A S魔女M ODE P ower S upply（SMPS）任意の電子設計の不可欠な部分です。これは、主電源の高電圧ACを低電圧DCに変換するために使用され、最初に主電源ACを高電圧DCに変換し、次に高電圧DCを切り替えて目的の電圧を生成します。この5V2ASMPS回路や12V1A TNY268 SMPS回路のように、すでにいくつかのSMPS回路を作成しました。SMPS設計でドライバーICとともに使用できる独自のSMPSトランスも構築しました。
気づかないかもしれませんが、モバイル充電器、ラップトップ充電器、Wi-Fiルーターなどのほとんどの家庭用品は、動作するためにスイッチングモード電源を必要とし、それらのほとんどは5V電源です。そのことを念頭に置いて、この記事では、古い使い捨てPC ATX電源から部品を回収して、5V、1AのSMPS回路を構築する方法を紹介します。
警告：AC電源を使用するには、事前のスキルと監督が必要です。古いSMPSを開いたり、経験のない新しいSMPSを作成したりしないでください。充電されたコンデンサと活線の周りに注意してください。警告を受け、慎重に進め、必要に応じて専門家の指導を受けてください。
5V1A電源の設計上の考慮事項
先に進む前に、基本的な設計上の考慮事項と保護機能のいくつかを明らかにしましょう。
コンピュータの電源からSMPS回路を構築する必要があるのはなぜですか？
私にとってそれは安いです、そして再び安いというのは非常に高価な言葉です、それは文字通り無料です。あなたはどのようにそう尋ねるかもしれませんか？地元のPCサービスショップに相談するだけで、少なくとも私の場合は無料で提供されます。また、壊れたものが横になっていないか友達に聞いてください。
回路用の変圧器の構築/調達は、SMPS設計の最も重要な部分ですが、この方法では、変圧器を回収することでこのステップを完全に回避できます。また、私のような電子ジャンキーの場合は、非常に優れた学習体験が得られます。必要な部品を回収した後の私のATX電源を以下に示します。
この設計では、ポテンショメータを追加して、出力電圧を少し変えることができます。これは場合によっては便利かもしれませんが、回路の最も興味深い点は、非常に一般的な部品で作られているため、何かが爆発した場合、それらを見つけて交換するのは非常に簡単な作業です。
SMPS回路は、条件によって機能が異なります。この回路を構築している場合、実際の入出力特性を知っていると、回路に問題が見つかった場合に回路をデバッグするのに役立ちます。
入力電圧：
標準のPCPSUの入力電圧は220Vであるため、回収された回路もその電圧で動作します。しかし、現在のテーブル設定では、85Vの入力電圧でも回路を操作しようとします。
出力電圧：
回路の出力電圧は5V、電流定格は1Aです。これは、この回路が5Wの電力を処理できることを意味します。この回路は定電圧モードで動作するため、負荷電流に関係なく出力電圧はほぼ同じになります。
出力リップル：
この回路のトランスはプロのメーカーが製造しているため、低リップルが期待できます。点線で構成されているため、通常より少し波紋が期待できます。
保護機能：
一般に、SMPSの設計には多くの保護回路がありますが、回路は古いPC PSUで作られているため、最終的なアプリケーションの要件に応じて保護機能を追加または削除できます。また、以前に構築した次の保護回路を確認することもできます。
- 過電圧保護回路
- 逆極性保護回路
- 短絡保護回路
- 突入電流保護
この回路を使用して、IoTプロジェクトに電力を供給します。そこで、入力に可融性抵抗を、出力部に過電圧保護回路という最小限の保護機能を採用することにしました。
したがって、要約すると、電源のAC主電源電圧は220V ACになり、出力電圧は5V DCになり、最大出力電流は1Aになります。出力リップル電圧をできるだけ低くするようにし、出力過電圧保護回路を備えた入力ヒューズ抵抗を用意します。
5V 1ASMPS回路に必要なコンポーネント
|
Sl.No |
部品 |
タイプ |
量 |
回路図の一部 |
|
1 |
4.7R |
抵抗器 |
1 |
R1 |
|
2 |
39R |
抵抗器 |
1 |
R10 |
|
3 |
56R、1W |
抵抗器 |
1 |
R9 |
|
4 |
100R |
抵抗器 |
2 |
R7、R6 |
|
5 |
220R |
抵抗器 |
1 |
R5 |
|
6 |
100K |
抵抗器 |
1 |
R2 |
|
7 |
560K、1W |
抵抗器 |
2 |
R3、R4 |
|
8 |
1N4007 |
ダイオード |
4 |
D2、D3、D4、D5 |
|
9 |
UF4007 |
ダイオード |
1 |
D6 |
|
10 |
1N5819 |
ダイオード |
1 |
D1 |
|
11 |
1N4148 |
ダイオード |
1 |
D7 |
|
12 |
103,50V |
コンデンサ |
C4 |
|
|
13 |
102、1KV |
コンデンサ |
2 |
C3 |
|
14 |
10uF、400V |
コンデンサ |
1 |
C1 |
|
15 |
100uF、16V |
コンデンサ |
1 |
C6 |
|
16 |
470uF |
コンデンサ |
2 |
C7、C8 |
|
17 |
222pF、50V |
コンデンサ |
1 |
C5 |
|
18 |
3.3uH、2.66A |
インダクタ |
1 |
L2 |
|
19 |
2SC945 |
トランジスタ |
1 |
T1 |
|
20 |
C5353 |
トランジスタ |
1 |
Q1 |
|
21 |
PC817 |
オプトカプラー |
1 |
OK1 |
|
22 |
TL431CLP |
電圧リファレンス |
1 |
VR1 |
|
23 |
10K |
トリムポット |
1 |
R11 |
|
24 |
ネジ留め式端子 |
5mm |
2 |
S1、S2 |
|
25 |
1N5908 |
ダイオード |
1 |
D9 |
|
26 |
変成器 |
PCPSUから |
1 |
TR1 |
5V 1ASMPS回路図
以下の画像は、このチュートリアルで構築する5V 1ASMPS電源の回路図を示しています。
ブレッドボード上に回路を構築しましたが、完成するとこんな感じでした。
回路を多くの機能ブロックに分解して理解し、各ブロックを理解しましょう。
可融性抵抗器：
まず、2つの目的を果たすR1があります。まず、それは可融性抵抗器として機能します。第二に、それは電流制限抵抗として機能します。
ブリッジ整流器とフィルター：
次に、1N4007ダイオード、D2、D3、D4、D5があり、そのうちの4つがブリッジ整流器を形成し、ACをDCに変換するための10uFフィルターコンデンサーを備えています。
バッテリーの充電以外にこの電源を使用しないため、PIフィルターを取り外したことに注意してください。これを他の方法で使用する場合は、EMIフィルターが必要です。いつでも同じ電源から引き出すことができます。電源。PIフィルターとは何か、またはどのように機能するかわからない場合は、リンクされた記事を確認してください。また、前に説明したSMPS回路のEMIを低減するための他の設計を確認することもできます。
起動抵抗：
R3とR4は起動抵抗を形成します。電力が供給されると、起動抵抗が一次スイッチングトランジスタのベースに電力を供給します。抵抗については、この記事の後半で詳しく説明します。
コレクター電圧制限クランプ：
一次スイッチングトランジスタQ1のコレクタ電圧を制限するために、C3、R2、およびD6はクランプ回路を形成します。これは、スナバネットワークを使用してターンオフ時のピーク電圧を下げ、リンギングを減衰させる非常に良い例です。ほとんどの場合、非常に単純な設計手法を使用して、スナバコンポーネント（RおよびC）の適切な値を決定できます。より最適な設計が必要な場合は、やや複雑な手順が使用されます。
一次および補助スイッチングトランジスタ：
トランジスタQ1、C5353はメインスイッチングトランジスタであり、T1は回路内の補助スイッチングトランジスタです。C4とR5は、メインスイッチング信号を生成する一次発振器を形成します。
フィードバックおよび制御回路：
OK1フォトカプラPC817と共に基準電圧 VR1及びダイオード4148本の形態のフィードバック・制御回路のこの部分の他の抵抗提示のみ分圧器、電流制限抵抗と、フィルタコンデンサとして作用します。それ以外に、必要に応じて電圧を調整するためにポテンショメータR11を追加しました。
変圧器、出力整流器、およびフィルター：
トランスT1は、高電圧ACを低電圧ACに変換するだけでなく、ガルバニック絶縁も提供する強磁性材料で作られています。トランスT1には4つの巻線があります。ピン1、2、および3は二次巻線、ピン番号4、5は補助巻線、ピン番号6および7は一次巻線です。
ダイオードD1とD9は、回路の整流ダイオードです。コンデンサC8は12Vのフィルタリングを担当し、コンデンサC6とC7はL2とともに出力セクションのPIフィルタを形成します。
過電圧保護回路：
アプリケーションデバイスを損傷から保護するために、追加の過電圧保護回路を追加できます。これは、上記のようにヒューズとツェナーダイオードで構成される非常に単純な回路です。過電圧状態が発生すると、ツェナーダイオードが爆発します。それでファストブローヒューズを爆破します。
5V-1ASMPS回路の動作
これで問題は解決しました。回路がどのように機能するかを理解しましょう。回路に電力が供給されると、主電源ACが整流され、整流ダイオードとコンデンサによってフィルタリングされます。その後、2つの起動抵抗R3、R4がトランジスタのベースへの電流を制限します。そのため、一次トランジスタがわずかにオンになり、トランジスタのピン6と7であるトランスの一次巻線にわずかな電流が流れます。 。
この少量の電流が補助巻線に通電し、この補助巻線は220オームの抵抗R5を介して103pFのコンデンサC4の充電を開始します。この場合も、補助側の電圧は1N4148整流ダイオードでオプトカプラーのコレクターに接続され、この電圧はオプトカプラーのエミッターから出て、分圧器で分圧されます。これで、222PFコンデンサC5が充電を開始します。このコンデンサが特定のレベルまで充電されると、補助トランジスタT1がオンになり、一次トランジスタがオフになり、コンデンサC5が放電されます。
そして、このサイクルが再び繰り返され始め、スイッチング信号が生成されます。スイッチングプロセスが開始されると、2次側からトランスの2次側に電圧が誘導され、VR1、Tl431電圧リファレンスを使用してフィードバック回路が作成されます。リファレンス電圧を調整することにより、オンとオフの時間を設定できます。これにより、補助トランジスタの出力電圧を制御できます。
SMPS回路の構築
このデモンストレーションでは、回路図を使用して回路を点線で構成します。私はデモンストレーションのためにベンチで回路をテストしているので、過電圧保護や短絡保護などの多くの保護機能を含めていないことに注意してください。これを使用して他の何かに電力を供給する場合は、それらの保護およびフィルター回路をオンにすることをお勧めします。
上記のテストセットアップを使用して回路をテストし、ポテンショメータを使用して電源の出力電圧を5.1Vに調整しました。これは、ピーク状態で1Aの電流を引き出すことができる1Aの電源です。
上の画像でわかるように、負荷を使用してテストするために、5VでSMPS回路から約1.157Aを消費する負荷としていくつかの抵抗を使用しました。完全なテストビデオは、この記事の下部にあります。
5V-1ASMPS回路設計の改善
この回路のEMI応答を改善するために入力にEMIフィルタを追加できるなど、この回路で改善できることはかなりあります。次に、出力過電流および短絡保護を追加して、回路の全体的なパフォーマンスを向上させることができます。また、入力過電圧およびサージ保護を追加して、入力サージから保護することもできます。そして最後に、回路がPCBボードで構成されている場合、EMI応答を大幅に改善できます。
チュートリアルを理解し、SMPS回路の構築方法を学んだことを願っています。ご不明な点がございましたら、下のコメントセクションに残すか、フォーラムを使用してさらに質問してください。