開關(guān)模式電源(SMPS)是一種有趣的組件，它采用緊湊的設(shè)計，在一到兩英寸的空間內(nèi)，可以很容易地焊接在PCB上。這是電子行業(yè)的熱門產(chǎn)品，有很多公司生產(chǎn)這種產(chǎn)品。如果我們能建立一個標準的SMPS電路，可以安裝在有限的空間里，可以成為基于物聯(lián)網(wǎng)的應用程序以及不同的微控制器項目的一部分，那該有多好啊。

在這個項目中，我們將構(gòu)建一個3.3V， 1.5A額定功率的緊湊型電源，以滿足這一目的。為了在PCB上構(gòu)建這個SMPS電路，我們從PCBWay制造了我們的PCB板，我們在本教程中組裝和測試了相同的電路板。請記住，這不是一個商業(yè)使用的，這是沒有適當?shù)谋Ｗo輸入。此外，由于我們需要為日常愛好項目制作它，因此SMPS的大小也至關(guān)重要。它不包括任何浪涌和保險絲保護，這是工業(yè)SMPS中必須具備的東西。如果您想添加這個，請單獨使用保護。以前，我們還使用PCB構(gòu)建了一個12V 15W SMPS電路，因此對如何為PSU項目(電源單元)設(shè)計PCB感興趣的人也可以檢查它。

3.3V 1.5A SMPS電路-設(shè)計規(guī)范

SMPS將具有以下規(guī)格。

1.185 vac - 230伏交流電輸入

2.3.3V至1.5A輸出。

3.開放式框架結(jié)構(gòu)

4.短路保護

5.體積小，成本低

本SMPS采用電源集成IC TNY284DG設(shè)計。選擇它是因為小尺寸的貼片封裝，以及當使用230VAC作為輸入時，它支持高達11瓦。由于我們使用的是3.3V和1.5A額定功率的SMPS，因此我們的瓦數(shù)為4.95瓦，正好位于11瓦的峰值或開架瓦數(shù)范圍內(nèi)。

所示為TNY284DG的功率指標。

正如我們所看到的，TNY284DG非常適合我們的選擇，并且由于我們的SMPS的結(jié)構(gòu)是開放框架，因此它將匹配輸出瓦數(shù)。如果您想了解更多有關(guān)此IC的信息，請查看TNY284DG IC的數(shù)據(jù)表。

構(gòu)建3.3V/1.5A IoT SMPS電路所需的組件

組件列表非常簡單，你可以在當?shù)氐膼酆蒙痰暾业狡渲械拇蟛糠帧Ｒ粋€不尋常的部分，你不能在你當?shù)氐纳痰暾业绞秋w回變壓器，你需要建立自己的。

?二極管橋ABS8 - SMD

?22uF / 400V

?Smbj160a - SMD

?Uf1jb - SMD

?2Meg - 2個- 0805包裝

?0.068 nf 250伏

?TNY284DG

?0.1uF / 50V - 2pcs - 0805封裝

?PC817

?1k - 0805包

?16R - 1pcs - 0805包裝

?680 pF - 50V - 0805封裝

?TL431

?Ss34a - SMD

?680pF 50V - 0805封裝

?3300年佛羅里達大學16 v

?3.3uH -鼓芯

?2.2 nf 250伏

?2k - 0805

?6.1k - 0805

?10R NTC(浪涌電流限制器)- 10D-9

緊湊的3.3V/1.5A SMPS電路-原理圖

該SMPS的結(jié)構(gòu)遵循基本反激結(jié)構(gòu)。本設(shè)計使用Power Integration芯片組作為SMPS驅(qū)動IC。電路原理圖如下圖所示。

3.3V/1.5A SMPS電路的構(gòu)建與工作

在直接進入構(gòu)建原型部分之前，讓我們探索電路操作。

電路由以下幾個部分組成。

?交直流轉(zhuǎn)換

?驅(qū)動電路或開關(guān)電路

?欠壓閉鎖保護。

?鉗位電路

?磁學和電流隔離

?EMI濾波

?二次整流器和緩沖電路

?過濾部分

?反饋部分

交直流轉(zhuǎn)換:

B1是二極管橋式整流器。這是一個ABS8整流器，一個1A 800V二極管橋，將交流電(AC)輸入轉(zhuǎn)換為高壓直流。我們都知道，從交流到直流整流后，我們需要一個大電容來整流直流紋波，它將為驅(qū)動電路提供平滑的直流輸出，22uF 400V電容C1充當相同的濾波電容，它將為驅(qū)動電路和變壓器提供濾波后的直流輸出。

驅(qū)動電路或開關(guān)電路：

它是該SMPS的主要組成部分。變壓器的一次側(cè)由開關(guān)電路TNY284DG適當控制。開關(guān)頻率為128-132千赫，而默認為132千赫。由于這種高開關(guān)頻率，可以使用較小的變壓器。

上面的引腳圖顯示了TNY284DG的引腳。漏極引腳是開關(guān)變壓器的引腳。漏極引腳開關(guān)波形如下圖所示。

開關(guān)驅(qū)動器IC1是TNY284DG，需要一個旁路電容，用于內(nèi)部產(chǎn)生5.85V，使用C2一個0.1uF 16V電容。TNY284DG需要完美地運行，這個電容器對于運行是必不可少的。

欠壓閉鎖保護：

欠壓鎖定是在低電壓檢測期間關(guān)閉SMPS的功能。在這種情況下，這個輸入電壓是使用感測電阻R1和R2完成的。如果輸入電壓低于所需的工作電壓，SMPS將進入自動重啟模式，直到電壓穩(wěn)定。

鉗位電路:

電感器產(chǎn)生高EMF電壓，這對驅(qū)動IC是危險的，可能會損壞器件。在這里，變壓器充當了一個巨大的電感器。因此，在每個開關(guān)周期中，由于變壓器的漏感，變壓器會產(chǎn)生高電壓尖峰。齊納二極管VR1是一個SMBJ160A二極管，箝位輸出電壓，D5是UF1JB是一個超快二極管，阻止這個高壓尖峰并將它們阻尼到一個安全值。在此過程中，TNY284DG的DRAIN引腳不會被高感應電壓損壞。

磁學和電流隔離：

變壓器是由鐵磁材料制成的。它不僅將高壓交流電轉(zhuǎn)換為低壓交流電，而且還提供電流隔離，出于安全原因，電流隔離很重要，因此，低壓電路與高壓交流或直流輸入隔離。

該變壓器由EE13變壓器鐵芯制成。詳細的變壓器規(guī)格顯示在下面的pdf文件中。由于變壓器尺寸小，所以使用EE13。

變壓器規(guī)格

EMI濾波器:

電磁干擾濾波由C3電容完成。C3電容器為高壓0.068nF 250VAC電容器，可提高電路抗擾度，降低高電磁干擾。

二次整流和緩沖電路：

由于開關(guān)，變壓器的輸出也是交流的，需要使用肖特基二極管進行整流。在這種情況下，我們使用SMA封裝中提供的SS34A肖特基二極管。這是一個40V 3A肖特基二極管。由于輸出電流為1.5A，因此最好選擇至少兩倍的電流額定值，因此3A非常適合此應用。肖特基二極管D6提供變壓器的直流輸出，該輸出由大型1500uF 10V電容器C6進一步整流。

變壓器的輸出提供了一個振鈴紋波，該紋波被緩沖電路抑制，緩沖電路是由與輸出整流器并聯(lián)的串聯(lián)的低值電阻和電容器產(chǎn)生的。這與變壓器的輸入被箝位的原因相同。振鈴紋波可能變得太高，可能導致輸出二極管失效。這個緩沖電路由一個低值電阻16R和一個低值電容680 pF組成，這兩個元件R3和C5在直流輸出部分創(chuàng)建緩沖電路。

過濾部分:

過濾器部分使用LC filter配置創(chuàng)建。它將提高抑制紋波的穩(wěn)定性，這對關(guān)鍵應用至關(guān)重要。C為濾波電容C7。為了更好地抑制紋波，最好使用低ESR電容，其值為100uF 16V，電感L1為3.3uH鼓芯電感。

反饋部分:

反饋部分由三部分組成：分壓器、TL431和光耦合器。當驅(qū)動IC第一次打開時，它開始在輸出中反映的第一個開關(guān)周期。分流穩(wěn)壓器TL431使用分壓器感知這一點。TL431的參考檢測電壓為2.495V。如果它檢測到電壓，它打開光耦合器，光耦合器將該數(shù)據(jù)提供給TNY284DG。這發(fā)生在所有的切換周期，如果發(fā)生了什么，這個反饋循環(huán)被打破，驅(qū)動IC進入自動重啟模式。這里，TL431是U3，光耦合器是U2， PC817。對于3.3V輸出電壓，分壓器使用兩個電阻R6和R7.U2創(chuàng)建。該光耦合器進一步電隔離了次級反饋傳感部分與初級側(cè)控制器。分壓器為R6使用2k電阻，R7使用6.1k電阻。當輸出電壓為3.3V時，該分壓器將在TL431上提供2.495V。

3.3V/1.5A緊湊型IoT SMPS的PCB設(shè)計

SMPS是用一只鷹設(shè)計的，它太小了，只有4.5厘米× 25厘米。

正面:

頂部的一面顯示在上面給出的圖像。它是一個雙層PCB板，規(guī)劃厚度為70um的銅。高厚度是必需的，因為小尺寸和限制的地方，以創(chuàng)造銅基散熱器。輸出二極管和驅(qū)動IC需要特別考慮散熱相關(guān)的目的。

此外，在二次側(cè)通過拼接完成更好的地面連接。

底部的一面:

SMD組件也放置在板的背面，以保持模塊尺寸在一個小尺寸。

從PCBWay訂購PCB

完成設(shè)計后，您可以繼續(xù)訂購PCB：

第一步：登錄，如果是第一次，就注冊。然后，在PCB Prototype選項卡中，輸入PCB的尺寸、層數(shù)和所需PCB的數(shù)量。

第二步：點擊“現(xiàn)在報價”按鈕。您將被帶到一個頁面，您需要設(shè)置一些額外的參數(shù)，如板類型，層，PCB材料，厚度等。它們中的大多數(shù)是默認選中的，但是如果您選擇了特定的參數(shù)，您可以在這里選擇它們。

第三步：最后一步是上傳Gerber文件并繼續(xù)付款。為了確保付款過程順利進行，PCBWAY會在付款前驗證您的Gerber文件是否有效。這樣，您可以確保您的PCB是制造友好的，您將收到它的承諾。

組裝我們的3.3V 1.5A SMPS板

幾天后，我們收到了整齊包裝的PCB， PCB質(zhì)量一如既往地好。板的頂層和底層如下圖所示：

在確定軌道和足跡是正確的之后，我開始組裝PCB。這里的圖像顯示了如何完全焊接板看起來像。

正如你所看到的，所有的組件都是焊接正確的。你可能會發(fā)現(xiàn)很難得到正確的變壓器和電感的貨架上，所以它是更好的做法，一個定制的制造商。變壓器的規(guī)格在上面已經(jīng)討論過了。

如果您還沒有準備好與定制制造商聯(lián)系，您也可以自己構(gòu)建變壓器。在我們之前的一篇文章中，我們向您展示了如何為SMPS設(shè)計自己的斬波變壓器，如果您感興趣并使用共享的規(guī)格表構(gòu)建變壓器，您可以查看。

輸入電壓和輸出電壓測試

SMPS板現(xiàn)在已經(jīng)準備好進行測試，我使用自變壓器來改變輸入交流電壓，并使用萬用表來測量SMPS電路的輸入和輸出電壓。

如您所見，輸出電壓為3.29V，接近我們期望的3.3V。我還改變了輸入交流電壓從90V到240V，發(fā)現(xiàn)輸出電壓恒定在3.3V。

3.3V 1.5A SMPS -負載測試

我們使用我們的可調(diào)直流負載機加載我們的SMPS板，看看輸出電壓如何保持不同的電流繪制。這個基于arduino的可調(diào)直流負載機也是由我們之前建造的，如果你感興趣的話，你可以看看。測試設(shè)置如下所示。

鉗形表用于測量SMPS的輸出電流，萬用表用于測量SMPS的輸出電壓。正如你所看到的，即使在不同的電流值下，輸出電壓也幾乎保持在3.3V。

我能夠測試到1.3A，輸出電壓沒有低于3.28V，這很好。你可以在下面鏈接的視頻中查看完整的測試過程。

用我們的SMPS板為NodeMCU和其他微控制器供電

我無法檢查該板上的紋波或噪聲，但我確實嘗試為各種微控制器模塊供電，如ESP8266，如下所示。

該模塊工作沒有任何問題，我相信當您為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制作自己的定制電源時，這種設(shè)計將非常有用。希望本教程是有趣的，你學到了一些有用的東西。完整的工作也可以在下面的視頻鏈接中找到。

如果你有任何問題，可以在下面的評論區(qū)發(fā)表，或者使用我們的技術(shù)論壇開始討論。

本文編譯自circuitdigest