Desain Sirkuit Catu Daya SMPS 12V 1A: 4 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Hai teman-teman!

Setiap perangkat atau produk elektronik membutuhkan power supply unit (PSU) yang handal untuk mengoperasikannya. Hampir semua perangkat di rumah kita, seperti TV, Printer, Pemutar Musik, dll. terdiri dari unit catu daya yang terpasang di dalamnya yang mengubah tegangan listrik AC ke tingkat tegangan DC yang sesuai agar dapat beroperasi. Jenis rangkaian catu daya yang paling umum digunakan adalah SMPS (Switching Mode Power Supply), Anda dapat dengan mudah menemukan jenis rangkaian ini di adaptor 12V atau pengisi daya Ponsel/Laptop Anda. Dalam tutorial ini, kita akan belajar cara membuat rangkaian SMPS 12v yang akan mengubah daya listrik AC menjadi 12V DC dengan nilai arus maksimum 1,25A. Sirkuit ini dapat digunakan untuk memberi daya pada beban kecil atau bahkan disesuaikan menjadi pengisi daya untuk mengisi baterai timbal-asam dan lithium. Jika rangkaian catu daya 12v 15watt ini tidak sesuai dengan kebutuhan Anda, Anda dapat memeriksa berbagai rangkaian catu daya dengan peringkat yang berbeda.

Langkah 1: Sirkuit SMPS 12v – Pertimbangan Desain

Sebelum melanjutkan dengan desain catu daya apa pun, analisis kebutuhan harus dilakukan berdasarkan lingkungan di mana catu daya kami akan digunakan. Berbagai jenis catu daya bekerja di lingkungan yang berbeda dan dengan batas input-output tertentu.

Spesifikasi Masukan:

Mari kita mulai dengan masukan. Tegangan suplai input adalah hal pertama yang akan digunakan oleh SMPS dan akan diubah menjadi nilai yang berguna untuk memberi makan beban. Karena desain ini ditentukan untuk konversi AC-DC, inputnya adalah arus bolak-balik (AC). Untuk India, input AC tersedia dalam 220-230 volt, untuk AS diberi nilai 110 volt. Ada juga negara lain yang menggunakan level tegangan berbeda. Umumnya, SMPS bekerja dengan rentang tegangan input universal. Ini berarti tegangan input dapat berbeda dari 85V AC ke 265V AC. SMPS dapat digunakan di negara mana pun dan dapat memberikan output beban penuh yang stabil jika tegangannya antara 85-265V AC. SMPS juga harus berfungsi secara normal di bawah frekuensi 50Hz dan 60Hz. Inilah alasan mengapa kami dapat menggunakan pengisi daya ponsel dan laptop kami di negara mana pun.

Spesifikasi Keluaran:

Di sisi output, beberapa beban resistif, sedikit induktif. Tergantung pada beban konstruksi SMPS bisa berbeda. Untuk SMPS ini beban diasumsikan sebagai beban resistif. Namun, tidak ada yang seperti beban resistif, setiap beban terdiri dari setidaknya sejumlah induktansi dan kapasitansi; di sini diasumsikan bahwa induktansi dan kapasitansi beban dapat diabaikan.

Spesifikasi keluaran SMPS sangat bergantung pada Beban, seperti berapa banyak tegangan dan arus yang dibutuhkan oleh beban dalam semua kondisi operasi. Untuk proyek ini, SMPS dapat memberikan output 15W. Ini adalah 12V dan 1,25A. Riak keluaran yang ditargetkan dipilih sebagai kurang dari 30mV pk-pk pada bandwidth 20000 Hz.

Langkah 2: Pemilihan IC Manajemen Daya

Setiap rangkaian SMPS memerlukan IC Manajemen Daya yang juga dikenal sebagai IC switching atau IC SMPS atau IC Kering. Mari kita simpulkan pertimbangan desain untuk memilih IC Manajemen Daya ideal yang sesuai untuk desain kita. Persyaratan Desain kami adalah:

1. keluaran 15W. 12V 1.25A dengan riak pk-pk kurang dari 30mV pada beban penuh.
2. Peringkat masukan universal.
3. Perlindungan lonjakan masukan.
4. Output hubung singkat, perlindungan tegangan berlebih dan arus berlebih.
5. Operasi tegangan konstan.

Dari persyaratan di atas ada berbagai macam IC untuk dipilih, tetapi untuk proyek ini, kami telah memilih integrasi Daya. Integrasi daya adalah perusahaan semi-konduktor yang memiliki berbagai IC driver daya dalam berbagai rentang output daya. Berdasarkan persyaratan dan ketersediaan, kami telah memutuskan untuk menggunakan TNY268PN dari keluarga small switch II.

Pada gambar di atas, daya maksimum 15W ditampilkan. Namun, kami akan membuat SMPS dalam bingkai terbuka dan untuk peringkat input universal. Di segmen seperti itu, TNY268PN dapat memberikan output 15W. Mari kita lihat diagram pin.

Langkah 3: Diagram Sirkuit 12V SMPS dan Penjelasannya

Sebelum langsung membangun bagian prototipe, mari kita telusuri diagram rangkaian SMPS 12v dan pengoperasiannya. Sirkuit memiliki bagian berikut:

1. Lonjakan input dan perlindungan kesalahan SMPS
2. Konversi AC-DC
3. filter PI
4. Sirkuit driver atau sirkuit Switching
5. Perlindungan penguncian di bawah tegangan.
6. Sirkuit penjepit
7. Isolasi magnet dan galvanik
8. Filter EMI
9. Rectifier Sekunder dan sirkuit snubber
10. Bagian Filter

Lonjakan input dan perlindungan kesalahan SMPS

Bagian ini terdiri dari dua komponen, F1 dan RV1. F1 adalah sekering lambat 1A 250VAC dan RV1 adalah MOV 7mm 275V (Metal Oxide Varistor). Selama lonjakan tegangan tinggi (lebih dari 275VAC), MOV menjadi mati pendek dan meniup Sekring input. Namun, karena fitur pukulan lambat, sekering menahan arus masuk melalui SMPS.

konversi AC-DC

Bagian ini diatur oleh jembatan dioda. Keempat dioda ini (di dalam DB107) membuat penyearah jembatan penuh. Dioda adalah 1N4006, tetapi standar 1N4007 dapat melakukan pekerjaan dengan sempurna. Dalam proyek ini, keempat dioda ini diganti dengan penyearah jembatan penuh DB107.

filter PI

Negara bagian yang berbeda memiliki standar penolakan EMI yang berbeda. Desain ini menegaskan standar EN61000-Class 3 dan filter PI dirancang sedemikian rupa untuk mengurangi penolakan EMI mode umum. Bagian ini dibuat menggunakan C1, C2, dan L1. C1 dan C2 adalah kapasitor 400V 18uF. Ini adalah nilai ganjil sehingga 22uF 400V dipilih untuk aplikasi ini. L1 adalah choke mode umum yang mengambil sinyal EMI diferensial untuk membatalkan keduanya.

Sirkuit driver atau sirkuit switching

Ini adalah jantung dari sebuah SMPS. Sisi utama transformator dikendalikan oleh rangkaian switching TNY268PN. Frekuensi switching adalah 120-132khz. Karena frekuensi switching yang tinggi ini, transformator yang lebih kecil dapat digunakan. Rangkaian switching memiliki dua komponen, U1, dan C3. U1 adalah driver utama dari IC TNY268PN. C3 adalah kapasitor bypass yang diperlukan untuk kerja IC driver kami.

Perlindungan penguncian di bawah tegangan

Perlindungan penguncian di bawah tegangan dilakukan oleh resistor indra R1 dan R2. Ini digunakan ketika SMPS masuk ke mode auto-restart dan merasakan tegangan saluran.

Sirkuit penjepit

D1 dan D2 adalah rangkaian penjepit. D1 adalah dioda TVS dan D2 adalah dioda pemulihan ultra-cepat. Trafo bertindak sebagai induktor besar di seluruh IC driver daya TNY268PN. Oleh karena itu selama siklus pensaklaran, trafo menciptakan lonjakan tegangan tinggi karena induktansi bocor trafo. Lonjakan tegangan frekuensi tinggi ini ditekan oleh penjepit dioda melintasi transformator. UF4007 dipilih karena pemulihan yang sangat cepat dan P6KE200A dipilih untuk pengoperasian TVS.

Isolasi magnet dan galvanik

Trafo adalah trafo feromagnetik dan tidak hanya mengubah tegangan tinggi AC menjadi tegangan rendah tetapi juga menyediakan isolasi galvanik.

Filter EMI

Penyaringan EMI dilakukan oleh kapasitor C4. Ini meningkatkan kekebalan sirkuit untuk mengurangi gangguan EMI yang tinggi.

Rangkaian Penyearah dan Snubber Sekunder

Output dari transformator disearahkan dan diubah menjadi DC menggunakan D6, dioda penyearah Schottky. Sirkuit snubber di D6 memberikan penekanan transien tegangan selama operasi switching. Rangkaian snubber terdiri dari satu resistor dan satu kapasitor, R3, dan C5.

Bagian Filter

Bagian filter terdiri dari kapasitor filter C6. Ini adalah kapasitor ESR Rendah untuk penolakan riak yang lebih baik. Juga, filter LC menggunakan L2 dan C7 memberikan penolakan riak yang lebih baik di seluruh output.

Langkah 4: Pembuatan PCB

Anda dapat menggambar Skema PCB dengan perangkat lunak apa pun sesuai kenyamanan Anda dan mengirimkannya ke Produsen PCB pilihan Anda. Saya sudah menyiapkan Gerber, saya bisa membagikannya.

Saya akan merekomendasikan LIONCIRCUITS karena mereka memiliki layanan manufaktur berbiaya rendah untuk prototipe yang sangat bagus untuk orang-orang seperti kami penggemar DIY. Mereka memiliki platform online otomatis tempat Anda dapat mengunggah file Gerber Anda dan melakukan pemesanan online. Pengiriman ke seluruh India gratis.