Conception du circuit d'alimentation 12V 1A SMPS: 4 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Salut les gars!

Chaque appareil ou produit électronique nécessite une unité d'alimentation (PSU) fiable pour le faire fonctionner. Presque tous les appareils de notre maison, comme la télévision, l'imprimante, le lecteur de musique, etc. se composent d'un bloc d'alimentation intégré qui convertit la tension secteur CA en un niveau de tension CC approprié pour leur fonctionnement. Le type de circuit d'alimentation le plus couramment utilisé est le SMPS (Switching Mode Power Supply), vous pouvez facilement trouver ce type de circuits dans votre adaptateur 12V ou votre chargeur Mobile/Laptop. Dans ce tutoriel, nous allons apprendre à construire un circuit SMPS 12v qui convertirait l'alimentation secteur en 12V DC avec un courant nominal maximum de 1,25A. Ce circuit peut être utilisé pour alimenter de petites charges ou même être adapté en chargeur pour recharger vos batteries plomb-acide et lithium. Si ce circuit d'alimentation 12v 15watt ne correspond pas à vos besoins, vous pouvez vérifier différents circuits d'alimentation avec des caractéristiques différentes.

Étape 1: Circuit SMPS 12v – Considérations de conception

Avant de procéder à tout type de conception d'alimentation, l'analyse des besoins doit être effectuée en fonction de l'environnement dans lequel notre alimentation sera utilisée. Différents types d'alimentation fonctionnent dans différents environnements et avec des limites d'entrée-sortie spécifiques.

Spécification d'entrée:

Commençons par l'entrée. Une tension d'alimentation d'entrée est la première chose qui sera utilisée par le SMPS et sera transformée en une valeur utile pour alimenter la charge. Comme cette conception est spécifiée pour la conversion AC-DC, l'entrée sera un courant alternatif (AC). Pour l'Inde, l'entrée CA est disponible en 220-230 volts, pour les États-Unis, elle est conçue pour 110 volts. Il existe également d'autres pays qui utilisent des niveaux de tension différents. Généralement, SMPS fonctionne avec une plage de tension d'entrée universelle. Cela signifie que la tension d'entrée peut différer de 85V AC à 265V AC. Le SMPS peut être utilisé dans n'importe quel pays et peut fournir une sortie stable à pleine charge si la tension est comprise entre 85 et 265 V CA. Le SMPS devrait également fonctionner normalement sous une fréquence de 50 Hz et 60 Hz. C'est la raison pour laquelle nous pouvons utiliser nos chargeurs de téléphone et d'ordinateur portable dans n'importe quel pays.

Spécification de sortie:

Côté sortie, peu de charges sont résistives, peu sont inductives. Selon la charge, la construction d'un SMPS peut être différente. Pour ce SMPS, la charge est supposée être une charge résistive. Cependant, il n'y a rien de tel qu'une charge résistive, chaque charge se compose d'au moins une certaine quantité d'inductance et de capacité; ici, on suppose que l'inductance et la capacité de la charge sont négligeables.

La spécification de sortie d'un SMPS dépend fortement de la charge, comme la quantité de tension et de courant requis par la charge dans toutes les conditions de fonctionnement. Pour ce projet, le SMPS pourrait fournir une sortie de 15W. C'est du 12V et 1,25A. L'ondulation de sortie ciblée est sélectionnée comme inférieure à 30 mV pk-pk à une bande passante de 20 000 Hz.

Étape 2: Sélection du circuit intégré de gestion de l'alimentation

Chaque circuit SMPS nécessite un CI de gestion de l'alimentation également appelé CI de commutation ou CI SMPS ou CI de séchage. Résumons les considérations de conception pour sélectionner le circuit intégré de gestion de l'alimentation idéal qui conviendra à notre conception. Nos exigences de conception sont:

1. Sortie 15W. 12V 1,25A avec moins de 30mV d'ondulation pk-pk à pleine charge.
2. Puissance d'entrée universelle.
3. Protection contre les surtensions d'entrée.
4. Protection contre les courts-circuits de sortie, les surtensions et les surintensités.
5. Opérations à tension constante.

Parmi les exigences ci-dessus, il existe une large gamme de circuits intégrés, mais pour ce projet, nous avons sélectionné l'intégration de puissance. Power Integration est une société de semi-conducteurs qui propose une large gamme de circuits intégrés de commande de puissance dans diverses plages de puissance de sortie. Sur la base des exigences et de la disponibilité, nous avons décidé d'utiliser le TNY268PN des familles de commutateurs minuscules II.

Dans l'image ci-dessus, la puissance maximale de 15 W est affichée. Cependant, nous allons faire le SMPS dans le cadre ouvert et pour la cote d'entrée universelle. Dans un tel segment, le TNY268PN pourrait fournir une sortie de 15 W. Voyons le schéma des broches.

Étape 3: Schéma de circuit SMPS 12V et explication

Avant de passer directement à la construction de la pièce prototype, explorons le schéma de circuit SMPS 12v et son fonctionnement. Le circuit comprend les sections suivantes:

1. Protection contre les surtensions d'entrée et les défauts SMPS
2. Conversion AC-DC
3. Filtre PI
4. Circuit de commande ou circuit de commutation
5. Protection de verrouillage de sous-tension.
6. Circuit de serrage
7. Isolation magnétique et galvanique
8. Filtre EMI
9. Redresseur secondaire et circuit d'amortissement
10. Section de filtre

Protection contre les surtensions d'entrée et les défauts SMPS

Cette section se compose de deux composants, F1 et RV1. F1 est un fusible à fusion lente 1A 250VAC et RV1 est un MOV de 7mm 275V (Metal Oxide Varistor). Lors d'une surtension (plus de 275 VCA), le MOV est devenu très court et a fait sauter le fusible d'entrée. Cependant, en raison de la fonction de fusion lente, le fusible résiste au courant d'appel à travers le SMPS.

Conversion AC-DC

Cette section est régie par le pont de diodes. Ces quatre diodes (à l'intérieur du DB107) forment un redresseur en pont complet. Les diodes sont du 1N4006, mais le standard 1N4007 peut parfaitement faire le travail. Dans ce projet, ces quatre diodes sont remplacées par un redresseur en pont complet DB107.

Filtre PI

Différents états ont des normes de rejet EMI différentes. Cette conception confirme la norme EN61000-Classe 3 et le filtre PI est conçu de manière à réduire la réjection EMI en mode commun. Cette section est créée à l'aide de C1, C2 et L1. C1 et C2 sont des condensateurs 400V 18uF. C'est une valeur impaire donc 22uF 400V est sélectionné pour cette application. Le L1 est une self de mode commun qui prend le signal EMI différentiel pour annuler les deux.

Circuit de commande ou circuit de commutation

C'est le cœur d'un SMPS. Le côté primaire du transformateur est contrôlé par le circuit de commutation TNY268PN. La fréquence de commutation est 120-132khz. En raison de cette fréquence de commutation élevée, des transformateurs plus petits peuvent être utilisés. Le circuit de commutation a deux composants, U1 et le C3. U1 est le pilote principal de l'IC TNY268PN. Le C3 est le condensateur de dérivation nécessaire au fonctionnement de notre circuit intégré de commande.

Protection de verrouillage de sous-tension

La protection contre les sous-tensions est assurée par les résistances de détection R1 et R2. Il est utilisé lorsque le SMPS passe en mode de redémarrage automatique et détecte la tension de ligne.

Circuit de serrage

D1 et D2 sont le circuit de serrage. D1 est la diode TVS et D2 est une diode à récupération ultra-rapide. Le transformateur agit comme une énorme inductance à travers le circuit d'alimentation IC TNY268PN. Par conséquent, pendant le cycle de coupure, le transformateur crée des pointes de tension élevées dues à l'inductance de fuite du transformateur. Ces pointes de tension haute fréquence sont supprimées par la pince de diode aux bornes du transformateur. UF4007 est sélectionné en raison de la récupération ultra-rapide et P6KE200A est sélectionné pour le fonctionnement TVS.

Isolation magnétique et galvanique

Le transformateur est un transformateur ferromagnétique et il convertit non seulement le courant alternatif haute tension en courant alternatif basse tension, mais fournit également une isolation galvanique.

Filtre EMI

Le filtrage EMI est effectué par le condensateur C4. Il augmente l'immunité du circuit pour réduire les interférences EMI élevées.

Redresseur secondaire et circuit d'amortissement

La sortie du transformateur est redressée et convertie en courant continu à l'aide de D6, une diode de redressement Schottky. Le circuit d'amortissement aux bornes du D6 assure la suppression du transitoire de tension pendant les opérations de commutation. Le circuit d'amortissement se compose d'une résistance et d'un condensateur, R3 et C5.

Section de filtre

La section de filtrage est constituée d'un condensateur de filtrage C6. Il s'agit d'un condensateur Low ESR pour une meilleure réjection des ondulations. De plus, un filtre LC utilisant L2 et C7 offre une meilleure réjection des ondulations sur la sortie.

Étape 4: Fabrication de PCB

Vous pouvez dessiner le schéma PCB avec n'importe quel logiciel selon votre convenance et l'envoyer à un fabricant de PCB de votre choix. J'ai un Gerber prêt, je peux le partager.

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