول مصنوع من أجل 1A. يمكن للمرء استخدام نسبة المنعطفات المناسبة لمحول 1.5A وفقًا لمواصفات المحول المحددة. تبدو لوحة SMPS الخاصة بنا هكذا عندما يتم التجميع.

الآن لاختبار لوحة SMPS الخاصة بنا ، سوف أقوم بتدويرها باستخدام Variac واستخدام الحمل الإلكتروني DC لضبط تيار الإخراج. تُظهر الصورة أدناه إعداد تحميل DC القديم القابل للتعديل والمتصل بلوحة SMPS الخاصة بنا. يمكنك اختباره بأي حمولة من اختيارك ، ولكن استخدام حمولة DC قابلة للتعديل سيساعدك على تقييم لوحات إمداد الطاقة الخاصة بك. يمكنك أيضًا بسهولة إنشاء تحميل تيار مستمر إلكتروني قابل للتعديل يعتمد على Arduino باتباع هذا الرابط.

كما ترون في الصورة أدناه ، اختبرت دائرة SMPS الخاصة بنا لكل من 5V و 3.3V عن طريق تغيير دبوس العبور. تم اختبار تيار الإخراج حتى 850 مللي أمبير ولكن يمكنك أيضًا الانتقال حتى 1.5 أمبير بناءً على تصميم المحول الخاص بك.

لمزيد من المعلومات حول الاختبار والبناء ، يرجى مراجعة رابط الفيديو أدناه. أتمنى أن تكون قد استمتعت بالمقال وتعلمت شيئًا مفيدًا. إذا كانت لديك أي أسئلة ، فيرجى تركها في قسم التعليقات أدناه أو استخدام منتدياتنا.