Xây dựng bộ khuếch đại điều chỉnh 5v, 1a của riêng bạn bằng cách sử dụng nguồn cấp điện atx cho máy tính đã chết

A S witch M ode P ower S upply (SMPS) là một phần không thể thiếu trong bất kỳ thiết kế điện tử nào. Nó được sử dụng để chuyển đổi nguồn điện xoay chiều cao áp sang một chiều điện áp thấp, và nó thực hiện điều đó bằng cách chuyển đổi nguồn điện AC thành điện áp cao một chiều, sau đó chuyển đổi điện áp cao DC để tạo ra điện áp mong muốn. Chúng tôi đã tạo một vài mạch SMPS trước đó, như mạch 5V 2A SMPS này và mạch 12V 1A TNY268 SMPS. Chúng tôi thậm chí đã chế tạo biến áp SMPS của riêng mình có thể được sử dụng trong các thiết kế SMPS của chúng tôi cùng với vi mạch điều khiển.

Có thể bạn không để ý nhưng hầu hết các sản phẩm gia dụng như bộ sạc di động, bộ sạc máy tính xách tay, Bộ định tuyến Wi-Fi đều yêu cầu nguồn điện ở chế độ chuyển đổi để hoạt động và hầu hết trong số đó là 5V. Vì vậy, với suy nghĩ đó, trong bài viết này, chúng tôi sẽ hướng dẫn bạn cách bạn có thể xây dựng mạch SMPS 5V, 1A bằng cách tận dụng các bộ phận từ bộ nguồn PC ATX cũ.

Cảnh báo: Làm việc với nguồn điện AC cần có kỹ năng và sự giám sát trước. Không mở một SMPS cũ hoặc thử tạo một SMPS mới khi chưa có kinh nghiệm. Cẩn thận xung quanh các tụ điện và dây dẫn điện. Bạn đã được cảnh báo, hãy tiến hành một cách thận trọng và có sự hướng dẫn của chuyên gia khi cần thiết.

Cân nhắc thiết kế cho nguồn điện 5V 1A

Trước khi tiếp tục, chúng ta hãy làm rõ một số tính năng bảo vệ và cân nhắc thiết kế cơ bản.

Tại sao bạn nên xây dựng mạch SMPS từ bộ nguồn máy tính?

Đối với tôi, rẻ là một từ rất đắt, nó theo nghĩa đen là miễn phí. Bạn có thể hỏi làm thế nào như vậy? Chỉ cần nói chuyện với các cửa hàng dịch vụ PC tại địa phương của bạn, họ sẽ cung cấp cho bạn miễn phí ít nhất đó là trường hợp của tôi. Ngoài ra, hãy hỏi bạn bè của bạn xem họ có bất kỳ cái nào trong số những cái hỏng đó đang nằm xung quanh không.

Xây dựng / mua máy biến áp cho mạch là phần quan trọng nhất của bất kỳ thiết kế SMPS nào, nhưng phương pháp này hoàn toàn tránh được bước này bằng cách tận dụng máy biến áp, nó cũng đi kèm với một kinh nghiệm học tập rất tốt nếu bạn là một người mê điện tử như tôi. Bộ nguồn ATX của tôi sau khi cứu các bộ phận cần thiết được hiển thị bên dưới.

Với thiết kế này, bạn có thể thêm một chiết áp và thay đổi điện áp đầu ra một chút. điều đó có thể hữu ích trong một số trường hợp và điều thú vị nhất về mạch là nó được làm bằng các bộ phận rất chung chung, vì vậy nếu có điều gì đó xảy ra, việc tìm kiếm và thay thế chúng là một nhiệm vụ rất dễ dàng.

Các mạch SMPS hoạt động khác nhau trong các điều kiện khác nhau, nếu bạn đang xây dựng mạch này biết đặc tính đầu vào-đầu ra thực tế có thể giúp bạn gỡ lỗi mạch nếu bạn tìm thấy bất kỳ vấn đề nào với nó.

Điện áp đầu vào:

Vì điện áp đầu vào của PSU PC tiêu chuẩn là 220V, mạch được tận dụng của chúng tôi cũng hoạt động trên điện áp đó. Nhưng với thiết lập bảng hiện tại của tôi, tôi cũng sẽ cố gắng vận hành mạch với điện áp đầu vào 85V.

Điện áp đầu ra:

Điện áp đầu ra của mạch là 5V với 1A của định mức hiện tại, có nghĩa là mạch này có thể xử lý công suất 5W. Mạch này hoạt động ở chế độ điện áp không đổi, do đó, điện áp đầu ra sẽ giữ nguyên khá nhiều bất kể dòng tải.

Ripple đầu ra:

Biến áp trong mạch này được sản xuất bởi một nhà sản xuất chuyên nghiệp nên chúng ta có thể mong đợi độ gợn sóng thấp. Vì nó được xây dựng trong một bảng chấm chấm, chúng ta có thể mong đợi nhiều gợn sóng hơn bình thường một chút.

Các tính năng bảo vệ:

Nói chung, có nhiều thiết kế mạch bảo vệ SMPS nhưng mạch của chúng tôi được làm từ một PSU PC cũ, vì vậy chúng tôi có thể thêm hoặc bớt các tính năng bảo vệ theo yêu cầu của ứng dụng cuối cùng của chúng tôi. Bạn cũng có thể kiểm tra các mạch bảo vệ sau mà chúng tôi xây dựng trước đó.

• Mạch bảo vệ quá áp
• Mạch bảo vệ phân cực ngược
• Mạch bảo vệ ngắn mạch
• Bảo vệ dòng điện xâm nhập

Tôi sẽ sử dụng mạch này để cung cấp năng lượng cho các dự án IoT của mình. Vì vậy, tôi quyết định đi với một tính năng bảo vệ tối thiểu là một điện trở nóng chảy ở đầu vào và mạch bảo vệ quá áp ở phần đầu ra.

Vì vậy, tóm lại, điện áp nguồn AC cho nguồn điện của chúng ta sẽ là 220V AC, điện áp đầu ra sẽ là 5V DC với dòng điện đầu ra tối đa là 1A. Chúng tôi sẽ cố gắng làm cho điện áp gợn sóng đầu ra thấp nhất có thể và chúng tôi có một điện trở hợp nhất đầu vào với một mạch bảo vệ quá áp đầu ra.

Các thành phần cần thiết cho mạch 5V 1A SMPS

SI. Không	Các bộ phận	Kiểu	Định lượng	Phần trong sơ đồ
1	4,7R	Điện trở	1	R1
2	39R	Điện trở	1	R10
3	56R, 1W	Điện trở	1	R9
4	100R	Điện trở	2	R7, R6
5	220R	Điện trở	1	R5
6	100 nghìn	Điện trở	1	R2
7	560K, 1W	Điện trở	2	R3, R4
số 8	1N4007	Diode	4	D2, D3, D4, D5
9	UF4007	Diode	1	D6
10	1N5819	Diode	1	D1
11	1N4148	Diode	1	D7
12	103,50V	Tụ điện		C4
13	102, 1KV	Tụ điện	2	C3
14	10uF, 400V	Tụ điện	1	C1
15	100uF, 16V	Tụ điện	1	C 6
16	470uF	Tụ điện	2	C7, C8
17	222pF, 50V	Tụ điện	1	C5
18	3,3uH, 2,66A	Cuộn cảm	1	L2
19	2SC945	Bóng bán dẫn	1	T1
20	C5353	Bóng bán dẫn	1	Q1
21	PC817	Optocoupler	1	OK1
22	TL431CLP	Tham chiếu điện áp	1	VR1
23	10 nghìn	Xén nồi	1	R11
24	Thiết bị đầu cuối vít	5mm	2	S1, S2
25	1N5908	Diode	1	D9
26	Máy biến áp	Từ PC PSU	1	TR1

Sơ đồ mạch 5V 1A SMPS

Hình ảnh dưới đây cho thấy các sơ đồ của nguồn 5V 1A SMPS mà chúng tôi sẽ xây dựng trong hướng dẫn này.

Tôi đã xây dựng mạch trên một breadboard và nó trông như thế này khi hoàn thành.

Chúng ta hãy hiểu mạch bằng cách chia nhỏ nó thành nhiều khối chức năng và hãy hiểu từng khối.

Điện trở nóng chảy:

Đầu tiên, chúng ta có R1 phục vụ hai mục đích. Đầu tiên, nó hoạt động như một điện trở nóng chảy. Thứ hai, nó hoạt động như một điện trở hạn chế dòng điện.

Bộ chỉnh lưu cầu & bộ lọc:

Tiếp theo, chúng ta có 1N4007 điốt, D2, D3, D4, D5, bốn trong số đó tạo thành bộ chỉnh lưu cầu, cùng với một tụ lọc 10uF để chuyển đổi AC thành DC.

Xin lưu ý rằng tôi đã tháo bộ lọc PI vì tôi sẽ không sử dụng bộ nguồn này ngoài việc sạc pin, nếu bạn định sử dụng theo cách khác, thì phải có bộ lọc EMI, bạn luôn có thể kéo nó ra khỏi cùng Nguồn cấp. Nếu bạn không chắc bộ lọc PI là gì hoặc nó hoạt động như thế nào, bạn có thể xem bài viết được liên kết. Bạn cũng có thể kiểm tra các thiết kế khác để giảm EMI trong mạch SMPS mà chúng ta đã thảo luận trước đó.

Điện trở khởi động:

R3 và R4 tạo thành các điện trở khởi động, khi cấp nguồn, các điện trở khởi động có nhiệm vụ cấp nguồn cho chân đế của bóng bán dẫn chuyển mạch sơ cấp, tôi sẽ trình bày kỹ hơn về điện trở ở phần sau của bài viết .

Kẹp giới hạn điện áp Collector:

Để giới hạn điện áp bộ góp của bóng bán dẫn chuyển mạch sơ cấp Q1 C3, R2 và D6 tạo thành một mạch kẹp, và đây là một ví dụ rất tốt về việc sử dụng mạng snubber để giảm điện áp đỉnh khi tắt và để làm giảm tiếng kêu. Trong hầu hết các trường hợp, một kỹ thuật thiết kế rất đơn giản có thể được sử dụng để xác định các giá trị phù hợp cho các thành phần snubber (Rs và Cs). Trong những trường hợp cần thiết kế tối ưu hơn, một quy trình phức tạp hơn sẽ được sử dụng.

Transistor chuyển mạch chính & phụ:

Transistor Q1, C5353 là transistor chuyển mạch chính và T1 là transistor chuyển mạch phụ trong mạch. C4 và R5 tạo thành bộ dao động chính tạo ra tín hiệu chuyển mạch chính.

Phản hồi và mạch điều khiển:

Bộ ghép quang PC817 OK1 cùng với tham chiếu điện áp VR1 và diode 4148 tạo thành Mạch phản hồi & Điều khiển mà điện trở khác có trong phần này chỉ hoạt động như một bộ phân áp, điện trở giới hạn dòng điện và tụ lọc. Ngoài ra, tôi đã thêm chiết áp R11 để cắt điện áp theo yêu cầu.

Máy biến áp, Bộ chỉnh lưu đầu ra và Bộ lọc:

Máy biến áp T1 được làm từ vật liệu sắt từ, không chỉ biến đổi điện áp cao AC thành điện áp thấp AC mà còn cung cấp khả năng cách ly điện. Có 4 cuộn dây trong máy biến áp T1 Chân 1, 2 và 3 là cuộn thứ cấp, chân 4, 5 là cuộn phụ, chân 6 và 7 là cuộn sơ cấp.

Diode D1 và D9 là diode chỉnh lưu cho mạch. Tụ C8 chịu trách nhiệm lọc 12V, và tụ C6 & C7 cùng với L2 tạo thành bộ lọc PI cho phần đầu ra.

Mạch bảo vệ quá áp:

Một mạch bảo vệ quá áp bổ sung có thể được thêm vào để bảo vệ thiết bị ứng dụng của bạn không bị hư hỏng, đó là một mạch rất đơn giản bao gồm cầu chì và diode Zener như bạn có thể thấy ở trên. Nếu tình trạng quá áp xảy ra, diode Zener sẽ nổ tung, do đó thổi bay Fast Blow Fuse với nó.

Mạch 5V-1A SMPS hoạt động

Bây giờ, điều đó đã được giải quyết, hãy hiểu cách hoạt động của mạch, Khi nguồn được cấp vào mạch, nguồn điện xoay chiều được chỉnh lưu và lọc bởi các điốt chỉnh lưu và tụ điện. Sau đó, hai điện trở khởi động R3, R4 giới hạn dòng điện vào chân của transistor, đó là lý do tại sao transistor sơ cấp hơi hoạt động, lúc này một ít dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp của biến áp là chân 6 và 7 của transistor..

Một lượng nhỏ dòng điện này cung cấp năng lượng cho cuộn dây phụ, cuộn dây phụ này bắt đầu sạc tụ điện 103pF C4 thông qua điện trở 220 Ohms R5. Một lần nữa điện áp ở phía phụ được kết nối với bộ thu của optocoupler bằng một diode chỉnh lưu 1N4148, điện áp này thoát ra khỏi bộ phát của optocoupler và được chia bằng một bộ chia điện áp. Bây giờ tụ điện 222PF của C5 bắt đầu sạc Khi tụ điện này được sạc đến một mức nhất định, bóng bán dẫn phụ T1 sẽ bật và bóng bán dẫn sơ cấp bị tắt, và tụ điện C5 được phóng điện

Và chu kỳ bắt đầu lặp lại một lần nữa, do đó một tín hiệu chuyển mạch được tạo ra. Khi quá trình chuyển mạch bắt đầu, điện áp được tạo ra ở thứ cấp của máy biến áp từ thứ cấp, một mạch phản hồi được tạo ra với sự trợ giúp của VR1 tham chiếu điện áp Tl431, bằng cách điều chỉnh điện áp tham chiếu, chúng ta có thể đặt thời gian bật và tắt của bóng bán dẫn phụ, do đó chúng ta có thể kiểm soát điện áp đầu ra.

Xây dựng mạch SMPS

Đối với trình diễn này, mạch được xây dựng trong một bảng chấm với sự trợ giúp của giản đồ; xin lưu ý rằng tôi đang thử nghiệm mạch trên băng ghế của mình để trình diễn nên tôi đã không đưa vào nhiều tính năng bảo vệ như bảo vệ quá áp và bảo vệ ngắn mạch. Nếu bạn đang sử dụng cái này để cấp nguồn cho thứ khác, bạn nên bật các mạch bảo vệ và bộ lọc đó.

Thiết lập thử nghiệm trên được sử dụng để kiểm tra mạch, điện áp đầu ra của nguồn điện được điều chỉnh thành 5.1V bằng chiết áp và đó là nguồn điện 1A để nó có thể kéo dòng điện 1A ở điều kiện cao nhất.

Như bạn có thể thấy trong hình trên, để thử nghiệm với tải, tôi đã sử dụng một số điện trở làm tải tiêu thụ khoảng 1.157A từ mạch SMPS của chúng tôi ở 5V. Bạn có thể tìm thấy video thử nghiệm hoàn chỉnh ở cuối bài viết này.

Cải tiến thiết kế mạch 5V-1A SMPS

Có khá nhiều thứ có thể được cải thiện trong mạch này như một bộ lọc EMI có thể được thêm vào ở đầu vào để cải thiện phản ứng EMI của mạch này. Sau đó, một đầu ra bảo vệ quá dòng và ngắn mạch có thể được thêm vào để cải thiện hiệu suất tổng thể của mạch. Ngoài ra, một bảo vệ chống quá áp đầu vào và quá áp có thể được thêm vào để bảo vệ nó khỏi sự đột biến đầu vào. Và cuối cùng, nếu mạch được cấu tạo trong một bảng mạch PCB, thì phản ứng EMI có thể được cải thiện đáng kể.

Hy vọng bạn đã hiểu hướng dẫn và học cách xây dựng mạch SMPS của mình. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào, hãy để lại trong phần bình luận bên dưới hoặc sử dụng diễn đàn của chúng tôi để có thêm câu hỏi.