如何构建一个12v SMPS电路_技术

每个电子设备或产品都需要可靠的电源单元（PSU）来运行它。我们家中的几乎所有设备，如电视、打印机、音乐播放器等，都包含一个内置的电源单元，它将交流电源电压转换为适合它们运行的直流电压电平。最常用的电源电路类型是SMPS（开关模式电源），您可以在 12V 适配器或移动/笔记本电脑充电器中轻松找到此类电路。在本教程中，我们将学习如何构建一个 12v SMPS 电路，该电路将交流电源转换为 12V DC，最大额定电流为 1.25A。该电路可用于为小负载供电，甚至可以改装成充电器为铅酸充电，锂电池。如果这个 12v 15watt 电源电路不符合您的要求，您可以检查不同额定值的各种电源电路。

12v SMPS 电路 – 设计注意事项

在进行任何类型的电源设计之前，必须根据我们电源的使用环境进行需求分析。不同种类的电源工作在不同的环境和特定的输入输出边界。

输入规范

让我们从输入开始。输入电源电压是 SMPS 将首先使用的东西，并将被转换为有用的值来为负载供电。由于该设计专门用于AC-DC 转换，因此输入将是交流电（AC）。对于印度，输入交流电的电压为 220-230 伏，对于美国，其额定电压为 110 伏。还有其他国家使用不同的电压等级。通常，SMPS 与通用输入电压一起工作范围。这意味着输入电压可以从 85V AC 到 265V AC 不同。SMPS可以在任何国家使用，如果电压在85-265V AC之间，可以提供稳定的满载输出。SMPS 也应在 50Hz 和 60Hz 频率下正常工作。这就是我们能够在任何国家/地区使用手机和笔记本电脑充电器的原因。

输出规格

在输出端，很少有负载是电阻性的，很少是电感性的。根据负载的不同，SMPS 的结构可能会有所不同。对于此 SMPS，负载假定为电阻负载。但是，没有什么能比得上电阻负载，每个负载至少包含一定数量的电感和电容；这里假设负载的电感和电容可以忽略不计。

SMPS 的输出规格高度依赖于负载，例如在所有工作条件下负载需要多少电压和电流。对于这个项目，SMPS 可以提供15W 的输出。它是 12V 和 1.25A。目标输出纹波选择为小于20000 Hz 带宽下的 30mV 峰峰值。

根据输出负载，我们还必须在设计恒压 SMPS或恒流 SMPS之间做出决定。恒压是指负载两端的电压恒定，电流随着负载电阻的变化而变化。另一方面，恒流模式将允许电流恒定，但电压会随着负载电阻的变化而相应改变。此外，CV 和 CC 都可以在 SMPS 中使用，但它们不能同时工作。当 SMPS 中存在这两个选项时，需要有一个范围，当 SMPS 将其输出 *** 作从 CV 更改为 CC 时，反之亦然。通常CC 和 CV 模式充电器用于为铅酸或锂电池充电。

输入和输出保护功能

SMPS 上可以使用各种保护电路，以实现更安全可靠的 *** 作。保护电路保护 SMPS 以及连接的负载。根据位置，保护电路可以跨输入或跨输出连接。最常见的输入保护是浪涌保护和EMI 滤波器。浪涌保护保护 SMPS 免受输入浪涌或交流过压的影响。EMI 滤波器保护 SMPS 免受输入线路产生 EMI 的影响。在这个项目中，这两个功能都将可用。输出保护包括短路保护、过压保护和过流保护。该 SMPS 设计还将包括所有这些保护电路。

电源管理IC的选择

每个 SMPS 电路都需要一个电源管理 IC，也称为开关 IC 或 SMPS IC 或干燥器 IC。让我们总结一下设计注意事项，以选择适合我们设计的理想电源管理 IC。我们的设计要求是

15W输出。12V 1.25A，满载时纹波小于 30mV 峰峰峰值。

通用输入额定值。

输入浪涌保护。

输出短路、过压、过流保护。

恒压 *** 作。

根据上述要求，可供选择的 IC 范围很广，但对于这个项目，我们选择了Power integraTIon。Power integraTIon 是一家半导体公司，拥有各种功率输出范围内的各种功率驱动器 IC。根据要求和可用性，我们决定使用微型开关 II 系列的 TNY268PN。

在上图中，显示了最大功率 15W。但是，我们将在开放式框架中制作 SMPS，并用于通用输入额定值。在这样的细分市场中，TNY268PN 可以提供 15W 的输出。让我们看看引脚图。

设计 12v 1Amp SMPS 电路

构建电路的最佳方法是使用Power integraTIon 的 PI 专家软件。是一款优秀的电源设计软件。该电路是使用功率集成 IC 构建的。设计过程解释如下，或者您也可以向下滚动查看解释相同的视频。

步骤-1：选择TIny switch II并选择所需的封装。我们选择了 DIP 封装。选择机箱类型、适配器或开放式框架。这里选择了开放框架。

然后选择反馈类型。这是必不可少的，因为使用了反激拓扑。TL431 是反馈的绝佳选择。TL431 是一款并联稳压器，它将提供出色的过压保护和准确的输出电压。

Step-2：选择输入电压范围。由于它将是通用输入 SMPS，因此输入电压选择为 85-265V AC。线路频率为 50 Hz。

第 3 步：

选择输出电压、电流和功率。SMPS 额定值为 12V 1.25A。功率显示为 15W。 *** 作模式也选择为CV，即恒压 *** 作模式。最后，一切都通过三个简单的步骤完成，原理图就生成了。

12V SMPS电路图及说明

下面的电路稍作修改以适应我们的项目。

在直接开始构建原型部件之前，让我们先了解一下12v SMPS 电路图及其 *** 作。该电路有以下部分

输入浪涌和 SMPS 故障保护

AC-DC 转换

PI 过滤器

驱动电路或开关电路

欠压锁定保护。

钳位电路

磁性和电流隔离

EMI滤波器

次级整流器和缓冲电路

过滤器部分

反馈部分。

输入浪涌和 SMPS 故障保护

本节由 F1 和 RV1 两个组件组成。F1 是 1A 250VAC 慢熔保险丝，RV1 是 7mm 275V MOV（金属氧化物压敏电阻）。在高压浪涌（超过 275VAC）期间，MOV 短路并烧断输入保险丝。然而，由于慢熔特性，保险丝可以承受通过 SMPS 的浪涌电流。

AC-DC 转换

该部分由二极管电桥控制。这四个二极管（DB107 内部）构成一个全桥整流器。二极管是 1N4006，但标准的 1N4007 可以完美地完成这项工作。在这个项目中，这四个二极管被一个全桥整流器 DB107 取代。

PI 过滤器

不同的州有不同的 EMI 抑制标准。该设计符合 EN61000-Class 3 标准，并且 PI 滤波器的设计方式可降低共模 EMI 抑制。此部分是使用 C1、C2 和 L1 创建的。C1和C2是400V 18uF电容。这是一个奇数值，因此为此应用选择了 22uF 400V。L1 是一个共模扼流圈，它采用差分 EMI 信号来抵消两者。

驱动电路或开关电路

它是 SMPS 的核心。变压器的初级侧由开关电路 TNY268PN 控制。开关频率为120-132khz。由于这种高开关频率，可以使用更小的变压器。开关电路有两个元件，U1和C3。U1是主驱动IC TNY268PN。C3是我们驱动IC工作所需的旁路电容。

欠压锁定保护

欠压锁定保护由检测电阻 R1 和 R2 完成。它在 SMPS 进入自动重启模式并检测线路电压时使用。

钳位电路

D1和D2是钳位电路。D1 是TVS 二极管，D2 是超快恢复二极管。变压器在功率驱动器 IC TNY268PN 上充当一个巨大的电感器。因此，在开关关闭周期期间，变压器会由于变压器的漏感而产生高压尖峰。这些高频电压尖峰被变压器两端的二极管钳位抑制。选择 UF4007 是因为恢复速度超快，选择 P6KE200A 进行 TVS *** 作。

磁性和电流隔离

变压器是一种铁磁变压器，它不仅将高压交流电转换为低压交流电，还提供电流隔离。

EMI滤波器

EMI 滤波由 C4 电容完成。它增加了电路的抗扰度以减少高EMI干扰。

次级整流器和缓冲电路

变压器的输出通过肖特基整流二极管D6 进行整流并转换为直流电。D6 上的缓冲电路可抑制开关 *** 作期间的电压瞬变。缓冲电路由一个电阻和一个电容、R3和C5组成。

过滤器部分

滤波部分由滤波电容C6组成。它是一种低 ESR 电容器，可提供更好的纹波抑制。此外，使用 L2 和 C7 的 LC 滤波器可提供更好的输出纹波抑制。

反馈部分

输出电压由 U3 TL431 和 R6 和 R7 感测。在感测线路 U2 后，光耦合器受到控制，并将次级反馈感测部分与初级侧控制器电流隔离。光耦合器内部有一个晶体管和一个 LED。通过控制LED，控制晶体管。由于通信是通过光进行的，它没有直接的电气连接，因此也满足了反馈电路上的电流隔离。

现在，由于 LED 直接控制晶体管，通过在光耦 LED 上提供足够的偏置，可以控制光耦晶体管，更具体地说是驱动电路。该控制系统由 TL431 采用。由于并联稳压器在其参考引脚上有一个电阻分压器，它可以控制连接在其上的光耦合器 LED。反馈引脚的参考电压为 2.5V。因此，只有当分压器两端的电压足够时，TL431 才能激活。在我们的例子中，分压器设置为 12V. 因此，当输出达到 12V 时，TL431 在参考引脚上获得 2.5V，从而激活光耦合器的 LED，该 LED 控制光耦合器的晶体管并间接控制 TNY268PN。如果输出两端的电压不足，则开关周期立即暂停。

首先，TNY268PN 激活第一个开关周期，然后检测它的 EN 引脚。如果一切正常，它会继续切换，如果没有，它会过一段时间再试一次。这个循环一直持续到一切正常，从而防止短路或过压问题。这就是为什么它被称为反激拓扑的原因，因为输出电压会流回驱动器以进行相关 *** 作。此外，尝试循环被称为故障条件下的打嗝 *** 作模式。

D3 是肖特基势垒二极管。该二极管将高频交流输出转换为直流。选择 3A 60V 肖特基二极管以确保可靠运行。R4 和 R5 由 PI 专家选择和计算。它创建一个分压器并将电流从 TL431 传递到光耦合器 LED。

R6 和 R7 是一个简单的分压器，由公式 TL431 REF 电压 = （Vout x R7） / R6 + R7计算得出。参考电压为 2.5V，Vout 为 12V。通过选择 R6 23.7k 的值，R7 大约变为 9.09k。

组装印刷电路板

订购电路板后，几天后它到达了我的手中，尽管快递员装在一个标签整齐、包装完好的盒子里，而且 PCB 的质量一如既往地棒极了。我收到的PCB如下图

我打开焊条并开始组装电路板。由于脚印、焊盘、通孔和丝网印刷的形状和尺寸都非常合适，因此我在组装电路板时没有问题。我的 PCB 夹在焊钳上如下所示。

零部件采购

此12v 15w SMPS 电路的所有组件均按照原理图采购。

几乎所有组件都可以现成使用。您可能会发现为该项目寻找合适的变压器时遇到困难。通常，供应商无法直接提供 SMPS 电路开关反激变压器，在大多数情况下，如果您需要高效的结果，您必须自己缠绕变压器。但是，也可以使用类似的反激式变压器，您的电路仍然可以工作。我们之前使用的 PI Expert 软件将为我们的变压器提供理想的规格。

从 PI Expert 获得的变压器的机械和电气图如下所示。