Электрическая схема блока управления электропитанием

Электрическая схема блока управления импульсным источником питания. Каждое электронное устройство должно либо напрямую подключаться к источнику питания, либо работать от батареи, что делает обязательным наличие в нем схемы блока питания определенного уровня.

Электрическая схема блока управления — создание компактной схемы SMPS 3,3 В/1,5 А

В этом проекте мы создадим компактный блок питания с номинальной мощностью 3,3 В, 1,5 А, который подходит для этих целей. Пожалуйста, помните, что это устройство не предназначено для промышленного использования. У этой схемы него нет надлежащей защиты на входе.

Поскольку у нас была цель построить БП для любительских устройств, размер SMPS также имел решающее значение. Конструкция не включает в себя защиту от перенапряжения и нет там предохранителей, которые необходимы в профессиональных импульсных источниках питания.

Если вы хотите добавить эти функции, используйте средства защиты отдельно. Ранее мы уже представляли схему SMPS 12 В 15 Вт с использованием печатной платы, поэтому люди, которые интересуются, что такое электрическая схема блока управления и как спроектировать печатную плату для нее, могут ознакомиться с ней.

SMPS 3,3 В 1,5 А – Технические характеристики конструкции:

• Вход 185–230V переменного тока
• Выход 3,3V — 1,5А
• Конструкция с открытым каркасом
• Защита от короткого замыкания
• Малый размер при низкой стоимости

Эта электрическая схема блока управления SMPS разработана с использованием интегральной микросхемы TNY284DG. Она выбрана из-за небольшого размера SMD-корпуса, а также благодаря тому, что обеспечивает мощность до 11 Вт при напряжении 230V переменного тока на входе силовой цепи.

Поскольку мы используем этот SMPS с номинальным напряжением 3,3V и током 1,5А, то выходная мощность составляет 4,95 Вт, что вполне соответствует пиковой мощности 11 Вт.

В приведенной таблице показаны характеристики мощности TNY284DG.

Как мы видим, преобразователь TNY284DG как нельзя лучше вписывается в схему, а так как конструкция нашего ИИП представляет собой открытую раму, то он будет соответствовать выходной мощности. Если вы хотите узнать больше об этой микросхеме, то обязательно ознакомьтесь с таблицей данных TNY284DG.

Компоненты, необходимые для построения схемы 3,3V/1,5А IoT SMPS

Перечень компонентов, которые использует электрическая схема блока управления очень прост, и большинство из них можно найти в местном магазине радиодеталей. Единственное устройство, которую вы возможно не найдете в местном магазине, — это обратно ходовой преобразователь, и вам придется собрать его самостоятельно.

1. Диодный мост ABS8 — SMD
2. Электролитический конденсатор 22 мкФ/400 В
3. Защитный диод SMBJ160A — СМД
4. Ультра быстрый диод UF1JB — СМД
5. 2Meg – 2Pcs в корпусе 0805
6. Конденсатор 0,068 нФ 250 В переменного тока
7. Микросхема TNY284DG
8. Конденсатор 0.1мкФ/50В – 2шт — корпус 0805
9. Оптрон ПК817
10. Резистор 1к — корпус 0805
11. Резистор 16R – 1pcs — корпус 0805
12. Конденсатор 680 пФ – 50В – корпус 0805
13. Микросхема-стабилизатор TL431
14. Диод Шоттки SS34A — для поверхностного монтажа
15. Конденсатор 680пФ 50В — корпус 0805
16. Конденсатор 3300 мкФ 16 В
17. Катушка индуктивности 3,3 мкГн — барабанный сердечник
18. Конденсатор 2,2 нФ 250 В переменного тока
19. Резистор 2к – корпус 0805
20. Резистор 6.1к — корпус 0805
21. 10Р НТЦ (Ограничитель пускового тока) – 10Д-9

Электрическая схема блока управления — компактный источник питания 3,3 В/1,5 А

Схемотехника этого прибора соответствует базовой конструкции преобразователя обратного хода. В этом варианте в качестве микросхемы драйвера SMPS используется набор чипов Power Integration.

Конструкция и работа блока питания 3,3 В/1,5 А

Прежде чем перейти непосредственно к созданию модуля управления, давайте посмотрим как работает сама электрическая схема блока управления.

Прибор имеет следующие модули:

• Преобразование переменного тока в постоянный
• Модуль драйвера переключения
• Защита от блокировки при пониженном напряжении.
• Цепь зажима
• Электромагнитная и гальваническая развязка
• Фильтрация электромагнитных помех
• Вторичный выпрямитель и снабберная цепочка
• Узел фильтра
• Узел обратной связи

Преобразование переменного тока в постоянный:

B1 — диодный мостовой выпрямитель ABS8 1A 800V, который преобразует вход переменного тока (AC) в постоянный ток высокого напряжения. Поскольку мы все знаем, что после выпрямления переменного тока в постоянный нам нужен объемный конденсатор для устранения пульсаций постоянного тока.

Конденсатор большой емкости необходим для фильтрации и обеспечения плавного выхода постоянного тока в схему драйвера. Емкость C1 22 мкФ 400 В действует как тот же конденсаторный фильтр, и он будет пропускать отфильтрованный выход постоянного тока на драйвера, а также в трансформатор.

Переключающее устройство или драйвер:

Электрическая схема блока управления использует основной компонент импульсного источника питания. Первичная обмотка трансформатора корректно управляется коммутационной микросхемой TNY284DG. Частота переключения составляет 128-132 кГц, тогда как по умолчанию используется значение 132 кГц. Благодаря такой высокой частоте переключения можно использовать трансформаторы меньшего размера.

На приведенной выше схеме показаны выводы TNY284DG. Контакт Drain — это тот, который переключает трансформатор. Форма сигнала переключения стокового вывода показана на изображении ниже.

Драйвер переключения, IC1, который является TNY284DG, требует шунтирующего конденсатора для внутреннего генерируемого напряжения 5,85 В. Для этого используется конденсатор C2 0,1 мкФ 16 В. В таком варианте, TNY284DG должен работать идеально, поэтому этот конденсатор очень важен для работы микросхемы.

Защита от блокировки при пониженном напряжении:

Блокировка при пониженном напряжении — это функция, которая отключает SMPS при обнаружении низкого напряжения. В этом случае это входное напряжение определяется с помощью чувствительных резисторов R1 и R2. Если входное напряжение ниже требуемого рабочего напряжения, ИИП переходит в режим автоматического перезапуска до тех пор, пока напряжение не стабилизируется.

Электрическая схема блока управления. Цепь зажима:

Катушки индуктивности генерируют высокое напряжение ЭДС, которое опасно для микросхемы драйвера и потенциально может повредить устройство. Здесь трансформатор действует как огромная катушка индуктивности. Таким образом, в каждом цикле переключения трансформатор индуцирует высокие всплески напряжения из-за индуктивности рассеяния трансформатора.

Стабилитрон VR1 представляет собой диод SMBJ160A, который ограничивает выходное напряжение, а диод D5 UF1JB, является сверхбыстрым полупроводником, выполняющим функцию блокировки этих скачков высокого напряжения и гасит их до безопасного значения. В этом процессе контакт стока TNY284DG не повреждается высоким наведенным напряжением.

Магниты и гальваническая развязка:

Трансформатор изготовлен из ферромагнитного материала. Он не только преобразует переменный ток высокого напряжения в переменный ток низкого напряжения, но также обеспечивает гальваническую развязку.

Также, электрическая схема блока управления, имеет в своем составе гальваническую развязку, которая важна по соображениям безопасности, и поэтому низковольтные цепи изолируются от высоковольтных входов переменного или постоянного тока.

Трансформатор изготовлен на ферритовом сердечнике EE13. Подробная спецификация импульсного трансформатора показана в pdf, приведенном ниже. EE13 был использован из-за небольшого размера.

Технические характеристики трансформатора EE13

Электрическая схема блока управления. Фильтр электромагнитных помех

Фильтрация электромагнитных помех осуществляется с помощью конденсатора C3. Емкость C3 представляет собой высоковольтный конденсатор 0,068 нФ 250 В переменного тока, который повышает устойчивость цепи и снижает высокие электромагнитные помехи.

Выпрямитель вторичной цепи и демпфер

Из-за переключения на выходе трансформатора также присутствует переменный ток, который необходимо выпрямить с помощью диода Шоттки. В данном случае мы используем диод SS34A, который выпускается в корпусе SMA. Это диод рассчитан на напряжение 40 В и ток 3 А.

Поскольку выходной ток составляет 1,5 А, хорошо бы выбрать номинальное значение тока как минимум вдвое больше, следовательно, 3 А идеально подходит для данного приложения. Диод D6 обеспечивает выход постоянного тока из трансформатора, который далее выпрямляется большим конденсатором C6 1500uF 10V .

На выходе трансформатора возникают пульсации, которые подавляются снабберной цепью, созданной из последовательно соединенного резистора и конденсатора низкого номинала, параллельно выходному выпрямителю. Это нужно по той же причине, по которой зажимается вход трансформатора.

Пульсации сигнала могут стать слишком высокими, что создает опасность выхода из строя выходного диода. Эта цепочка демпфирования состоит из маломощного резистора 16R и конденсатора 680 пФ. Именно пара этих компонентов, R3 и C5, образуют демпферную цепь в выходной секции постоянного тока.

Секция фильтра:

Секция фильтра создана с использованием конфигурации LC-фильтра. Это повышает стабильность подавления пульсаций, что необходимо для критически важных приложений. Конденсатор фильтра C7 хорошо использовать с низким ESR со значением 100 мкФ 16 В для лучшего подавления пульсаций, а L1 представляет собой катушку индуктивности с барабанным сердечником 3,3 мкГн.

Модуль обратной связи:

Модуль обратной связи состоит из трех частей — делителя напряжения, TL431 и оптопары. Когда микросхема драйвера включается, она запускает первый цикл переключения, который отражается на выходе. Шунтирующий регулятор TL431 распознает это с помощью делителя напряжения. Опорное напряжение датчика TL431 составляет 2,495 В.

Если он определяет напряжение, немедленно включается оптопара, и оптрон передает эти данные в TNY284DG. Такое происходит для всех циклов переключения, и если что-то нарушается, тогда цикл обратной связи разрывается, а микросхема драйвера переходит в режим автоматического перезапуска.

Здесь TL431 — на схеме обозначен как U3, а оптопара — U2, PC817. Для выходного напряжения 3,3В делитель напряжения создан с помощью двух резисторов R6 и R7.U2. Оптопара дополнительно гальванически развязывает вторичную чувствительную часть обратной связи с контроллером первичной цепи.

Делитель напряжения использует резистор 2k для R6 и резистор 6.1k для R7. Данный делитель обеспечит 2,495 В на TL431, когда выходное напряжение будет 3,3 В.