Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Mạch này là một bản nâng cấp công nghiệp cho giải pháp cung cấp dựa trên tụ điện, nó được kết nối với Nguồn điện 220V-AC, không được cách ly về mặt điện. nếu bạn không quen thuộc với các quy tắc an toàn điện, vui lòng tránh nội dung này hoặc nhờ một số chuyên gia hướng dẫn bạn. Tác giả (hoặc bất kỳ ai khác hoặc bất kỳ công ty nào) KHÔNG chịu trách nhiệm về bất kỳ tác hại hoặc thiệt hại nào. Làm điều đó có nguy cơ của riêng bạn. Đây không phải là dành cho người mới bắt đầu!

Bởi Hesam Moshiri, Anson Bao

Bất cứ khi nào bạn nghe thuật ngữ cung cấp không biến áp, ban đầu bạn sẽ hình dung ra giải pháp dựa trên tụ điện, nghĩa là tụ điện cao áp mắc nối tiếp với đường dây chính, sau đó là bộ chỉnh lưu cầu, đi-ốt Zener, tụ lọc, v.v. Một mạch như vậy không chỉ không thể cung cấp đủ dòng điện cho nhiều ứng dụng mà còn không phải là một giải pháp đáng tin cậy cho ngành công nghiệp, mặc dù bạn có thể thấy các mạch như vậy trong một số sản phẩm giá rẻ được thiết kế để có chi phí thấp.

Cách đây một tháng, tôi đang sửa mainboard máy giặt. Trong quá trình kiểm tra, tôi nhận ra rằng nó được trang bị chip LNK304 được sử dụng trong nguồn cung cấp không biến áp. Vì vậy, tôi quyết định thiết kế một mạch dựa trên con chip này để sử dụng trong các ứng dụng của bạn. Mạch bao gồm bảo vệ đầu vào nguồn điện 220VAC, lọc đầu ra và bộ điều chỉnh.

Để thiết kế sơ đồ và PCB, tôi đã sử dụng Altium Designer 22 và các thư viện thành phần SamacSys (plugin Altium). Để có được các bo mạch PCB được chế tạo chất lượng cao, tôi đã gửi Gerbers tới PCBWay và mua các bộ phận gốc bằng cách sử dụng componentsearchengine.com. Để kiểm tra khả năng xử lý dòng điện và độ ổn định của điện áp đầu ra, tôi đã sử dụng Tải một chiều Siglent SDL1020X-E và kiểm tra nhiễu đầu ra của nguồn điện bằng máy hiện sóng Siglent SDS2102X Plus.

thông số kỹ thuật

Điện áp đầu vào: 220VAC+/-15%

Điện áp đầu ra: 5VDC

Dòng điện đầu ra (Liên tục): 120mA đến 150mA (có thể tăng lên, xem văn bản)

Dòng điện đầu ra (Thời gian ngắn): 180mA

Độ ồn đầu ra (tối đa): 30mVp-p (tải 150mA, 20MHz BW)

Bảo vệ đầu vào: Cầu chì, NTC, Varistor

Bảo vệ đầu ra: ngắn mạch và giới hạn dòng điện ở khoảng 190mA

• Tải xuống Gerbers hoặc đặt mua 10 Bảng chất lượng cao chỉ với 5 USD

• Để đặt hàng một bo mạch PCB đã được lắp ráp hoàn chỉnh (Cộng với phí vận chuyển MIỄN PHÍ). Vui lòng liên hệ: anson@pcbway.com

Mạch phân tích

Hình 1 cho thấy sơ đồ nguyên lý của thiết bị. Như đã rõ, mạch chứa ba phần chính: mạch đầu vào Nguồn điện lưới 220V, LNK304, bộ lọc đầu ra và bộ điều chỉnh 5V.

Hình 1

Sơ đồ cung cấp điện không biến áp sử dụng LNK304

Nguồn Điện Đầu Vào 220VAC

Bảo vệ đầu vào Mains bao gồm F1, R4 và R5. R5 là Biến trở 10D561. Theo bảng dữ liệu: “Các biến trở phụ thuộc vào điện áp, một thiết bị phi tuyến tính có hành vi điện tương tự như các điốt Zener nối tiếp. Biến trở oxit kẽm sê-ri TYEE là điện trở phi tuyến, bao gồm chính oxit kẽm và một số loại phụ gia oxit kim loại. Chúng là đường cong đặc tính VI đối xứng và song phương và khả năng dòng điện cực đại lớn chưa từng có được sử dụng để hấp thụ điện áp nhất thời, khử nhiễu xung và ổn định điện áp mạch.”

Chúng tôi không chắc mạch này sẽ được sử dụng ở đâu. Vì vậy, chúng ta phải bảo vệ nó khỏi sự đột biến chuyển mạch từ các loại rơle và van điện từ khác nhau bằng cách sử dụng một biến trở như loại đã đề cập ở trên.

F1 là một cầu chì 500mA thông thường giúp bảo vệ mạch một cách tự nhiên trước mọi sự cố kỳ lạ có thể gây rò rỉ dòng điện lớn, cháy nổ hoặc thậm chí là hỏa hoạn. R4 là 10D7 NTC bảo vệ mạch khỏi dòng điện xâm nhập. BR1 là bộ chỉnh lưu cầu DB107G [1] và C4, C5 và L1 xây dựng bộ lọc Pi thông thấp để giảm nhiễu và gợn sóng nhiều nhất có thể.

LNK304

Thành phần chính của mạch này thực sự là IC1, LNK304 [2]. Theo bảng dữ liệu: “LinkSwitch-TN được thiết kế đặc biệt để thay thế tất cả các bộ nguồn không cách ly tuyến tính và được cấp nguồn bằng tụ điện (ống nhỏ giọt) trong phạm vi dòng điện đầu ra dưới 360 mA với chi phí hệ thống bằng nhau trong khi mang lại hiệu suất và hiệu suất năng lượng cao hơn nhiều. Các thiết bị LinkSwitch-TN tích hợp một MOSFET điện 700 V, bộ tạo dao động, sơ đồ điều khiển Bật/Tắt đơn giản, nguồn dòng chuyển đổi điện áp cao, dao động tần số, giới hạn dòng theo chu kỳ và mạch ngắt nhiệt trên một IC nguyên khối. Nguồn điện khởi động và vận hành được lấy trực tiếp từ điện áp trên chân DRAIN, loại bỏ nhu cầu cung cấp sai lệch và mạch liên quan trong bộ chuyển đổi buck hoặc flyback. Mạch tự động khởi động lại được tích hợp đầy đủ trong LNK304-306 giới hạn công suất đầu ra một cách an toàn trong các điều kiện lỗi như ngắn mạch hoặc hở mạch, giảm số lượng linh kiện và chi phí bảo vệ tải cấp hệ thống. Nguồn cung cấp cục bộ do IC cung cấp cho phép sử dụng bộ ghép quang được phân loại không an toàn hoạt động như một bộ dịch mức để nâng cao hơn nữa hiệu suất điều chỉnh tải và đường dây trong bộ chuyển đổi buck và buck-boost nếu cần.”

R1 và R2 xác định điện áp đầu ra của chip. C1, C2, C3, L2, D1 và D2 ​​được chọn theo biểu dữ liệu. R3 tạo tải nhẹ sơ bộ để ổn định điện áp ra.

Bộ lọc và bộ điều chỉnh đầu ra

R6 và C6 tạo bộ lọc RC thông thấp để giảm nhiễu và gợn đầu ra. REG1 là bộ điều chỉnh 78M05 [3] để tạo đầu ra +5V ổn định. Mức +5V là tiêu chuẩn cho nhiều ứng dụng (chẳng hạn như cấp nguồn cho bo mạch Arduino và phụ kiện), vì vậy tôi quyết định sử dụng bộ điều chỉnh +5V. Nếu tải của bạn yêu cầu đường ray điện áp +3,3V, chỉ cần sử dụng bộ điều chỉnh khác (tốt nhất là loại LDO) ngay gần tải. Mức điện áp trước R6 là khoảng 9,5V, do đó, với mức tiêu thụ dòng điện 150mA, bộ lọc này đưa ra mức giảm điện áp 1,5V, tuy nhiên, 8V vẫn là điện áp đầu vào chấp nhận được để REG1 xử lý ổn định +5V ở đầu ra.

C7 là tụ ổn định đầu ra cho bộ điều chỉnh và đèn LED D3 cho biết có điện áp phù hợp ở đầu ra. R7 giới hạn dòng điện ở D3 và C8 giúp loại bỏ tiếng ồn tần số cao hơn nữa.

bố trí PCB

Hình 2 cho thấy cách bố trí PCB của thiết kế. Đó là một bo mạch PCB hai lớp và phần lớn các thành phần đều có lỗ xuyên.

Hình 2

Bố trí PCB của bộ nguồn không biến áp sử dụng LNK304 (Altium)

Khi tôi quyết định thiết kế sơ đồ và PCB cho dự án này, tôi nhận ra rằng tôi không có các thư viện thành phần BR1[4], IC1[5] và REG1[6] trong kho lưu trữ thư viện thành phần của mình. Vì vậy, như thường lệ, tôi đã chọn các thư viện thành phần SamacSys được xếp hạng IPC và cài đặt các thư viện còn thiếu (ký hiệu sơ đồ, dấu chân PCB, mô hình 3D) bằng cách sử dụng các công cụ và dịch vụ miễn phí của SamacSys. Có hai cách để nhập các thư viện: Bạn có thể truy cập componentsearchengine.com và tải xuống cũng như nhập các thư viện theo cách thủ công hoặc bạn có thể sử dụng các plugin SamacSys CAD và tự động nhập/cài đặt các thư viện vào môi trường thiết kế. Hình 3 cho thấy tất cả các phần mềm CAD thiết kế điện tử được hỗ trợ [7]. Rõ ràng, tất cả những người chơi nổi tiếng đều được hỗ trợ. Tôi sử dụng Altium Designer, vì vậy tôi đã cài đặt các thư viện còn thiếu bằng plugin SamacSys Altium (Hình 4) [8].