Схемы импульсных источников питания своими руками. Импульсный блок питания 5В 1А своими руками: пошаговая инструкция по сборке

Как собрать импульсный блок питания 5В 1А из деталей старого компьютерного БП. Какие компоненты понадобятся для сборки. Как работает схема импульсного блока питания. На что обратить внимание при сборке.

Особенности и преимущества самодельного импульсного блока питания

Импульсный блок питания (SMPS — Switched-Mode Power Supply) является важной частью многих электронных устройств. Он преобразует переменный ток сети в постоянный ток низкого напряжения, необходимый для питания электроники. В этой статье мы рассмотрим, как собрать простой импульсный блок питания мощностью 5В 1А своими руками из деталей старого компьютерного блока питания ATX.

Основные преимущества такого подхода:

• Экономичность — детали можно получить бесплатно из неисправных блоков питания
• Не нужно самостоятельно изготавливать трансформатор, что является самой сложной частью
• Хороший опыт для понимания принципов работы импульсных источников питания
• Возможность добавить регулировку выходного напряжения
• Использование распространенных деталей, которые легко заменить при необходимости

Основные характеристики собираемого блока питания

Рассмотрим ключевые параметры нашего самодельного импульсного блока питания:

• Входное напряжение: 220В переменного тока
• Выходное напряжение: 5В постоянного тока
• Максимальный выходной ток: 1А
• Максимальная выходная мощность: 5Вт
• Режим работы: стабилизация напряжения

Схема будет работать в режиме стабилизации напряжения, то есть выходное напряжение будет оставаться постоянным при изменении тока нагрузки. Это позволит использовать блок питания для различных устройств.

Необходимые компоненты для сборки

Для сборки импульсного блока питания 5В 1А нам понадобятся следующие основные компоненты:

• Трансформатор от старого компьютерного блока питания ATX
• Диодный мост из 4 диодов 1N4007
• Конденсаторы различных номиналов
• Резисторы различных номиналов
• Транзисторы 2SC945 и С5353
• Оптопара PC817
• Источник опорного напряжения TL431CLP
• Катушка индуктивности 3.3мкГн
• Диоды различных типов
• Подстроечный резистор 10кОм

Полный список компонентов с номиналами приведен в таблице выше.

Принцип работы импульсного блока питания

Рассмотрим основные функциональные блоки нашей схемы:

Входной выпрямитель и фильтр

Сетевое напряжение 220В выпрямляется диодным мостом на диодах D2-D5 и сглаживается конденсатором C1. На выходе этого каскада получаем постоянное напряжение около 310В.

Импульсный преобразователь

Транзистор Q1 работает в ключевом режиме, периодически подключая первичную обмотку трансформатора к выпрямленному напряжению. Частота переключения составляет десятки кГц. Это позволяет использовать трансформатор меньших размеров.

Выходной выпрямитель

Напряжение со вторичной обмотки трансформатора выпрямляется диодом D1 и сглаживается конденсаторами C7-C8. Дроссель L2 уменьшает пульсации тока.

Цепь обратной связи

Выходное напряжение контролируется с помощью источника опорного напряжения VR1 и оптопары OK1. Это позволяет поддерживать стабильное выходное напряжение при изменении нагрузки.

Пошаговая сборка импульсного блока питания

Процесс сборки импульсного блока питания состоит из следующих основных этапов:

1. Подготовка печатной платы или макетной платы для монтажа
2. Монтаж входного выпрямителя и фильтра
3. Установка силового транзистора и его обвязки
4. Монтаж трансформатора и выходного выпрямителя
5. Сборка цепи обратной связи
6. Проверка монтажа и настройка выходного напряжения

При сборке необходимо строго соблюдать полярность электролитических конденсаторов и диодов. Силовой транзистор Q1 следует установить на радиатор.

Возможные проблемы и их устранение

При сборке и настройке импульсного блока питания могут возникнуть следующие проблемы:

• Отсутствие выходного напряжения — проверьте правильность подключения трансформатора
• Нестабильное выходное напряжение — настройте цепь обратной связи
• Перегрев силового транзистора — проверьте монтаж и установите более мощный радиатор
• Высокий уровень пульсаций — увеличьте емкость выходных конденсаторов

При возникновении проблем внимательно проверьте монтаж и номиналы всех компонентов.

Меры предосторожности при работе с импульсным блоком питания

При сборке и использовании импульсного блока питания необходимо соблюдать следующие меры безопасности:

• Не прикасайтесь к схеме при подключенном сетевом напряжении
• Используйте изолированные инструменты при настройке
• Не превышайте максимальную выходную мощность блока питания
• Обеспечьте хорошую вентиляцию для отвода тепла
• При любых сомнениях обратитесь к специалисту

Помните, что работа с сетевым напряжением требует соответствующих навыков и опыта. Будьте предельно осторожны!

Заключение

Сборка импульсного блока питания своими руками — отличный способ понять принципы работы современных источников питания. При правильной сборке вы получите надежный блок питания для ваших проектов. Однако помните о необходимости соблюдения техники безопасности при работе с сетевым напряжением.

лучшие сборки и схемы. Схемотехника блоков питания персональных компьютеров. Часть 1.

Содержание

Можно ли сделать импульсный блок питания своими руками?

Иногда покупка готового импульсного блока питания является экономически нецелесообразной. В таком случае, если вы разбираетесь в электронике и умеете паять, можете сами сделать импульсный БП. Он пригодится для питания различного низковольтного электроинструмента, чтобы избежать расходования ограниченного ресурса дорогой аккумуляторной батареи. Можно также сделать зарядное устройство для смартфона, ноутбука или других мобильных гаджетов.

Прежде чем приступить к изготовлению источника питания, нужно знать, где он будет использоваться. В зависимости от области его применения определяется мощность изделия. Мощность должна выбираться с запасом. Считается, что импульсный блок питания имеет самый высокий КПД при нагрузке 60-90%.

Кроме того, требуется выбрать схему источника питания, а также определить, должно ли на выходе быть стабильное напряжение и нужно ли для этого вводить обратную связь. Обратите внимание на его номинальные параметры: напряжение, ток и мощность.

Как работает импульсный блок питания

На вход импульсного блока питания подается переменное напряжение от электрической сети. Оно преобразуется в постоянное с помощью выпрямителя и фильтра. В качестве фильтра используется конденсатор большой емкости. В качестве выпрямителя используется однополупериодная или двухполупериодная схема. Ниже приведены типовые схемы, но в нашем случае мы не берем во внимание то, что на них изображена обмотка трансформатора.

Затем выпрямленное напряжение приходит на высокочастотный преобразователь, который генерирует электрические колебания с частотой в диапазоне от 20 кГц до 50 кГц. После этого напряжение понижается трансформатором до требуемого и снова выпрямляется, сглаживаясь конденсатором.

Такое отфильтрованное и выпрямленное постоянное напряжение используется для питания бытовой техники. Кроме того, с выхода БП идёт цепь обратной связи для регулирования выходного напряжения.

Для управления и стабилизации напряжения на выходе источника питания используется широтно-импульсная модуляция. Как показано на схеме, высокочастотный преобразователь приводится в действие генератором ШИМ и таким образом регулирует напряжение, подаваемое на понижающий трансформатор. Обратная связь является отрицательной, то есть значения напряжения на ШИМ контроллере и на понижающем трансформаторе обратно пропорциональны друг другу. Так, при увеличении выходного напряжения растет также напряжение на контроллере. Благодаря отрицательной связи уменьшается напряжение на понижающем трансформаторе, а значит, и на выходе блока питания.

ШИМ-контроллер

Работой полупроводниковых приборов инвертора управляет ШИМ-контроллер. ШИМ-контроллер может выполняться в виде отдельной микросхемы или в едином корпусе с полупроводниковыми ключами. Для поддержания заданного уровня напряжения на нагрузке в не зависимости от изменения ее параметров и других воздействующих факторов, необходимо изменять параметры широтно-импульсной модуляции. За это отвечает ШИМ-контроллер, который получает сигнал по обратной связи. В качестве элемента, образующего обратную связь применяется оптопара. Может применяться и другой радиоэлектронный элемент, как правило, способный осуществить гальваническую развязку.

Теперь должно быть понятно, как работает импульсный блок питания. Его схема состоит из входного фильтра, входного выпрямителя, сглаживающего входного фильтра, инвертора, импульсного трансформатора, выходного выпрямителя и выходного фильтра.

В качестве входного фильтра применяется дроссель. Сглаживающими фильтрами служат электролитические конденсаторы большей емкости.

Корректор коэффициента мощности

Устройство, именуемое корректором коэффициента мощности (рис. 5), собрано на основе специализированной микросхемы TOP202YA3 (фирма Power Integration) и обеспечивает коэффициент мощности не менее 0,95 при мощности нагрузки 65 Вт. Корректор приближает форму тока, потребляемую нагрузкой, к синусоидальной.

Схема импульсного источника питания 5 В 0,2 А, устройство, монтаж

Импульсный источник питания 5 В 0,2 А предназначен для питания устройств выполненных на цифровых микросхемах, и другой малочувствительной к помехам аппаратуру. Для питания радиоприемников и усилительной аппаратуры он не пригоден из-за значительного уровня шумов. Помехи, излучаемые в эфир и наводимые в сеть, слабые, так как мощность источника мала. Экраном импульсного источника питания 5 В 0,2 А служит корпус от батареи «Крона».

Схема импульсного источника питания 5 В 0,2 А, устройство, характеристики, элементная база, монтаж и настройка, чертеж печатной платы.

Небольшие размеры этого импульсного источника питания 5 В 0,2 А достигнуты благодаря тому, что в нем применены малогабаритные детали. Транзисторы рассеивают мало тепла, когда через них протекает ток, они полностью открыты. Предлагаемый импульсный источник питания 5 В 0,2 А не критичен к замыканию выхода.

Основные характеристики импульсного источника питания 5 В 0,2 А.

— Входное напряжение: переменное 220 В 50 Гц.
— Выходное напряжение: 5 В.
— Ток нагрузки: до 200 мА.

Рабочие точки транзисторов VT1, VT2 резисторами R1, R3, R5, R7 выведены на границу режима отсечки. Транзисторы еще закрыты, но увеличена проводимость участка коллектор-эмиттер, и даже небольшой рост напряжения на базе приведет к открытию транзисторов. То есть уменьшены напряжения с вторичных обмоток трансформатора Т1, необходимые для управления.

Чтобы создать условия для автогенерации, следовало бы еще больше увеличить проводимость транзисторов, однако сделать это путем дальнейшего повышения напряжения на базе нельзя, потому что проводимость при этом окажется различной для разных транзисторов и будет изменяться по мере изменения температуры. Поэтому применены резисторы R2, R6, включенные параллельно транзисторам. При включении источника питания сглаживающий конденсатор С1 заряжается через резистор R4, защищающий диодный мост VD1 от перегрузки.

Электрическая схема импульсного источника питания 5 В 0,2 А.

Подача входного напряжения вызывает появление напряжения на выходе запускающего делителя, образованного резисторами R2 и R6. Это напряжение приложено к колебательному контуру из первичной обмотки трансформатора Т1 и конденсатора С2.

Во вторичной обмотке II наводится импульс ЭДС. Мощность этого импульса достаточна для введения транзистора VT1 в насыщение, так как в начальный момент ток через него не проходит из-за самоиндукции трансформатора Т1. Затем начинает поступать ток с вторичной обмотки II, удерживающий транзистор VT1 в открытом состоянии. Транзистор VT2 в течение этого полупериода колебательного процесса полностью закрыт. Его удерживает в таком состоянии ЭДС, наводимая во вторичной обмотке III.

После зарядки конденсатора С2 ток, проходящий через транзистор VT1, прекращается, и он закрывается. Во втором полупериоде колебательного процесса в контуре (T1, C2) ток в начальный момент, когда еще транзисторы закрыты, проходит через второе плечо запускающего делителя. Параллельно включенные резистор R6 и участок коллектор-эмиттер транзистора VT2.

Аналогично открывается транзистор VT2 и затем удерживается в полностью открытом состоянии. После разрядки конденсатора С2 ток через транзистор VT2 прекращается, и он закрывается. Таким образом, ток через транзисторы проходит только в том случае, когда они полностью открыты и имеют минимальное сопротивление участка коллектор-эмиттер, поэтому мощность тепловых потерь мала.

Высокочастотные колебания выпрямляются диодами VD2, VD3. Пульсации сглаживает конденсатор СЗ. Выходное напряжение поддерживается постоянным стабилитроном VD4. К выходу источника питания можно подключать нагрузку с потребляемым током до 40 мА. При большем токе увеличиваются низкочастотные пульсации, уменьшается выходное напряжение. Источник питания можно использовать вплоть до замыкания выхода, ток которого равен 200 мА.

Примечание.

Незначительный нагрев транзисторов, не зависящий от тока нагрузки, объясняется тем, что в этом устройстве возможно прохождение сквозного тока через транзисторы, когда первый транзистор еще не успел полностью закрыться, а второй уже начал открываться.

Моточные элементы импульсного источника питания 5 В 0,2 А.

Трансформатор выполнен на кольцевом ферритовом магнитопроводе К10х6х5 1000НН. Обмотки I, II, III, IV содержат, соот­ветственно, 400, 30, 30, 20+20 витков провода ПЭЛШО-0,07. Для повышения надежности необходимо изолировать обмотки одну от другой трансформаторной бумагой или тонкой лакотканью. Магнитопровод можно применять любой с близкой начальной проницаемостью и размерами.

Элементная база импульсного источника питания 5 В 0,2 А.

Конденсатор С2.

КМ-4 или любой другой указанной емкости на номинальное напряжение не менее 250 В. При отсутствии малогабаритных высоковольтных конденсаторов на месте С1 допустимо использовать пять включенных параллельно конденсаторов КМ-5 группы Н90 емкостью 0,15 мкФ.

Хотя в справочниках указано, что их номинальное напряжение 50 В, практически большинство из них выдерживает постоянное входное напряжение 250 В. Их пробой не вызовет каких-либо серьезных последствий, так как резистор R4 сработает как предохранитель.

Конденсатор СЗ.

К53-16 или любой малогабаритный с емкостью и номинальным напряжением, не ниже указанных на схеме значений.

Все резисторы.

С2-23, МЛТ или другие малогабаритные. Теплоотводы для транзисторов не требуются.

Рабочая частота преобразования около 100 кГц при токе, потребляемом нагрузкой, 50 мА. Чем больше рабочая частота переключения транзисторов, тем меньшую индуктивность может иметь колебательный контур, а, следовательно, и меньшие размеры трансформатора и всего импульсного источника питания 5 В 0,2 А.

Монтаж и настройка импульсного источника питания 5 В 0,2 А.

При монтаже и налаживании импульсного источника питания 5 В 0,2 А следует соблюдать общеизвестные меры предосторожности работы с сетью напряжением 220 В. Правильно собранный источник питания должен сразу заработать. Однако, если транзисторы сильно нагреваются (а это значит, они полностью не открываются), подбирают резисторы R3, R7 и пропорционально им R1, R5. Выходное напряжение может быть иным. Для этого следует изменить число витков обмотки IV и заменить VD4 другим стабилитроном.

Печатная плата импульсного источника питания 5 В 0,2 А.

Плата выполнена из одностороннего фольгированного стеклотекстолита или гетинакса. Ее можно изготовить без травления, удаляя резцом фольгу по линиям. Транзисторы следует устанавливать один чуть выше другого, чтобы их корпусы не соприкасались.

Чертеж печатной платы импульсного источника питания 5 В 0,2 А.

Цифрами обозначены отверстия, соответствующие номерам выводов трансформатора Т1. Выводы 1 и 4 запаяны в одно отверстие. Конденсатор С1 расположен над диодным мостом. Сетевые провода закреплены скобой, впаянной в плату. Трансформатор Т1 надет на штырь из проволоки, запаянный в плату. На этот штырь нужно надеть изоляционную трубку.

Выходная колодка припаяна короткими толстыми проводами к выводам стабилитрона. Резисторы и диоды установлены вертикально. Собранный блок изолируют бумагой или пленкой от металлического корпуса батареи «Крона», в котором его и размещают.

По материалам книги «Как создать источники питания своими руками».
Шмаков С. Б.

Как работают схемы импульсных источников питания (SMPS)

Вы здесь: Главная / Силовая электроника / Как работают схемы импульсных источников питания (SMPS)

является аббревиатурой слова «Импульсный источник питания». Название ясно указывает на то, что эта концепция как-то или полностью связана с импульсами или переключением используемых устройств. Давайте узнаем, как работают адаптеры SMPS для преобразования сетевого напряжения в более низкое постоянное напряжение.

Содержание

Преимущество топологии SMPS

В адаптерах SMPS идея состоит в том, чтобы переключать входное напряжение сети на первичную обмотку трансформатора, чтобы на вторичной обмотке трансформатора можно было получить более низкое значение постоянного напряжения.

Но вот вопрос, то же самое можно сделать и с обычным трансформатором, так зачем такая сложная конфигурация, когда функционирование можно просто реализовать через обычные трансформаторы?

Ну, концепция была разработана именно для того, чтобы исключить использование тяжелых и громоздких трансформаторов с гораздо более эффективными вариантами цепей питания SMPS.

Хотя принцип работы очень похож, результаты сильно различаются.

Наше сетевое напряжение – это тоже пульсирующее напряжение или переменный ток, который обычно подается в обычный трансформатор для необходимых преобразований, но мы не можем сделать трансформатор меньше по размеру даже при токе всего 500 мА.

Причина этого в очень низкой частоте входной сети переменного тока.
При частоте 50 Гц или 60 Гц значение чрезвычайно низкое для реализации их в выходах с высоким постоянным током с использованием трансформаторов меньшего размера.

Это связано с тем, что с уменьшением частоты увеличиваются потери на вихревые токи при намагничивании трансформатора, что приводит к огромным потерям тока из-за нагрева, и впоследствии весь процесс становится очень неэффективным.

Чтобы компенсировать вышеуказанные потери, используются относительно большие сердечники трансформатора с соответствующей толщиной провода, что делает весь блок тяжелым и громоздким.

Импульсный источник питания решает эту проблему очень разумно.

Если более низкая частота увеличивает потери на вихревые токи, это означает, что увеличение частоты приведет к прямо противоположному результату.

Это означает, что если увеличить частоту, трансформатор можно сделать намного меньше, но он будет обеспечивать более высокий ток на их выходах.

Это именно то, что мы делаем со схемой SMPS. Давайте разберемся в работе со следующими пунктами:

Как работают адаптеры SMPS

В электрической схеме импульсного источника питания входной переменный ток сначала выпрямляется и фильтруется для получения соответствующей величины постоянного тока.

Вышеупомянутый постоянный ток применяется к конфигурации генератора, состоящей из высоковольтного транзистора или полевого МОП-транзистора, прикрепленного к небольшой первичной обмотке ферритового трансформатора подходящего размера.

Схема становится автоколебательной конфигурацией, которая начинает колебаться с некоторой предопределенной частотой, заданной другими пассивными компонентами, такими как конденсаторы и резисторы.

Частота обычно выше 50 кГц.

Эта частота индуцирует эквивалентное напряжение и ток во вторичной обмотке трансформатора, определяемые числом витков и SWG провода.

Из-за присутствия высоких частот потери на вихревые токи становятся пренебрежимо малыми, а выход постоянного тока большого тока становится возможным благодаря меньшим трансформаторам с ферритовым сердечником и относительно более тонкой проволочной обмотке.

Однако вторичное напряжение также будет иметь первичную частоту, поэтому оно снова выпрямляется и фильтруется с помощью диода с быстрым восстановлением и конденсатора большой емкости.

В результате на выходе получается идеально отфильтрованный низкий постоянный ток, который можно эффективно использовать для работы любой электронной схемы.

В современных версиях ИИП вместо транзисторов на входе используются высокотехнологичные ИС.
Микросхемы оснащены встроенным высоковольтным MOSFET для поддержки высокочастотных колебаний и многими другими функциями защиты.

Встроенные средства защиты SMPS

Эти ИС имеют соответствующие встроенные схемы защиты, такие как лавинная защита, защита от перегрева и защита от перенапряжения на выходе, а также функция пакетного режима.

Защита от лавин гарантирует, что микросхема не будет повреждена при броске тока при включении питания.

Защита от перегрева гарантирует, что ИС автоматически отключается, если трансформатор намотан неправильно, и потребляет больше тока от ИС, что делает ее опасно горячей.

Пакетный режим представляет собой интересную функцию, включенную в современные блоки SMPS.

Здесь выходной постоянный ток подается обратно на вход датчика ИС. Если по какой-либо причине, обычно из-за неправильной вторичной обмотки или подбора резисторов, выходное напряжение поднимается выше определенного заданного значения, ИС отключает входное переключение и пропускает переключение прерывистыми всплесками.

Это помогает контролировать напряжение на выходе, а также ток на выходе.

Эта функция также гарантирует, что если выходное напряжение отрегулировано до какой-то высокой точки, а выход не загружен, ИС переключается в пакетный режим, гарантируя, что устройство работает с перерывами, пока выход не будет адекватно загружен, это экономит энергию устройство в режиме ожидания или когда выход не работает.

Обратная связь от выходной секции к ИС реализована через оптопару, так что выход остается достаточно изолированным от входной сети переменного тока высокого напряжения, что позволяет избежать опасных ударов.

О компании Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем/печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными схемами и учебными пособиями.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные с схемой, вы можете общаться через комментарии, я буду очень рад помочь!

Создайте свой собственный регулируемый SMPS 5 В, 1 А с помощью неисправного блока питания ATX для компьютера

A S ведьма M ode P ower S Источник питания (SMPS) является неотъемлемой частью любой электронной конструкции. Он используется для преобразования переменного тока сети высокого напряжения в постоянный ток низкого напряжения, и он делает это, сначала преобразовывая переменный ток сети в постоянный ток высокого напряжения, а затем переключая постоянный ток высокого напряжения для создания желаемого напряжения. Мы уже сделали несколько схем SMPS ранее, например, эту схему 5V 2A SMPS и схему 12V 1A TNY268 SMPS. Мы даже построили собственный трансформатор SMPS, который можно было бы использовать в наших конструкциях SMPS вместе с микросхемой драйвера.

Возможно, вы этого не замечаете, но для большинства бытовых товаров, таких как зарядное устройство для мобильных устройств, зарядное устройство для ноутбуков, Wi-Fi-маршрутизаторы, для работы требуется импульсный источник питания, и большинство из них имеют напряжение 5 В. Имея это в виду, в этой статье мы покажем вам, как вы можете собрать схему 5V, 1A SMPS, используя части старого одноразового блока питания ATX для ПК.

Предупреждение : Работа с сетью переменного тока требует предварительных навыков и контроля. Не вскрывайте старый ИИП и не пытайтесь построить новый без опыта. Будьте осторожны вблизи заряженных конденсаторов и проводов под напряжением. Вы были предупреждены, действуйте с осторожностью и при необходимости пользуйтесь советами экспертов.

Особенности конструкции источника питания 5 В, 1 А

Прежде чем продолжить, давайте проясним некоторые основные аспекты конструкции и функции защиты.

Зачем собирать схему SMPS из компьютерного блока питания?

Для меня это дешево, опять же дешево — это очень дорогое слово, это буквально бесплатно. Вы спросите, как так? Просто поговорите с вашими местными мастерскими по обслуживанию ПК, они предоставят вам его бесплатно, по крайней мере, так было со мной. Кроме того, спросите своих друзей, не завалялись ли у них какие-нибудь из этих сломанных.

Изготовление/приобретение трансформатора для схемы является наиболее важной частью любой конструкции SMPS, но этот метод полностью исключает этот шаг, спасая трансформатор, а также дает очень хороший опыт обучения, если вы такой же электронный наркоман, как я. Мой блок питания ATX после утилизации необходимых деталей показан ниже.

С этой конструкцией вы можете добавить потенциометр и немного изменить выходное напряжение. это может пригодиться в некоторых случаях, и самое интересное в этой схеме то, что она сделана из очень универсальных деталей, поэтому, если что-то сломается, найти и заменить их будет очень простой задачей.

Цепи SMPS работают по-разному в разных условиях, если вы строите эту схему, знание фактической характеристики ввода-вывода может помочь вам отладить схему, если вы обнаружите какие-либо проблемы с ней.

Входное напряжение:

Поскольку входное напряжение стандартного блока питания ПК составляет 220 В, наша спасенная схема также работает при этом напряжении. Но с моей текущей настройкой стола я попытаюсь также использовать схему с входным напряжением 85 В.

Выходное напряжение:

Выходное напряжение схемы составляет 5 В при номинальном токе 1 А, что означает, что эта схема может работать с мощностью 5 Вт. Эта схема работает в режиме постоянного напряжения , поэтому выходное напряжение должно оставаться практически одинаковым независимо от тока нагрузки.

Выходная пульсация:

Трансформатор в этой схеме изготовлен профессиональным производителем, поэтому мы можем ожидать низкую пульсацию. Поскольку он построен в виде пунктирной доски, мы можем ожидать немного большей пульсации, чем обычно.

Функции защиты:

В общем, существует много схем защиты SMPS конструкции , но наша схема сделана из старого блока питания ПК, поэтому мы можем добавлять или удалять функции защиты в соответствии с требованиями нашего конечного приложения. Вы также можете проверить следующие схемы защиты, которые мы построили ранее.

• Цепь защиты от перенапряжения
• Цепь защиты от обратной полярности
• Цепь защиты от короткого замыкания
• Защита от пускового тока
• Цепь защиты контроллера горячей замены

Я собираюсь использовать эту схему для питания своих проектов IoT. Поэтому я решил использовать минимальную функцию защиты, которая представляет собой плавкий резистор на входе и схему защиты от перенапряжения на выходе.

Таким образом, напряжение сети переменного тока для нашего блока питания будет 220 В переменного тока, выходное напряжение будет 5 В постоянного тока с максимальным выходным током 1 А. Мы постараемся сделать выходное пульсирующее напряжение настолько низким, насколько это возможно, и у нас есть входной плавкий резистор со схемой защиты от перенапряжения на выходе.

Компоненты, необходимые для схемы 5В 1А SMPS

Серийный номер	Детали	Тип	Количество	Деталь на схеме
1	4.7Р	Резистор	1	Р1
2	39р	Резистор	1	Р10
3	56Р, 1В	Резистор	1	Р9
4	100р	Резистор	2	Р7, Р6
5	220р	Резистор	1	Р5
6	100К	Резистор	1	Р2
7	560К, 1Вт	Резистор	2	Р3, Р4
8	1N4007	Диод	4	Д2,Д3,Д4,Д5
9	УФ4007	Диод	1	Д6
10	1N5819	Диод	1	Д1
11	1N4148	Диод	1	Д7
12	103,50В	Конденсатор		С4
13	102, 1кВ	Конденсатор	2	С3
14	10 мкФ, 400 В	Конденсатор	1	С1
15	100 мкФ, 16 В	Конденсатор	1	С6
16	470 мкФ	Конденсатор	2	С7, С8
17	222 пФ, 50 В	Конденсатор	1	С5
18	3,3 мкГн, 2,66 А	Индуктор	1	Л2
19	2SC945	Транзистор	1	Т1
20	С5353	Транзистор	1	Q1
21	ПК817	Оптопара	1	ОК1
22	ТЛ431КЛП	Опорное напряжение	1	ВР1
23	10К	Горшок для обрезки	1	Р11
24	Винтовой зажим	5 мм	2	С1, С2
25	1N5908	Диод	1	Д9
26	Трансформатор	От блока питания ПК	1	ТР1

5V 1A SMPS Принципиальная схема

На изображении ниже показана схема 5V 1A SMPS источника питания, который мы будем собирать в этом руководстве. как это, когда завершено.

Давайте разберем схему, разбив ее на множество функциональных блоков и разберем каждый блок.

Плавкий резистор:

Во-первых, у нас есть R1 , который служит двум целям. Во-первых, он действует как плавкий резистор . Во-вторых, он действует как токоограничивающий резистор .

Мостовой выпрямитель и фильтр:

Затем у нас есть диоды 1N4007, 9 шт.0086 D2, D3, D4, D5 , четыре из которых образуют мостовой выпрямитель вместе с фильтрующим конденсатором 10 мкФ для преобразования переменного тока в постоянный.

Обратите внимание, что я удалил фильтр PI , потому что я не собираюсь использовать этот источник питания, кроме как для зарядки аккумулятора. Если вы собираетесь использовать этот другой способ, фильтр электромагнитных помех обязателен, вы всегда можете его вытащить. от одного источника питания. Если вы не знаете, что такое фильтр PI или как он работает, вы можете ознакомиться со статьей по ссылке. Вы также можете ознакомиться с другими конструкциями для снижения электромагнитных помех в цепи SMPS, которые мы обсуждали ранее.

Пусковые резисторы:

R3 и R4 образуют пусковые резисторы , я расскажу больше о резисторе позже в статье .

Зажим ограничения напряжения коллектора:

Для ограничения напряжения коллектора первичного переключающего транзистора Q1 C3, R2 и D6 образуют схему фиксации , и это очень хороший пример использования демпфирующей цепи для уменьшения пикового напряжения при выключении и до . заглушить звон . В большинстве случаев для определения подходящих значений снабберных компонентов (Rs и Cs) можно использовать очень простой метод расчета. В тех случаях, когда требуется более оптимальная конструкция, используется несколько более сложная процедура.

Первичный и вспомогательный переключатель транзистор:

Транзистор Q1 , C5353 — Основной переключающий транзистор и T1 — . C4 и R5 образуют первичный генератор, который формирует основной сигнал переключения.

Цепь обратной связи и управления:

Оптопара PC817 OK1 вместе с источником опорного напряжения VR1 и диодом 4148 образуют цепь обратной связи и управления . Другой резистор, присутствующий в этой части, действует только как делитель напряжения, токоограничивающий резистор и фильтрующий конденсатор. Кроме этого, я добавил потенциометр R11 для регулировки напряжения в соответствии с требованиями.

Трансформатор, выходной выпрямитель и фильтр:

Трансформатор T1 изготовлен из ферромагнитного материала, который не только преобразует переменный ток высокого напряжения в переменный ток низкого напряжения, но и обеспечивает гальваническую развязку. В трансформаторе T1 4 обмотки, контакты 1, 2 и 3 — вторичная обмотка, контакты 4, 5 — вспомогательная обмотка, контакты 6 и 7 — первичная обмотка.

Диоды D1 и D9 являются выпрямительными диодами схемы. Конденсатор C8 отвечает за фильтрацию напряжения 12 В, а конденсаторы C6 и C7 вместе с L2 образуют ПИ-фильтр для выходной секции.

Схема защиты от перенапряжения:

Можно добавить дополнительную схему защиты от перенапряжения для защиты вашего устройства от повреждений. Это очень простая схема, состоящая из предохранителя и стабилитрона, как вы можете видеть. выше. Если возникает состояние перенапряжения, стабилитрон перегорает, что приводит к перегоранию предохранителя Fast Blow Fuse .

5V-1A SMPS Рабочая схема

Теперь, когда это прояснилось, давайте разберемся, как работает схема. Когда в цепь подается питание, сетевой переменный ток выпрямляется и фильтруется выпрямляющими диодами и конденсатором. После этого два пусковых резистора R3, R4 ограничивают ток на базу транзистора, из-за чего первичный транзистор слегка включается, теперь через первичную обмотку трансформатора, которая является выводом 6 и 7 транзистора, протекает небольшой ток. .

Эта небольшая величина тока питает вспомогательную обмотку, эта вспомогательная обмотка начинает заряжать конденсатор C4 емкостью 103 пФ через резистор R5 сопротивлением 220 Ом. Снова напряжение на вспомогательной стороне подключается к коллектору оптопары с выпрямительным диодом 1N4148, это напряжение выходит из эмиттера оптопары и делится делителем напряжения. Теперь начинает заряжаться конденсатор С5 222ПФ. При заряде этого конденсатора до определенного уровня включается вспомогательный транзистор Т1 и выключается основной транзистор, а конденсатор С5 разряжается

И цикл снова начинает повторяться, при этом генерируется сигнал переключения. Как только начинается процесс переключения, напряжение индуцируется на вторичной обмотке трансформатора из вторичной цепи, цепь обратной связи создается с помощью VR1 опорного напряжения Tl431, регулируя опорное напряжение, мы можем установить время включения и выключения. вспомогательного транзистора, таким образом, мы можем контролировать выходное напряжение.

Построение схемы SMPS

Для этой демонстрации схема построена на пунктирной доске с помощью схемы; обратите внимание, что я тестирую схему на своем стенде для демонстрации, поэтому я не включил многие функции защиты, такие как защита от перенапряжения и защита от короткого замыкания. Если вы используете это для питания чего-то другого, рекомендуется включить эти защитные и фильтрующие цепи.

Вышеупомянутая тестовая установка использовалась для проверки схемы, выходное напряжение источника питания было отрегулировано до 5,1 В с помощью потенциометра, и это источник питания на 1 А, поэтому он может потреблять ток 1 А в пиковых условиях.

Как вы можете видеть на изображении выше, для тестирования с нагрузкой я использовал несколько резисторов в качестве нагрузки, которые потребляли около 1,157 А от нашей схемы SMPS при 5В. Полное видео тестирования можно найти внизу этой статьи.

Усовершенствования схемы 5V-1A SMPS

Есть немало вещей, которые можно улучшить в этой схеме, например, фильтр электромагнитных помех можно добавить на вход, чтобы улучшить отклик этой схемы на электромагнитные помехи. Затем можно добавить защиту от перегрузки по току и короткого замыкания на выходе, чтобы улучшить общую производительность схемы. Кроме того, для защиты от перенапряжения на входе можно добавить защиту от перенапряжения и перенапряжения.