设计和构建一个紧凑的3.3V/1.5A SMPS电路，用于空间限制应用

开关模式电源(SMPS)是一种有趣的组件，它采用紧凑的设计，在一到两英寸的空间内，可以很容易地焊接在PCB上。这是电子行业的热门产品，有很多公司生产这种产品。如果我们能建立一个标准的SMPS电路，可以安装在有限的空间里，可以成为基于物联网的应用程序以及不同的微控制器项目的一部分，那该有多好啊。

在这个项目中，我们将构建一个3.3V， 1.5A额定功率的紧凑型电源，以满足这一目的。为了在PCB上构建这个SMPS电路，我们从PCBWay制造了我们的PCB板，我们在本教程中组装和测试了相同的电路板。请记住，这不是一个商业使用的，这是没有适当的保护输入。此外，由于我们需要为日常爱好项目制作它，因此SMPS的大小也至关重要。它不包括任何浪涌和保险丝保护，这是工业SMPS中必须具备的东西。如果您想添加这个，请单独使用保护。以前，我们还使用PCB构建了一个12V 15W SMPS电路，因此对如何为PSU项目(电源单元)设计PCB感兴趣的人也可以检查它。

3.3V 1.5A SMPS电路-设计规范

SMPS将具有以下规格。

1.185 vac - 230伏交流电输入

2.3.3V至1.5A输出。

3.开放式框架结构

4.短路保护

5.体积小，成本低

本SMPS采用电源集成IC TNY284DG设计。选择它是因为小尺寸的贴片封装，以及当使用230VAC作为输入时，它支持高达11瓦。由于我们使用的是3.3V和1.5A额定功率的SMPS，因此我们的瓦数为4.95瓦，正好位于11瓦的峰值或开架瓦数范围内。

所示为TNY284DG的功率指标。

正如我们所看到的，TNY284DG非常适合我们的选择，并且由于我们的SMPS的结构是开放框架，因此它将匹配输出瓦数。如果您想了解更多有关此IC的信息，请查看TNY284DG IC的数据表。

构建3.3V/1.5A IoT SMPS电路所需的组件

组件列表非常简单，你可以在当地的爱好商店找到其中的大部分。一个不寻常的部分，你不能在你当地的商店找到是飞回变压器，你需要建立自己的。

•二极管桥ABS8 - SMD

•22uF / 400V

•Smbj160a - SMD

•Uf1jb - SMD

•2Meg - 2个- 0805包装

•0.068 nf 250伏

•TNY284DG

•0.1uF / 50V - 2pcs - 0805封装

•PC817

•1k - 0805包

•16R - 1pcs - 0805包装

•680 pF - 50V - 0805封装

•TL431

•Ss34a - SMD

•680pF 50V - 0805封装

•3300年佛罗里达大学16 v

•3.3uH -鼓芯

•2.2 nf 250伏

•2k - 0805

•6.1k - 0805

•10R NTC(浪涌电流限制器)- 10D-9

紧凑的3.3V/1.5A SMPS电路-原理图

该SMPS的结构遵循基本反激结构。本设计使用Power Integration芯片组作为SMPS驱动IC。电路原理图如下图所示。

3.3V/1.5A SMPS电路的构建与工作

在直接进入构建原型部分之前，让我们探索电路操作。

电路由以下几个部分组成。

•交直流转换

•驱动电路或开关电路

•欠压闭锁保护。

•钳位电路

•磁学和电流隔离

•EMI滤波

•二次整流器和缓冲电路

•过滤部分

•反馈部分

交直流转换:

B1是二极管桥式整流器。这是一个ABS8整流器，一个1A 800V二极管桥，将交流电(AC)输入转换为高压直流。我们都知道，从交流到直流整流后，我们需要一个大电容来整流直流纹波，它将为驱动电路提供平滑的直流输出，22uF 400V电容C1充当相同的滤波电容，它将为驱动电路和变压器提供滤波后的直流输出。

驱动电路或开关电路：

它是该SMPS的主要组成部分。变压器的一次侧由开关电路TNY284DG适当控制。开关频率为128-132千赫，而默认为132千赫。由于这种高开关频率，可以使用较小的变压器。

上面的引脚图显示了TNY284DG的引脚。漏极引脚是开关变压器的引脚。漏极引脚开关波形如下图所示。

开关驱动器IC1是TNY284DG，需要一个旁路电容，用于内部产生5.85V，使用C2一个0.1uF 16V电容。TNY284DG需要完美地运行，这个电容器对于运行是必不可少的。

欠压闭锁保护：

欠压锁定是在低电压检测期间关闭SMPS的功能。在这种情况下，这个输入电压是使用感测电阻R1和R2完成的。如果输入电压低于所需的工作电压，SMPS将进入自动重启模式，直到电压稳定。

钳位电路:

电感器产生高EMF电压，这对驱动IC是危险的，可能会损坏器件。在这里，变压器充当了一个巨大的电感器。因此，在每个开关周期中，由于变压器的漏感，变压器会产生高电压尖峰。齐纳二极管VR1是一个SMBJ160A二极管，箝位输出电压，D5是UF1JB是一个超快二极管，阻止这个高压尖峰并将它们阻尼到一个安全值。在此过程中，TNY284DG的DRAIN引脚不会被高感应电压损坏。

磁学和电流隔离：

变压器是由铁磁材料制成的。它不仅将高压交流电转换为低压交流电，而且还提供电流隔离，出于安全原因，电流隔离很重要，因此，低压电路与高压交流或直流输入隔离。

该变压器由EE13变压器铁芯制成。详细的变压器规格显示在下面的pdf文件中。由于变压器尺寸小，所以使用EE13。

变压器规格

EMI滤波器:

电磁干扰滤波由C3电容完成。C3电容器为高压0.068nF 250VAC电容器，可提高电路抗扰度，降低高电磁干扰。

二次整流和缓冲电路：

由于开关，变压器的输出也是交流的，需要使用肖特基二极管进行整流。在这种情况下，我们使用SMA封装中提供的SS34A肖特基二极管。这是一个40V 3A肖特基二极管。由于输出电流为1.5A，因此最好选择至少两倍的电流额定值，因此3A非常适合此应用。肖特基二极管D6提供变压器的直流输出，该输出由大型1500uF 10V电容器C6进一步整流。

变压器的输出提供了一个振铃纹波，该纹波被缓冲电路抑制，缓冲电路是由与输出整流器并联的串联的低值电阻和电容器产生的。这与变压器的输入被箝位的原因相同。振铃纹波可能变得太高，可能导致输出二极管失效。这个缓冲电路由一个低值电阻16R和一个低值电容680 pF组成，这两个元件R3和C5在直流输出部分创建缓冲电路。

过滤部分:

过滤器部分使用LC filter配置创建。它将提高抑制纹波的稳定性，这对关键应用至关重要。C为滤波电容C7。为了更好地抑制纹波，最好使用低ESR电容，其值为100uF 16V，电感L1为3.3uH鼓芯电感。

反馈部分:

反馈部分由三部分组成：分压器、TL431和光耦合器。当驱动IC第一次打开时，它开始在输出中反映的第一个开关周期。分流稳压器TL431使用分压器感知这一点。TL431的参考检测电压为2.495V。如果它检测到电压，它打开光耦合器，光耦合器将该数据提供给TNY284DG。这发生在所有的切换周期，如果发生了什么，这个反馈循环被打破，驱动IC进入自动重启模式。这里，TL431是U3，光耦合器是U2， PC817。对于3.3V输出电压，分压器使用两个电阻R6和R7.U2创建。该光耦合器进一步电隔离了次级反馈传感部分与初级侧控制器。分压器为R6使用2k电阻，R7使用6.1k电阻。当输出电压为3.3V时，该分压器将在TL431上提供2.495V。

3.3V/1.5A紧凑型IoT SMPS的PCB设计

SMPS是用一只鹰设计的，它太小了，只有4.5厘米× 25厘米。

正面:

顶部的一面显示在上面给出的图像。它是一个双层PCB板，规划厚度为70um的铜。高厚度是必需的，因为小尺寸和限制的地方，以创造铜基散热器。输出二极管和驱动IC需要特别考虑散热相关的目的。

此外，在二次侧通过拼接完成更好的地面连接。

底部的一面:

SMD组件也放置在板的背面，以保持模块尺寸在一个小尺寸。

从PCBWay订购PCB

完成设计后，您可以继续订购PCB：

第一步：登录，如果是第一次，就注册。然后，在PCB Prototype选项卡中，输入PCB的尺寸、层数和所需PCB的数量。

第二步：点击“现在报价”按钮。您将被带到一个页面，您需要设置一些额外的参数，如板类型，层，PCB材料，厚度等。它们中的大多数是默认选中的，但是如果您选择了特定的参数，您可以在这里选择它们。

第三步：最后一步是上传Gerber文件并继续付款。为了确保付款过程顺利进行，PCBWAY会在付款前验证您的Gerber文件是否有效。这样，您可以确保您的PCB是制造友好的，您将收到它的承诺。

组装我们的3.3V 1.5A SMPS板

几天后，我们收到了整齐包装的PCB， PCB质量一如既往地好。板的顶层和底层如下图所示：

在确定轨道和足迹是正确的之后，我开始组装PCB。这里的图像显示了如何完全焊接板看起来像。

正如你所看到的，所有的组件都是焊接正确的。你可能会发现很难得到正确的变压器和电感的货架上，所以它是更好的做法，一个定制的制造商。变压器的规格在上面已经讨论过了。

如果您还没有准备好与定制制造商联系，您也可以自己构建变压器。在我们之前的一篇文章中，我们向您展示了如何为SMPS设计自己的斩波变压器，如果您感兴趣并使用共享的规格表构建变压器，您可以查看。

输入电压和输出电压测试

SMPS板现在已经准备好进行测试，我使用自变压器来改变输入交流电压，并使用万用表来测量SMPS电路的输入和输出电压。

如您所见，输出电压为3.29V，接近我们期望的3.3V。我还改变了输入交流电压从90V到240V，发现输出电压恒定在3.3V。

3.3V 1.5A SMPS -负载测试

我们使用我们的可调直流负载机加载我们的SMPS板，看看输出电压如何保持不同的电流绘制。这个基于arduino的可调直流负载机也是由我们之前建造的，如果你感兴趣的话，你可以看看。测试设置如下所示。

钳形表用于测量SMPS的输出电流，万用表用于测量SMPS的输出电压。正如你所看到的，即使在不同的电流值下，输出电压也几乎保持在3.3V。

我能够测试到1.3A，输出电压没有低于3.28V，这很好。你可以在下面链接的视频中查看完整的测试过程。

用我们的SMPS板为NodeMCU和其他微控制器供电

我无法检查该板上的纹波或噪声，但我确实尝试为各种微控制器模块供电，如ESP8266，如下所示。

该模块工作没有任何问题，我相信当您为物联网设备制作自己的定制电源时，这种设计将非常有用。希望本教程是有趣的，你学到了一些有用的东西。完整的工作也可以在下面的视频链接中找到。

如果你有任何问题，可以在下面的评论区发表，或者使用我们的技术论坛开始讨论。

本文编译自circuitdigest