Mạch Điện

Thiết kế bộ nguồn chuyển mạch SMSP 220V – 3.3V/1.5A

Bộ nguồn chuyển mạch (SMPS) được thiết kế nhỏ gọn kích thước một hoặc hai inch và có thể dễ dàng hàn trên các PCB khác . Bộ nguồn này được ứng dụng trong IOT cũng như cấp nguông cho Vi điều khiển. Trong Project này, chúng tôi sẽ Thiết kế bộ nguồn chuyển mạch SMSP 220V – 3.3V 1.5A phục vụ cho các mục đích. Mạch bên dưới không gồm bất kỳ phần bảo vệ tăng áp và cầu chì nào đây là thứ cần phải có trong SMPS công nghiệp. Hãy cùng tham khảo với hocdientu nhé !

Thông số bộ nguồn chuyển mạch SMSP 220V – 3.3V 1.5A

Bộ nguồn chuyển mạch SMSP 220V – 3.3V 1.5A sẽ có các thông số kỹ thuật sau.

  1. Đầu vào 185VAC-230VAC
  2. Đầu ra 3.3V lên đến 1.5A.
  3. Bảo vệ ngắn mạch
  4. Kích thước nhỏ và chi phí thấp

SMPS này được thiết kế sử dụng IC nguồn  TNY284DG . Nó là dạng SMD kích thước nhỏ công suất lên đến 11 watt khi 230VAC được sử dụng làm đầu vào. Vì chúng tôi đang sử dụng SMPS này với 3,3V và 1,5A công suất của chúng tôi là 4,95 Watt, nằm trong mức công suất đỉnh 11Watt.

Bảng được đưa ra cho thấy thông số kỹ thuật công suất của TNY284DG.

Như chúng ta có thể thấy, TNY284DG là lựa chọn hoàn hảo, do đó nó sẽ phù hợp với công suất đầu ra. Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về vi mạch này. Kiểm tra datasheet của TNY284DG IC.

Các linh kiện bộ nguồn chuyển mạch SMSP 220V – 3.3V / 1.5A IoT SMPS

Danh sách các Linh kiện rất đơn giản và bạn có thể tìm thấy hầu hết chúng trong cửa hàng linh kiện. Chỉ có máy biến áp flyback là bạn cần phải tự chế .

  1. Cầu diode ABS8 – SMD
  2. 22uF / 400V
  3. SMBJ160A – SMD
  4. UF1JB – SMD
  5. Meg – 2 Pcs – 0805 package
  6. 0,068nF 250VAC
  7. TNY284DG
  8. 0,1uF / 50V – 2 cái – 0805
  9. PC817
  10. 1k – 0805
  11. 16R – 1 chiếc – 0805
  12. 680 pF – 50V – 0805
  13. TL431
  14. SS34A – SMD
  15. 680pF 50V – 0805
  16. 3300uF 16V
  17. 3.3uH – Lõi trống
  18. 2.2nF 250VAC
  19. 2k – 0805
  20. 6,1k – 0805
  21. 10R NTC (Bộ giới hạn dòng khởi động) – 10D-9

Sơ đồ mạch nguồn chuyển mạch SMSP 220V – 3.3V / 1.5

Việc xây dựng SMPS này tuân theo cấu trúc flyback cơ bản. Thiết kế này sử dụng chipset Tích hợp nguồn làm IC trình điều khiển SMPS. Sơ đồ của mạch có thể được nhìn thấy trong hình dưới đây.

Cấu tạo và hoạt động mạch nguồn chuyển mạch SMSP 220V – 3.3V / 1.5

Trước khi đi thẳng vào xây dựng phần nguyên mẫu, chúng ta hãy khám phá hoạt động của mạch.

Mạch có các phần sau.

  1.  AC-DC
  2. Mạch điều khiển hoặc mạch chuyển mạch
  3. Bảo vệ khóa điện áp dưới .
  4. Mạch kẹp
  5. Từ tính và cách ly điện
  6. Lọc EMI
  7. Bộ chỉnh lưu thứ cấp và mạch snubber
  8. Bộ lọc
  9. Phần phản hồi

AC-DC: 

B1 là bộ chỉnh lưu cầu diode . Đây là một bộ chỉnh lưu ABS8, một cầu điốt 1A 800V sẽ chuyển đổi đầu vào Dòng điện xoay chiều (AC) thành Điện áp cao DC. Như chúng ta đều biết rằng sau khi chỉnh lưu từ AC sang DC, chúng ta cần một tụ điện lớn để chỉnh lưu gợn DC và nó sẽ cung cấp đầu ra DC mượt mà cho mạch điều khiển, tụ điện 22uF 400V C1 hoạt động như một tụ lọc tương tự và nó sẽ cung cấp đầu ra DC đã lọc cho mạch điều khiển cũng như Biến áp.

Mạch trình điều khiển hoặc mạch chuyển mạch:

Nó là Linh kiện chính của SMPS này. Phía sơ cấp của máy biến áp được điều khiển thích hợp bởi mạch chuyển đổi TNY284DG. Tần số chuyển mạch là 128-132 kHz trong khi mặc định là 132Khz. Do tần số chuyển mạch cao này, có thể sử dụng các máy biến áp nhỏ hơn.

Sơ đồ sơ đồ chân trên hiển thị sơ đồ chân TNY284DG. Chân Drain là chân chuyển mạch biến áp. Dạng sóng chuyển mạch chân cống được hiển thị trong hình dưới đây.

Điều khiển chuyển mạch, IC1 là TNY284DG yêu cầu một bypass capacitor cho 5,85V được tạo ra bên trong sử dụng C2 một tụ điện 0,1uF 16V. TNY284DG cần hoạt động hoàn hảo và tụ điện này rất cần thiết cho hoạt động.

Bảo vệ khóa điện áp dưới

Khóa điện áp thấp là tính năng tắt SMPS trong quá trình phát hiện điện áp thấp. Trong trường hợp này, điện áp đầu vào này được thực hiện bằng cách sử dụng điện trở cảm biến R1 và R2. Nếu điện áp đầu vào thấp so với điện áp hoạt động yêu cầu, SMPS sẽ chuyển sang chế độ tự động khởi động lại cho đến khi điện áp ổn định.

Mạch kẹp

Các cuộn cảm tạo ra điện áp EMF cao gây nguy hiểm cho vi mạch trình điều khiển và có thể làm hỏng thiết bị. Ở đây, máy biến áp hoạt động như một cuộn cảm cực lớn. Do đó, trong mỗi chu kỳ đóng cắt, máy biến áp tạo ra các đột biến điện áp cao do điện cảm rò của máy biến áp . Diode Zener VR1 là một diode SMBJ160A, dùng để kẹp điện áp đầu ra và D5 là UF1JB là một diode cực nhanh chặn các xung điện áp cao này và giảm chúng xuống giá trị an toàn. Trong quá trình này, chân DRAIN của TNY284DG không bị hỏng do điện áp cao gây ra.

Từ trường và cách ly điện: 

Máy biến áp được làm bằng vật liệu sắt từ. Nó không chỉ chuyển đổi điện áp cao AC thành điện áp thấp xoay chiều mà còn cung cấp cách ly điện, cách ly điện là quan trọng vì lý do an toàn, và do đó, các mạch điện áp thấp được cách ly khỏi đầu vào AC hoặc DC điện áp cao.

Máy biến áp được làm từ Lõi biến áp EE13. Thông số kỹ thuật biến áp chi tiết được hiển thị trong bản pdf dưới đây. EE13 được sử dụng do kích thước máy biến áp nhỏ.

Transformer-3.3v-1.5A

Bộ lọc EMI: 

Quá trình lọc EMI được thực hiện bởi tụ điện C3. Tụ điện C3 là tụ điện có điện áp cao 0,068nF 250VAC giúp tăng khả năng miễn nhiễm của mạch và giảm nhiễu EMI cao.

Chỉnh lưu thứ cấp và mạch snubber: 

Do việc chuyển đổi, đầu ra từ máy biến áp cũng là AC cần được chỉnh lưu bằng cách sử dụng một diode Schottky . Trong trường hợp này, chúng tôi đang sử dụng điốt SS34A Schottky  SMA. Đây là Diode Schottky 40V 3A. Vì dòng điện đầu ra là 1,5A, nên chọn mức đánh giá hiện tại ít nhất là gấp đôi, do đó, 3A là hoàn hảo cho ứng dụng này. Diode Schottky D6 này cung cấp đầu ra DC từ máy biến áp được chỉnh lưu thêm bằng tụ điện C6 lớn 1500uF 10V.

Đầu ra của máy biến áp cung cấp một gợn sóng bị triệt tiêu bởi mạch snubber được tạo ra bởi điện trở giá trị thấp và tụ điện mắc nối tiếp song song với bộ chỉnh lưu đầu ra. Điều này là cần thiết vì cùng một lý do mà đầu vào của máy biến áp bị kẹp. Rung chuông có thể trở nên quá cao có thể làm hỏng diode đầu ra. Mạch snubber này bao gồm một điện trở giá trị thấp 16R và tụ điện giá trị thấp 680 pF. Hai Linh kiện này, R3 và C5 tạo ra mạch snubber trong phần đầu ra DC.

Bộ lọc

Phần bộ lọc được tạo bằng cách sử dụng cấu hình Bộ lọc LC . Nó sẽ tăng độ ổn định từ chối gợn sóng, điều cần thiết cho các ứng dụng quan trọng. C là tụ lọc C7. Tốt hơn nên sử dụng tụ điện ESR thấp để loại bỏ gợn sóng tốt hơn với giá trị 100uF 16V và cuộn cảm L1 là cuộn cảm lõi trống 3,3uH.

Phần phản hồi: 

Phần phản hồi bao gồm ba phần – Bộ chia điện áp, TL431 và bộ ghép quang. Khi lần đầu tiên bật IC trình điều khiển, nó bắt đầu chu kỳ chuyển đổi đầu tiên được phản ánh trong đầu ra. Bộ điều chỉnh shunt TL431 cảm nhận điều này bằng cách sử dụng bộ chia điện áp. Điện áp cảm nhận tham chiếu của TL431 là 2.495V. Nếu nó cảm nhận được điện áp, nó sẽ bật optocoupler và optocoupler cung cấp dữ liệu này cho TNY284DG. Điều này xảy ra cho tất cả các chu kỳ chuyển mạch và nếu có điều gì đó xảy ra, vòng phản hồi này sẽ bị hỏng và IC trình điều khiển chuyển sang chế độ tự động khởi động lại. Ở đây, TL431 là U3 và optocoupler là U2, PC817. Để có hiệu điện thế ra 3,3V, người ta tạo ra bộ phân áp dùng hai điện trở R6 và R7.U2. Bộ ghép quang điện còn cách ly phần cảm ứng phản hồi thứ cấp với bộ điều khiển bên chính. Bộ phân áp được sử dụng một điện trở 2k cho R6 và một điện trở 6,1k cho R7. Bộ chia này sẽ cung cấp 2.495V trên TL431 khi điện áp đầu ra sẽ là 3.3V.

Thiết kế PCB cho SMPS IoT nhỏ gọn 3.3V / 1.5A

SMPS được thiết kế bằng cách sử dụng một con đại bàng và nó quá nhỏ, 4,5 cm x 25 cm.

Mặt trên: 

Mặt trên được hiển thị trong hình trên. Nó là một bảng PCB hai lớp với độ dày dự kiến ​​là 70um đồng. Độ dày cao được yêu cầu do kích thước nhỏ và nơi hạn chế để tạo bộ tản nhiệt làm từ đồng. Diode đầu ra và IC điều khiển cần được xem xét nhiệt đặc biệt cho các mục đích liên quan đến tản nhiệt.

Ngoài ra, ở mặt thứ cấp thông qua đường khâu được thực hiện để kết nối mặt đất tốt hơn.

Phía dưới cùng: 

Các Linh kiện SMD cũng được đặt ở mặt sau của bo mạch để giữ cho kích thước mô-đun ở một chiều nhỏ.

Lắp ráp bo mạch SMPS 3.3V 1.5A  

Sau một vài ngày, chúng tôi nhận được PCB của mình trong một gói hàng gọn gàng và chất lượng PCB vẫn tốt như mọi khi. Lớp trên cùng và lớp dưới cùng của bảng được hiển thị bên dưới:

Sau khi đảm bảo các đường đi và chân đã chính xác, tôi tiến hành lắp ráp PCB. Hình ảnh ở đây cho thấy bảng được hàn hoàn toàn trông như thế nào.

Như bạn có thể thấy, tất cả các Linh kiện được hàn đúng cách. Bạn có thể gặp khó khăn trong việc mua máy biến áp và cuộn cảm phù hợp  , vì vậy tốt hơn là bạn nên liên hệ với một nhà sản xuất tùy chỉnh. Bảng thông số kỹ thuật cho máy biến áp đã được thảo luận ở trên.

Kiểm tra điện áp đầu vào và điện áp đầu ra

Bo mạch SMPS hiện đã sẵn sàng để thử nghiệm, tôi đã sử dụng một biến áp tự động để thay đổi điện áp AC đầu vào và sử dụng đồng hồ vạn năng để đo điện áp đầu vào và đầu ra từ mạch SMPS.

Như bạn có thể thấy điện áp đầu ra là 3,29V, gần với 3,3V mong muốn của chúng tôi. Tôi cũng thay đổi điện áp AC đầu vào từ 90V đến 240V và thấy điện áp đầu ra không đổi ở 3,3V.

.

3.3V 1.5A SMPS – Kiểm tra tải

Chúng tôi đã sử dụng tải DC có thể điều chỉnh và xem cách điện áp đầu ra giữ cho các dòng điện khác nhau. Tải DC có thể điều chỉnh dựa trên Arduino này cũng đã được chúng tôi chế tạo trước đây, bạn có thể xem qua nếu quan tâm. Thiết lập thử nghiệm được hiển thị bên dưới.

Đồng hồ kẹp được sử dụng để đo dòng điện đầu ra từ SMPS của chúng tôi và đồng hồ vạn năng được sử dụng để đo điện áp đầu ra từ SMPS. Như bạn có thể thấy, điện áp đầu ra được giữ khá nhiều vào 3,3V ngay cả ở các giá trị khác nhau của dòng điện được vẽ.

Tôi đã có thể kiểm tra lên đến 1,3A và điện áp đầu ra không giảm xuống dưới 3,28V, điều đó là tốt.

Cung cấp năng lượng cho NodeMCU và các Bộ vi điều khiển khác bằng mạch nguồn chuyển mạch SMSP 220V – 3.3V / 1.5

Mô-đun hoạt động mà không gặp bất kỳ sự cố nào và tôi chắc chắn rằng thiết kế này sẽ rất hữu ích khi bạn đang tạo nguồn điện tùy chỉnh của riêng mình cho các thiết bị IoT của mình. Hy vọng hướng dẫn này thú vị và bạn đã học được điều gì đó hữu ích.

Đỗ Thủy Học Điện Tử

Tôi một người đam mê cung cấp kiến thức cuộc sống và kiến thức giáo dục văn học , vật lý , điện tử đến cho mọi người hãy cùng tôi tiếp nhận kiến thức mới nhé !

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button