- Consideraciones de diseño para la fuente de alimentación de 5 V 1 A
- Componentes necesarios para el circuito SMPS de 5 V 1 A
- Diagrama de circuito de 5V 1A SMPS
- Funcionamiento del circuito SMPS 5V-1A
- Construyendo el circuito SMPS
- Mejoras en el diseño del circuito SMPS 5V-1A
A S bruja M oda P ower S upply (SMPS) es una parte indispensable de cualquier diseño electrónico. Se utiliza para convertir CA de alto voltaje de la red en CC de bajo voltaje, y lo hace convirtiendo primero la CA de la red en CC de alto voltaje y luego cambiando la CC de alto voltaje para generar el voltaje deseado. Ya hemos hecho algunos circuitos SMPS anteriormente, como este circuito SMPS de 5V 2A y el circuito SMPS de 12V 1A TNY268. Incluso construimos nuestro propio transformador SMPS que podría usarse en nuestros diseños SMPS junto con el controlador IC.
Es posible que no lo note, pero la mayoría de los productos para el hogar, como el cargador de móvil, el cargador de computadora portátil, los enrutadores Wi-Fi, requieren una fuente de alimentación de modo de conmutación para funcionar, y la mayoría de ellos son de 5V. Entonces, con eso en mente, en este artículo, le mostraremos cómo puede construir un circuito SMPS de 5V y 1A recuperando piezas de una vieja fuente de alimentación ATX de PC desechable.
Advertencia: Trabajar con la red de CA requiere habilidades y supervisión previas. No abra un SMPS antiguo ni intente construir uno nuevo sin experiencia. Tenga cuidado con los condensadores cargados y los cables con corriente. Se le ha advertido, proceda con precaución y siga la orientación de un experto cuando sea necesario.
Consideraciones de diseño para la fuente de alimentación de 5 V 1 A
Antes de continuar, aclaremos algunas de las características básicas de protección y consideración del diseño.
¿Por qué debería construir un circuito SMPS a partir de una fuente de alimentación de computadora?
Para mí es barato, pero de nuevo barato es una palabra muy cara, es literalmente gratis. Puede preguntar cómo es eso. Simplemente hable con sus tiendas de servicio de PC locales, se lo darán gratis al menos ese fue mi caso. Además, pregúntales a tus amigos si tienen alguno de esos rotos por ahí.
Construir / adquirir el transformador para el circuito es la parte más crucial de cualquier diseño de SMPS, pero este método evita completamente este paso al salvar el transformador, también viene con una muy buena experiencia de aprendizaje si eres un adicto a la electrónica como yo. Mi fuente de alimentación ATX después de recuperar las piezas requeridas se muestra a continuación.
Con este diseño, puede agregar un potenciómetro y variar un poco el voltaje de salida. Eso puede ser útil en algunos casos y lo más interesante del circuito es que está hecho con piezas muy genéricas, por lo que si algo explota, encontrarlas y reemplazarlas es una tarea muy fácil.
Los circuitos SMPS funcionan de manera diferente en diferentes condiciones, si está construyendo este circuito, conocer la característica de entrada-salida real puede ayudarlo a depurar el circuito si encuentra algún problema con él.
Voltaje de entrada:
Dado que el voltaje de entrada de la fuente de alimentación de PC estándar es de 220 V, nuestro circuito recuperado también funciona con ese voltaje. Pero con la configuración de mi mesa actual, también intentaré operar el circuito con un voltaje de entrada de 85V.
Tensión de salida:
El voltaje de salida del circuito es de 5 V con 1 A de corriente nominal, lo que significa que este circuito puede manejar una potencia de 5 W. Este circuito funciona en modo de voltaje constante, por lo que el voltaje de salida debe permanecer prácticamente igual independientemente de la corriente de carga.
Ondulación de salida:
El transformador en este circuito está hecho por un fabricante profesional, por lo que podemos esperar una baja ondulación. Desde su construcción en un tablero de puntos, podemos esperar un poco más de ondulación de lo habitual.
Características de protección:
En general, hay muchos diseños de circuitos de protección SMPS, pero nuestro circuito está hecho de una antigua fuente de alimentación de PC, por lo que podemos agregar o restar características de protección según el requisito de nuestra aplicación final. También puede consultar los siguientes circuitos de protección que construimos anteriormente.
- Circuito de protección contra sobretensión
- Circuito de protección de polaridad inversa
- Circuito de protección contra cortocircuitos
- Protección de corriente de irrupción
Voy a utilizar este circuito para impulsar mis proyectos de IoT. Así que decidí optar por una función de protección mínima que es una resistencia fusible en la entrada y un circuito de protección contra sobretensiones en la sección de salida.
Entonces, para resumir, el voltaje de la red de CA para nuestra fuente de alimentación sería 220 V CA, el voltaje de salida será 5 V CC con 1 A de corriente de salida máxima. Intentaremos hacer que el voltaje de ondulación de salida sea lo más bajo posible y tenemos una resistencia fusible de entrada con un circuito de protección de sobrevoltaje de salida.
Componentes necesarios para el circuito SMPS de 5 V 1 A
|
Si. No |
Partes |
Tipo |
Cantidad |
Parte en esquema |
|
1 |
4.7R |
Resistor |
1 |
R1 |
|
2 |
39R |
Resistor |
1 |
R10 |
|
3 |
56R, 1W |
Resistor |
1 |
R9 |
|
4 |
100R |
Resistor |
2 |
R7, R6 |
|
5 |
220R |
Resistor |
1 |
R5 |
|
6 |
100 mil |
Resistor |
1 |
R2 |
|
7 |
560 K, 1 W |
Resistor |
2 |
R3, R4 |
|
8 |
1N4007 |
Diodo |
4 |
D2, D3, D4, D5 |
|
9 |
UF4007 |
Diodo |
1 |
D6 |
|
10 |
1N5819 |
Diodo |
1 |
D1 |
|
11 |
1N4148 |
Diodo |
1 |
D7 |
|
12 |
103,50V |
Condensador |
C4 |
|
|
13 |
102, 1KV |
Condensador |
2 |
C3 |
|
14 |
10 uF, 400 V |
Condensador |
1 |
C1 |
|
15 |
100 uF, 16 V |
Condensador |
1 |
C6 |
|
dieciséis |
470uF |
Condensador |
2 |
C7, C8 |
|
17 |
222pF, 50 V |
Condensador |
1 |
C5 |
|
18 |
3,3 uH, 2,66 A |
Inductor |
1 |
L2 |
|
19 |
2SC945 |
Transistor |
1 |
T1 |
|
20 |
C5353 |
Transistor |
1 |
Q1 |
|
21 |
PC817 |
Optoacoplador |
1 |
OK1 |
|
22 |
TL431CLP |
Referencia de voltaje |
1 |
VR1 |
|
23 |
10K |
Olla de recorte |
1 |
R11 |
|
24 |
Terminal de tornillo |
5 mm |
2 |
S1, S2 |
|
25 |
1N5908 |
Diodo |
1 |
D9 |
|
26 |
Transformador |
Desde PC PSU |
1 |
TR1 |
Diagrama de circuito de 5V 1A SMPS
La siguiente imagen muestra los esquemas de la fuente de alimentación SMPS de 5V 1A que construiremos en este tutorial.
Construí el circuito en una placa de pruebas y se veía así cuando se completó.
Comprendamos el circuito dividiéndolo en muchos bloques funcionales y comprendamos cada bloque.
La resistencia fusible:
Primero, tenemos R1 que tiene dos propósitos. Primero, actúa como una resistencia fusible. En segundo lugar, actúa como una resistencia limitadora de corriente.
El puente rectificador y el filtro:
A continuación, tenemos diodos 1N4007, D2, D3, D4, D5, cuatro de los cuales forman el puente rectificador, junto con un condensador de filtro de 10uF para convertir CA en CC.
Tenga en cuenta que he eliminado el filtro PI porque no voy a usar esta fuente de alimentación más que para cargar una batería, si tiene la intención de usarlo de otra manera, es necesario un filtro EMI, siempre puede sacarlo fuente de alimentación. Si no está seguro de qué es el filtro PI o cómo funciona, puede consultar el artículo vinculado. También puede consultar otros diseños para reducir la EMI en el circuito SMPS que hemos discutido anteriormente.
Las resistencias de arranque:
R3 y R4 forman las resistencias de inicio, cuando se aplica la energía, las resistencias de inicio son responsables de alimentar la base del transistor de conmutación primario, discutiré más sobre la resistencia más adelante en el artículo .
Abrazadera limitadora de voltaje del colector:
Para limitar el voltaje del colector del transistor de conmutación primario Q1 , C3, R2 y D6 forman un circuito de abrazadera, y este es un muy buen ejemplo del uso de una red amortiguadora para disminuir el voltaje pico en el apagado y amortiguar el timbre. En la mayoría de los casos, se puede utilizar una técnica de diseño muy simple para determinar los valores adecuados para los componentes del amortiguador (Rs y Cs). En aquellos casos en los que se necesita un diseño más óptimo, se utiliza un procedimiento algo más complejo.
Transistor de conmutación primario y auxiliar:
El transistor Q1, C5353 es el transistor de conmutación principal y T1 es el transistor de conmutación auxiliar en el circuito. C4 y R5 forman el oscilador primario que genera la señal de conmutación principal.
Circuito de control y retroalimentación:
El optoacoplador PC817 OK1 junto con la referencia de voltaje VR1 y el diodo 4148 forman el circuito de retroalimentación y control; el otro resistor presente en esta parte solo actúa como divisor de voltaje, resistor limitador de corriente y condensador de filtro. Aparte de eso, he agregado el potenciómetro R11 para recortar el voltaje según el requisito.
Transformador, rectificador de salida y filtro:
El transformador T1 está hecho de un material ferromagnético, que no solo convierte la CA de alto voltaje en CA de bajo voltaje, sino que también proporciona aislamiento galvánico. Hay 4 devanados en el transformador T1 Pin 1, 2 y 3 es el devanado secundario, Pin no 4, 5 es el devanado auxiliar, pin no 6 y 7 es el devanado primario.
Los diodos D1 y D9 son los diodos rectificadores del circuito. El condensador C8 es responsable de filtrar los 12V, y el condensador C6 y C7 junto con L2 forman el filtro PI para la sección de salida.
Circuito de protección contra sobretensión:
Se puede agregar un circuito de protección de sobrevoltaje adicional para proteger su dispositivo de aplicación contra daños, es un circuito muy simple que consiste en un fusible y el diodo Zener como puede ver arriba Si ocurre una condición de sobrevoltaje, el diodo Zener explotará, por lo tanto explotando el fusible rápido con él.
Funcionamiento del circuito SMPS 5V-1A
Ahora, eso está aclarado, entendamos cómo funciona el circuito. Cuando se aplica energía al circuito, la CA principal se rectifica y filtra mediante los diodos rectificadores y el capacitor. Después de eso, las dos resistencias de arranque R3, R4 limitan la corriente a la base del transistor, es por eso que el transistor primario se enciende ligeramente, ahora un poco de corriente fluye a través del devanado primario del transformador que es el pin 6 y 7 del transistor..
Esta pequeña cantidad de corriente energiza el devanado auxiliar, este devanado auxiliar comienza a cargar el condensador C4 de 103pF a través de la resistencia R5 de 220 ohmios. Nuevamente, el voltaje en el lado auxiliar se conecta al colector del optoacoplador con un diodo rectificador 1N4148, este voltaje sale del emisor del optoacoplador y se divide con un divisor de voltaje. Ahora el C5, el condensador 222PF comienza a cargarse.Cuando este condensador se carga a un cierto nivel, el transistor auxiliar T1 se enciende y el transistor primario se apaga y el condensador C5 se descarga.
Y el ciclo comienza a repetirse una vez más, por lo que se genera una señal de conmutación. Una vez que comienza el proceso de conmutación, el voltaje se induce en el secundario del transformador desde el secundario, se hace un circuito de retroalimentación con la ayuda de VR1, la referencia de voltaje Tl431, ajustando el voltaje de referencia, podemos establecer el tiempo de encendido y apagado del transistor auxiliar, así podemos controlar la tensión de salida.
Construyendo el circuito SMPS
Para esta demostración, el circuito se construye en un tablero de puntos con la ayuda del esquema; tenga en cuenta que estoy probando el circuito en mi banco para una demostración, por lo que no incluí muchas características de protección como protección contra sobretensión y protección contra cortocircuitos. Si está usando esto para alimentar otra cosa, se recomienda encender esos circuitos de protección y filtro.
La configuración de prueba anterior se utilizó para probar el circuito, el voltaje de salida de la fuente de alimentación se ajustó a 5,1 V con el potenciómetro y es una fuente de alimentación de 1 A para que pueda extraer 1 A de corriente en condiciones máximas.
Como puede ver en la imagen de arriba, para probar con la carga, utilicé algunas resistencias como carga que consumió alrededor de 1.157A de nuestro circuito SMPS a 5V. El video de prueba completo se puede encontrar al final de este artículo.
Mejoras en el diseño del circuito SMPS 5V-1A
Hay bastantes cosas que se pueden mejorar en este circuito, como se puede agregar un filtro EMI en la entrada para mejorar la respuesta EMI de este circuito. Luego, se puede agregar una protección de sobrecorriente y cortocircuito de salida para mejorar el rendimiento general del circuito. Además, se puede agregar una protección de sobretensión y sobretensión de entrada para protegerla de sobretensión de entrada. Y finalmente, si el circuito está construido en una placa PCB, la respuesta EMI se puede mejorar drásticamente.
Espero que haya entendido el tutorial y haya aprendido a construir sus circuitos SMPS. Si tiene alguna pregunta, déjela en la sección de comentarios a continuación o use nuestros foros para más preguntas.