12 वी 1 ए एसएमपीएस बिजली आपूर्ति सर्किट डिजाइन: 4 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:20

हे लोगों!

प्रत्येक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण या उत्पाद को संचालित करने के लिए एक विश्वसनीय बिजली आपूर्ति इकाई (पीएसयू) की आवश्यकता होती है। हमारे घर में लगभग सभी डिवाइस, जैसे टीवी, प्रिंटर, म्यूजिक प्लेयर इत्यादि में एक बिजली आपूर्ति इकाई होती है जो एसी मेन वोल्टेज को डीसी वोल्टेज के उपयुक्त स्तर पर संचालित करने के लिए परिवर्तित करती है। बिजली आपूर्ति सर्किट का सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला प्रकार एसएमपीएस (स्विचिंग मोड पावर सप्लाई) है, आप अपने 12 वी एडाप्टर या मोबाइल/लैपटॉप चार्जर में इस प्रकार के सर्किट आसानी से पा सकते हैं। इस ट्यूटोरियल में, हम सीखेंगे कि एक 12v SMPS सर्किट कैसे बनाया जाता है जो AC मेन पावर को 12V DC में अधिकतम करंट रेटिंग 1.25A के साथ बदल देगा। इस सर्किट का उपयोग छोटे भार को बिजली देने के लिए किया जा सकता है या यहां तक कि आपको लीड-एसिड और लिथियम बैटरी चार्ज करने के लिए चार्जर में अनुकूलित किया जा सकता है। यदि यह 12v 15watt बिजली आपूर्ति सर्किट आपकी आवश्यकता से मेल नहीं खाता है, तो आप विभिन्न रेटिंग के साथ विभिन्न बिजली आपूर्ति सर्किट की जांच कर सकते हैं।

चरण 1: 12 वी एसएमपीएस सर्किट - डिजाइन संबंधी विचार

किसी भी प्रकार की बिजली आपूर्ति डिजाइन के साथ आगे बढ़ने से पहले, उस वातावरण के आधार पर आवश्यकता विश्लेषण किया जाना चाहिए जिसमें हमारी बिजली आपूर्ति का उपयोग किया जाएगा। विभिन्न प्रकार की बिजली आपूर्ति विभिन्न वातावरणों में और विशिष्ट इनपुट-आउटपुट सीमाओं के साथ काम करती है।

इनपुट विशिष्टता:

आइए इनपुट से शुरू करें। एक इनपुट आपूर्ति वोल्टेज पहली चीज है जिसका उपयोग एसएमपीएस द्वारा किया जाएगा और लोड को खिलाने के लिए एक उपयोगी मूल्य में बदल दिया जाएगा। चूंकि यह डिज़ाइन एसी-डीसी रूपांतरण के लिए निर्दिष्ट है, इनपुट अल्टरनेटिंग करंट (एसी) होगा। भारत के लिए, इनपुट एसी 220-230 वोल्ट में उपलब्ध है, यूएसए के लिए इसे 110 वोल्ट के लिए रेट किया गया है। ऐसे अन्य राष्ट्र भी हैं जो विभिन्न वोल्टेज स्तरों का उपयोग करते हैं। आम तौर पर, एसएमपीएस एक सार्वभौमिक इनपुट वोल्टेज रेंज के साथ काम करता है। इसका मतलब है कि इनपुट वोल्टेज 85V AC से 265V AC तक भिन्न हो सकता है। एसएमपीएस का उपयोग किसी भी देश में किया जा सकता है और अगर वोल्टेज 85-265V एसी के बीच हो तो यह पूरे लोड का एक स्थिर आउटपुट प्रदान कर सकता है। एसएमपीएस को सामान्य रूप से 50 हर्ट्ज और 60 हर्ट्ज आवृत्ति के तहत भी काम करना चाहिए। यही कारण है कि हम किसी भी देश में अपने फोन और लैपटॉप चार्जर का उपयोग करने में सक्षम हैं।

आउटपुट विशिष्टता:

आउटपुट पक्ष पर, कुछ भार प्रतिरोधक हैं, कुछ आगमनात्मक हैं। भार के आधार पर एसएमपीएस का निर्माण भिन्न हो सकता है। इस एसएमपीएस के लिए भार को प्रतिरोधक भार के रूप में माना जाता है। हालांकि, प्रतिरोधक भार जैसा कुछ नहीं है, प्रत्येक भार में कम से कम कुछ मात्रा में अधिष्ठापन और समाई होती है; यहाँ यह माना जाता है कि भार का अधिष्ठापन और समाई नगण्य है।

SMPS का आउटपुट विनिर्देश लोड पर अत्यधिक निर्भर होता है, जैसे सभी ऑपरेटिंग परिस्थितियों में लोड द्वारा कितना वोल्टेज और करंट की आवश्यकता होगी। इस परियोजना के लिए, SMPS 15W आउटपुट प्रदान कर सकता है। यह 12V और 1.25A है। लक्षित आउटपुट रिपल को 20000 हर्ट्ज बैंडविड्थ पर 30mV pk-pk से कम चुना गया है।

चरण 2: पावर मैनेजमेंट आईसी का चयन

प्रत्येक एसएमपीएस सर्किट को पावर मैनेजमेंट आईसी की आवश्यकता होती है जिसे स्विचिंग आईसी या एसएमपीएस आईसी या ड्रायर आईसी भी कहा जाता है। आइए आदर्श पावर मैनेजमेंट आईसी का चयन करने के लिए डिज़ाइन विचारों को सारांशित करें जो हमारे डिजाइन के लिए उपयुक्त होगा। हमारी डिजाइन आवश्यकताएं हैं:

1. 15W आउटपुट। 12V 1.25A पूरे लोड पर 30mV से कम pk-pk रिपल के साथ।
2. यूनिवर्सल इनपुट रेटिंग।
3. इनपुट वृद्धि संरक्षण।
4. आउटपुट शॉर्ट सर्किट, ओवर-वोल्टेज और ओवर-करंट प्रोटेक्शन।
5. लगातार वोल्टेज संचालन।

उपरोक्त आवश्यकताओं में से चुनने के लिए आईसी की एक विस्तृत श्रृंखला है, लेकिन इस परियोजना के लिए, हमने पावर एकीकरण का चयन किया है। पावर इंटीग्रेशन एक सेमी-कंडक्टर कंपनी है जिसके पास विभिन्न पावर आउटपुट रेंज में पावर ड्राइवर आईसी की एक विस्तृत श्रृंखला है। आवश्यकताओं और उपलब्धता के आधार पर हमने छोटे स्विच II परिवारों से TNY268PN का उपयोग करने का निर्णय लिया है।

उपरोक्त छवि में, अधिकतम शक्ति 15W दिखाई गई है। हालांकि, हम एसएमपीएस को खुले फ्रेम में और यूनिवर्सल इनपुट रेटिंग के लिए बनाएंगे। ऐसे सेगमेंट में TNY268PN 15W आउटपुट दे सकता है। आइए देखते हैं पिन डायग्राम।

चरण 3: 12 वी एसएमपीएस सर्किट आरेख और स्पष्टीकरण

प्रोटोटाइप भाग के निर्माण में सीधे जाने से पहले, आइए 12v SMPS सर्किट आरेख और उसके संचालन का पता लगाएं। सर्किट में निम्नलिखित खंड हैं:

1. इनपुट वृद्धि और एसएमपीएस गलती संरक्षण
2. एसी-डीसी रूपांतरण
3. पीआई फिल्टर
4. चालक सर्किटरी या स्विचिंग सर्किट
5. अंडर-वोल्टेज तालाबंदी संरक्षण।
6. क्लैंप सर्किट
7. चुंबकीय और बिजली उत्पन्न करनेवाली अलगाव
8. ईएमआई फिल्टर
9. सेकेंडरी रेक्टिफायर और स्नबर सर्किट
10. फ़िल्टर अनुभाग

इनपुट वृद्धि और एसएमपीएस गलती संरक्षण

इस खंड में दो घटक होते हैं, F1 और RV1। F1 एक 1A 250VAC स्लो ब्लो फ्यूज है और RV1 एक 7mm 275V MOV (मेटल ऑक्साइड वेरिस्टर) है। एक उच्च वोल्टेज वृद्धि (275VAC से अधिक) के दौरान, MOV कम हो गया और इनपुट फ्यूज को उड़ा दिया। हालांकि, स्लो ब्लो फीचर के कारण, फ्यूज एसएमपीएस के माध्यम से इनरश करंट को झेलता है।

एसी-डीसी रूपांतरण

यह खंड डायोड ब्रिज द्वारा नियंत्रित होता है। ये चार डायोड (DB107 के अंदर) एक फुल ब्रिज रेक्टिफायर बनाते हैं। डायोड 1N4006 हैं, लेकिन मानक 1N4007 काम पूरी तरह से कर सकते हैं। इस प्रोजेक्ट में इन चारों डायोड को फुल ब्रिज रेक्टिफायर DB107 से रिप्लेस किया गया है।

पीआई फिल्टर

विभिन्न राज्यों में अलग-अलग ईएमआई अस्वीकृति मानक हैं। यह डिज़ाइन EN61000-क्लास 3 मानक की पुष्टि करता है और PI फ़िल्टर को सामान्य-मोड EMI अस्वीकृति को कम करने के लिए इस तरह से डिज़ाइन किया गया है। यह खंड C1, C2, और L1 का उपयोग करके बनाया गया है। C1 और C2 400V 18uF कैपेसिटर हैं। यह एक विषम मान है इसलिए इस एप्लिकेशन के लिए 22uF 400V का चयन किया गया है। L1 एक कॉमन मोड चोक है जो दोनों को कैंसिल करने के लिए डिफरेंशियल EMI सिग्नल लेता है।

चालक सर्किटरी या स्विचिंग सर्किट

यह एक एसएमपीएस का दिल है। ट्रांसफार्मर का प्राथमिक पक्ष स्विचिंग सर्किट TNY268PN द्वारा नियंत्रित होता है। स्विचिंग आवृत्ति 120-132khz है। इस उच्च स्विचिंग आवृत्ति के कारण, छोटे ट्रांसफार्मर का उपयोग किया जा सकता है। स्विचिंग सर्किट में दो घटक होते हैं, U1, और C3। U1 IC TNY268PN का मुख्य चालक है। C3 बाईपास कैपेसिटर है जो हमारे ड्राइवर IC के काम करने के लिए आवश्यक है।

अंडर-वोल्टेज तालाबंदी सुरक्षा

अंडर-वोल्टेज लॉकआउट प्रोटेक्शन सेंस रेसिस्टर R1 और R2 द्वारा किया जाता है। इसका उपयोग तब किया जाता है जब एसएमपीएस ऑटो-रीस्टार्ट मोड में चला जाता है और लाइन वोल्टेज को महसूस करता है।

क्लैंप सर्किट

D1 और D2 क्लैंप सर्किट हैं। D1 TVS डायोड है और D2 एक अल्ट्रा-फास्ट रिकवरी डायोड है। ट्रांसफॉर्मर पावर ड्राइवर IC TNY268PN में एक विशाल प्रेरक के रूप में कार्य करता है। इसलिए स्विचिंग ऑफ-साइकिल के दौरान, ट्रांसफॉर्मर के लीकेज इंडक्शन के कारण ट्रांसफॉर्मर हाई वोल्टेज स्पाइक्स बनाता है। इन उच्च-आवृत्ति वोल्टेज स्पाइक्स को ट्रांसफॉर्मर में डायोड क्लैंप द्वारा दबा दिया जाता है। UF4007 को अल्ट्रा-फास्ट रिकवरी के कारण चुना गया है और P6KE200A को TVS ऑपरेशन के लिए चुना गया है।

चुंबकीय और बिजली उत्पन्न करनेवाली अलगाव

ट्रांसफार्मर एक फेरोमैग्नेटिक ट्रांसफार्मर है और यह न केवल उच्च वोल्टेज एसी को कम वोल्टेज एसी में परिवर्तित करता है बल्कि गैल्वेनिक अलगाव भी प्रदान करता है।

ईएमआई फिल्टर

EMI फ़िल्टरिंग C4 कैपेसिटर द्वारा की जाती है। यह उच्च ईएमआई हस्तक्षेप को कम करने के लिए सर्किट की प्रतिरक्षा को बढ़ाता है।

सेकेंडरी रेक्टिफायर और स्नबर सर्किट

ट्रांसफॉर्मर से आउटपुट को सुधारा जाता है और एक Schottky रेक्टिफायर डायोड D6 का उपयोग करके DC में परिवर्तित किया जाता है। D6 में स्नबर सर्किट स्विचिंग ऑपरेशन के दौरान वोल्टेज क्षणिक का दमन प्रदान करता है। स्नबर सर्किट में एक रोकनेवाला और एक संधारित्र, R3 और C5 होता है।

फ़िल्टर अनुभाग

फ़िल्टर सेक्शन में फ़िल्टर कैपेसिटर C6 होता है। यह बेहतर रिपल रिजेक्शन के लिए लो ईएसआर कैपेसिटर है। साथ ही, L2 और C7 का उपयोग करने वाला एक LC फ़िल्टर पूरे आउटपुट में बेहतर रिपल रिजेक्शन प्रदान करता है।

चरण 4: पीसीबी विनिर्माण

आप अपनी सुविधा के अनुसार किसी भी सॉफ्टवेयर से पीसीबी योजना बना सकते हैं और इसे अपनी पसंद के पीसीबी निर्माता को भेज सकते हैं। मेरे पास एक Gerber तैयार है, मैं इसे साझा कर सकता हूं।

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