Bouw je eigen 5v, 1a instelbare smps met behulp van een dode computer ATX-voeding

Een S witch M ode P ower S upply (SMPS) is een onmisbaar onderdeel van elk elektronisch ontwerp. Het wordt gebruikt om hoogspanning AC om te zetten in laagspanning DC, en het doet dit door eerst de netspanning om te zetten in hoogspanning DC en vervolgens de hoogspanning DC om te schakelen om de gewenste spanning te genereren. We hebben al eerder een paar SMPS-circuits gemaakt, zoals dit 5V 2A SMPS-circuit en 12V 1A TNY268 SMPS-circuit. We hebben zelfs onze eigen SMPS-transformator gebouwd die samen met de driver-IC in onze SMPS-ontwerpen kon worden gebruikt.

U merkt het misschien niet, maar de meeste huishoudelijke producten, zoals een mobiele oplader, laptopoplader, Wi-Fi-routers, hebben een schakelende voeding nodig om te werken, en de meeste daarvan zijn 5V. Met dat in gedachten laten we u in dit artikel zien hoe u een 5V, 1A SMPS-circuit kunt bouwen door onderdelen van een oude wegwerp PC ATX-voeding te redden.

Waarschuwing: Voor het werken met wisselstroom zijn voorafgaande vaardigheden en toezicht vereist. Open geen oude SMPS of probeer geen nieuwe te bouwen zonder ervaring. Wees voorzichtig met opgeladen condensatoren en spanningvoerende draden. U bent gewaarschuwd, ga voorzichtig te werk en volg waar nodig deskundige begeleiding.

Ontwerpoverwegingen voor 5V 1A-voeding

Voordat we verder gaan, laten we enkele van de basisoverwegingen bij het ontwerp en de beschermingsfuncties ophelderen.

Waarom zou u een SMPS-circuit bouwen vanaf een computervoeding?

Voor mij is het goedkoop, maar goedkoop is een heel duur woord, het is letterlijk gratis. U vraagt ​​zich misschien af ​​hoe dat zo is? Praat gewoon met uw plaatselijke pc-servicewinkels, zij zullen het u gratis geven, dat was tenminste het geval voor mij. Vraag ook aan je vrienden of ze een van die kapotte exemplaren hebben liggen.

Het bouwen / aanschaffen van de transformator voor het circuit is het meest cruciale onderdeel van elk SMPS-ontwerp, maar deze methode vermijdt deze stap volledig door de transformator te redden, en het komt ook met een zeer goede leerervaring als je een elektronische junk bent zoals ik. Mijn ATX-voeding na het bergen van de benodigde onderdelen staan ​​hieronder weergegeven.

Met dit ontwerp kun je een potentiometer toevoegen en de uitgangsspanning een beetje variëren. dat kan in sommige gevallen van pas komen en het meest interessante aan het circuit is dat het is gemaakt met zeer algemene onderdelen, dus als er iets misgaat, is het vinden en vervangen ervan een zeer gemakkelijke taak.

SMPS-circuits werken anders in verschillende omstandigheden, als u dit circuit bouwt, kan het kennen van de feitelijke input-output-karakteristiek u helpen bij het debuggen van het circuit als u er een probleem mee ondervindt.

Ingangsspanning:

Omdat de ingangsspanning van de standaard pc-voeding 220V is, werkt ons geborgen circuit ook op die spanning. Maar met mijn huidige tafelopstelling zal ik proberen het circuit ook met een ingangsspanning van 85V te laten werken.

Uitgangsspanning:

De uitgangsspanning van het circuit is 5V met een stroomsterkte van 1A, wat betekent dat dit circuit een vermogen van 5W aankan. Dit circuit werkt onder constante spanningsmodus, dus de uitgangsspanning moet vrijwel hetzelfde blijven, ongeacht de belastingsstroom.

Output rimpel:

De transformator in dit circuit is gemaakt door een professionele fabrikant, dus we kunnen een lage rimpel verwachten. Sinds de constructie in een gestippeld bord, kunnen we iets meer rimpel verwachten dan normaal.

Beveiligingsfuncties:

Over het algemeen zijn er veel SMPS-ontwerpen voor beveiligingscircuits, maar ons circuit is gemaakt van een oude pc-voeding, dus we kunnen beveiligingsfuncties toevoegen of verwijderen volgens de vereisten van onze uiteindelijke toepassing. U kunt ook de volgende beveiligingscircuits bekijken die we eerder hebben gebouwd.

• Overspanningsbeveiligingscircuit
• Beveiligingscircuit tegen omgekeerde polariteit
• Beveiligingsschakeling tegen kortsluiting
• Inschakelstroombeveiliging

Ik ga dit circuit gebruiken om mijn IoT-projecten van stroom te voorzien. Dus besloot ik te gaan met een minimale beveiligingsfunctie, namelijk een smeltbare weerstand aan de ingang en een overspanningsbeveiligingscircuit aan de uitgang.

Kortom, de AC-netspanning voor onze voeding zou 220V AC zijn, de uitgangsspanning is 5V DC met 1A maximale uitgangsstroom. We zullen proberen de uitgangsrimpelspanning zo laag mogelijk te maken en we hebben een smeltbare ingangsweerstand met een uitgangsoverspanningsbeveiligingscircuit.

Vereiste componenten voor 5V 1A SMPS-circuit

Sl. Nr	Onderdelen	Type	Aantal stuks	Deel in schema
1	4.7R	Weerstand	1	R1
2	39R	Weerstand	1	R10
3	56R, 1W	Weerstand	1	R9
4	100R	Weerstand	2	R7, R6
5	220R	Weerstand	1	R5
6	100K	Weerstand	1	R2
7	560K, 1W	Weerstand	2	R3, R4
8	1N4007	Diode	4	D2, D3, D4, D5
9	UF4007	Diode	1	D6
10	1N5819	Diode	1	D1
11	1N4148	Diode	1	D7
12	103,50V	Condensator		C4
13	102, 1KV	Condensator	2	C3
14	10uF, 400V	Condensator	1	C1
15	100uF, 16V	Condensator	1	C6
16	470uF	Condensator	2	C7, C8
17	222pF, 50V	Condensator	1	C5
18	3.3uH, 2.66A	Spoel	1	L2
19	2SC945	Transistor	1	T1
20	C5353	Transistor	1	V1
21	PC817	Optocoupler	1	OK 1
22	TL431CLP	Spanningsreferentie	1	VR1
23	10K	Trim Pot	1	R11
24	Schroef Terminal	5 mm	2	S1, S2
25	1N5908	Diode	1	D9
26	Transformator	Van pc-voeding	1	TR1

5V 1A SMPS-schakelschema

De onderstaande afbeelding toont het schema van de 5V 1A SMPS -voeding die we in deze tutorial zullen bouwen.

Ik bouwde het circuit op een breadboard en het zag er na voltooiing zo uit.

Laten we het circuit begrijpen door het op te splitsen in veel functionele blokken en laten we elk blok begrijpen.

De smeltbare weerstand:

Ten eerste hebben we R1 die twee doelen dient. Ten eerste fungeert het als een smeltbare weerstand. Ten tweede fungeert het als een stroombegrenzende weerstand.

De bruggelijkrichter en het filter:

Vervolgens hebben we 1N4007-diodes, D2, D3, D4, D5, waarvan er vier de bruggelijkrichter vormen, samen met een 10uF filtercondensator om wisselstroom naar gelijkstroom om te zetten.

Houd er rekening mee dat ik het PI-filter heb verwijderd omdat ik deze voeding niet ga gebruiken anders dan het opladen van een batterij.Als u van plan bent om op een andere manier te gebruiken, is een EMI-filter een must, u kunt het er altijd uit trekken stroomvoorziening. Als u niet zeker weet wat een PI-filter is of hoe het werkt, kunt u het gelinkte artikel bekijken. U kunt ook andere ontwerpen bekijken om EMI in het SMPS-circuit te verminderen die we eerder hebben besproken.

De opstartweerstanden:

R3 en R4 vormen de opstartweerstanden, wanneer de stroom wordt toegepast, zijn de opstartweerstanden verantwoordelijk voor het voeden van de basis van de primaire schakeltransistor, ik zal later in het artikel meer bespreken over de weerstand .

Collectorspanning beperkende klem:

Om de collectorspanning van de primaire schakeltransistor Q1 te beperken , vormen C3, R2 en D6 een klemcircuit, en dit is een heel goed voorbeeld van het gebruik van een snubber-netwerk om de piekspanning bij het uitschakelen te verlagen en het rinkelen te dempen. In de meeste gevallen kan een zeer eenvoudige ontwerptechniek worden gebruikt om geschikte waarden voor de snubbercomponenten (Rs en Cs) te bepalen. In die gevallen waar een meer optimaal ontwerp nodig is, wordt een wat complexere procedure gebruikt.

Primaire en de hulpschakeltransistor:

Transistor Q1, C5353 is de hoofdschakeltransistor en T1 is de hulpschakeltransistor in het circuit. C4 en R5 vormen de primaire oscillator die het hoofdschakelsignaal opwekt.

Feedback- en stuurcircuit:

De PC817 optocoupler OK1 vormt samen met de spanningsreferentie VR1 en de diode 4148 het terugkoppel- en stuurcircuit, de andere weerstand die in dit gedeelte aanwezig is, fungeert alleen als spanningsdeler, stroombegrenzende weerstand en filtercondensator. Anders dan dat, heb ik de potentiometer R11 toegevoegd om de spanning naar behoefte in te korten.

Transformator, uitgangsgelijkrichter en filter:

De transformator T1 is gemaakt van een ferromagnetisch materiaal, dat niet alleen de hoogspanning wisselstroom omzet naar een laagspanning wisselstroom, maar ook zorgt voor galvanische isolatie. Er zijn 4 wikkelingen in de transformator T1. Pin 1, 2 en 3 is de secundaire wikkeling, Pin nr. 4, 5 is de hulpwikkeling, pin nr. 6 en 7 is de primaire wikkeling.

Diode D1 en D9 zijn de gelijkrichterdiodes voor de schakeling. Condensator C8 is verantwoordelijk voor het filteren van de 12V, en de condensator C6 & C7 vormt samen met L2 het PI-filter voor het outputgedeelte.

Overspanningsbeveiligingscircuit:

Er kan een extra overspanningsbeveiligingscircuit worden toegevoegd om uw toepassingsapparaat te beschermen tegen beschadiging.Het is een heel eenvoudig circuit dat bestaat uit een zekering en de zenerdiode zoals u hierboven kunt zien. Als er een overspanningstoestand optreedt, zal de zenerdiode opblazen, dus de Fast Blow Fuse ermee opblazen.

5V-1A SMPS-circuit werkt

Nu, dat is opgehelderd, laten we eens kijken hoe het circuit werkt. Wanneer de stroom op het circuit wordt toegepast, wordt de netstroom gelijkgericht en gefilterd door de gelijkrichtdiodes en condensator. Daarna beperken de twee opstartweerstanden R3, R4 de stroom tot de basis van de transistor, daarom gaat de primaire transistor een beetje aan, nu vloeit er een beetje stroom door de primaire wikkeling van de transformator, pin 6 en 7 van de transistor.

Deze kleine hoeveelheid stroom bekrachtigt de hulpwikkeling, deze hulpwikkeling begint de 103 pF condensator C4 op te laden via de 220 Ohm weerstand R5. De spanning aan de hulpzijde is weer verbonden met de collector van de optocoupler met een 1N4148 gelijkrichtdiode, deze spanning komt uit de emitter van de optocoupler en wordt verdeeld met een spanningsdeler. Nu begint de C5 de 222PF condensator met opladen Wanneer deze condensator tot een bepaald niveau is opgeladen, gaat de hulptransistor T1 aan en de primaire transistor wordt uitgeschakeld en de condensator C5 wordt ontladen

En de cyclus begint zich weer te herhalen, er wordt dus een schakelsignaal gegenereerd. Zodra het schakelproces begint, wordt de spanning geïnduceerd aan de secundaire zijde van de transformator vanuit de secundaire.Een feedbackcircuit wordt gemaakt met behulp van VR1 de Tl431-spanningsreferentie, door de referentiespanning aan te passen, kunnen we de inschakel- en uitschakeltijd instellen van de hulptransistor, dus we kunnen de uitgangsspanning regelen.

Het bouwen van het SMPS-circuit

Voor deze demonstratie is de schakeling geconstrueerd in een gestippeld bord met behulp van het schema; Houd er rekening mee dat ik het circuit op mijn bank test voor demonstratie, dus ik heb niet veel beveiligingsfuncties zoals overspanningsbeveiliging en kortsluitbeveiliging toegevoegd. Als u dit gebruikt om iets anders van stroom te voorzien, is het aan te raden om die beschermings- en filtercircuits aan te zetten.

De bovenstaande testopstelling werd gebruikt om het circuit te testen, de uitgangsspanning van de voeding werd aangepast naar 5,1V met behulp van de potentiometer en het is een 1A-voeding zodat deze 1A-stroom kan trekken in piekconditie.

Zoals je in de bovenstaande afbeelding kunt zien, heb ik voor het testen met de belasting een aantal weerstanden gebruikt als een belasting die ongeveer 1.157A van ons SMPS-circuit bij 5V verbruikte. De volledige testvideo vindt u onderaan dit artikel.

Verbeteringen in het ontwerp van het 5V-1A SMPS-circuit

Er zijn nogal wat dingen die in dit circuit kunnen worden verbeterd, zoals een EMI-filter dat aan de ingang kan worden toegevoegd om de EMI-respons van dit circuit te verbeteren. Vervolgens kan een overstroom- en kortsluitbeveiliging op de uitgang worden toegevoegd om de algehele prestaties van het circuit te verbeteren. Ook kan een ingangsspanning- en overspanningsbeveiliging worden toegevoegd om deze te beschermen tegen ingangspiek. En tot slot, als het circuit is geconstrueerd in een printplaat, kan de EMI-respons drastisch worden verbeterd.

Ik hoop dat je de tutorial hebt begrepen en hebt geleerd hoe je je SMPS-circuits kunt bouwen. Als je vragen hebt, laat ze dan achter in het commentaargedeelte hieronder of gebruik onze forums voor meer vragen.