[µProjekt] Mały zasilacz sieciowy 5V 0.3A

Projekty użytkowników forum zarówno sprzętowe, jak i związane z programowaniem w dowolnym języku.
Awatar użytkownika
ZbeeGin
User
User
Posty: 184
Rejestracja: sobota 08 lip 2017, 17:16
Lokalizacja: GOP
Kontaktowanie:

[µProjekt] Mały zasilacz sieciowy 5V 0.3A

Postautor: ZbeeGin » niedziela 07 sty 2018, 11:06

Jako pierwszy z serii (Jeśli będziecie chcieli taką serię kontynuować!) µProjektów proponuję mały zasilacz impulsowy oparty na kontrolerze LNK363.
W zasadzie jest to nieco ulepszona wersja podstawowego schematu jaki prezentuje producent układu. Dodałem tylko gasik RCD na pierwotnym uzwojeniu transformatora oraz nieco ulepszony filtr na wyjściu.
ug_zasilacz_sch.png

Odpowiedni, gotowy transformator o symbolu TI-EF12-2355 można kupić w TME lub w Ferysterze.

Pamiętajcie! W tym urządzeniu występuje napięcie sieciowe 230V AC oraz prawie 400V DC. Wymagana jest bardzo wysoka ostrożność przy uruchamianiu.

Projekt w programie KiCad 4.0. Jest to wersja przenośna z wszystkimi potrzebnymi bibliotekami.
Nie masz wymaganych uprawnień, aby zobaczyć pliki załączone do tego posta.
Ostatnio zmieniony niedziela 21 sty 2018, 18:49 przez ZbeeGin, łącznie zmieniany 3 razy.

Awatar użytkownika
Autystatyczny
Geek
Geek
Posty: 1060
Rejestracja: czwartek 03 wrz 2015, 22:02

Re: [uProjekt] Mały zasilacz 5V 0.3A

Postautor: Autystatyczny » niedziela 07 sty 2018, 17:43

Bardzo dobry pomysł z tymi µProjektami. Ostatnio już nawet nieśmiało myślałem o podobnej przetwornicy. Nie omieszkam skorzystać z Twojego schematu :)

Mam jedno pytanie odnośnie samego schematu: Do czego KiCAD używa etykiet "pwrflag"?
"The true sign of intelligence is not knowledge but imagination" Albert Einstein.

Awatar użytkownika
ZbeeGin
User
User
Posty: 184
Rejestracja: sobota 08 lip 2017, 17:16
Lokalizacja: GOP
Kontaktowanie:

Re: [uProjekt] Mały zasilacz 5V 0.3A

Postautor: ZbeeGin » niedziela 07 sty 2018, 19:31

Tu akurat nie są potrzebne, bo porty zasilania: +5V, GND, HOTGND są właściwie "sobie a muzom". Jednakże gdy wytniemy ten schemat i wkleimy go do innego schematu mogą się nam pojawić błędy właśnie na pinach zasilających typu "ErrType(3) – Pin połączony do innych pinów, ale nie ma pinu sterującego". Symbole "PWR_FLAG" mają ukryte piny ustawione jako "Wyjście zasilania" i stanowią zastępcze źródło - ten brakujący "pin sterujący" - podłączone do danego portu zasilania. Wobec czego kontrola ERC nie będzie zgłaszać tego typu błędu dla pierwszego napotkanego pinu zasilającego z atrybutem "Wejście zasilania" podłączonego do tego portu.

W przypadku gdybyś dodał na schemat poprawnie zaprojektowany symbol baterii lub akumulatora to oczywistym jest, że piny tego symbolu wypada ustawić jako "Wyjście zasilania" i w związku z tym to one będą naturalnym źródłem na danym porcie zasilania. Kwestia potem tego, by tego źródła potem nie utracić np. wstawiając w szereg jakiś element: diodę, rezystor, indukcyjność; pomiędzy taką baterię a port zasilania. Wtedy za takim elementem trzeba będzie dać symbol "PWR_FLAG" by ponowić źródło.

Sprawa nie dotyczy stabilizatorów liniowych, gdyż są one w bibliotekach tak konstruowane, że pin IN mają jako "Wejście zasilania", a pin OUT jako "Wyjście zasilania". Wobec czego naturalnie powtarzają źródło. Po przeciwnej stronie barykady stoją zaś stabilizatory impulsowe, gdzie źródłem zasilania będzie dopiero kondensator za dławikiem.

Jest to nieco zagmatwane, ale takie obejścia wymusza mniej inteligentna kontrola ERC (Przy ustawieniach domyślnych!), która działa na zasadzie: Każde "Wejście zasilania" musi mieć źródło w postaci "Wyjścia zasilania".

Awatar użytkownika
rezasurmar
Geek
Geek
Posty: 1142
Rejestracja: czwartek 03 wrz 2015, 23:46
Lokalizacja: Tychy
Kontaktowanie:

Re: [uProjekt] Mały zasilacz 5V 0.3A

Postautor: rezasurmar » poniedziałek 08 sty 2018, 08:43

Pytanko do zasilacza, jaką ma sprawność? ile bierze prądu bez obciążenia na wyjściu.

Awatar użytkownika
ZbeeGin
User
User
Posty: 184
Rejestracja: sobota 08 lip 2017, 17:16
Lokalizacja: GOP
Kontaktowanie:

Re: [uProjekt] Mały zasilacz 5V 0.3A

Postautor: ZbeeGin » poniedziałek 08 sty 2018, 09:56

Obecnie nie mam możliwości sprawdzić. Nieco inaczej zmontowany prototyp - ale na tym samym kontrolerze i trafie - poszedł do klienta.
W zasadzie nie było narzuconych takich założeń by miał dużą sprawność czy niski quiescent. Miał być mały, tani w realizacji i dawać około ~300mA by zasilić ESP32 lub WROOM i zastąpić obecny beztransformatorowy.
Jeśli wierzyć założeniom i obliczeniom z Power Integrations dla takiego projektu to mamy ~62% sprawności i około 0.15W @ 230AC na luzie.

Awatar użytkownika
rezasurmar
Geek
Geek
Posty: 1142
Rejestracja: czwartek 03 wrz 2015, 23:46
Lokalizacja: Tychy
Kontaktowanie:

Re: [uProjekt] Mały zasilacz 5V 0.3A

Postautor: rezasurmar » poniedziałek 08 sty 2018, 10:35

Dzięki za informację, bo aktualnie wykorzystuje gotowe moduły, spokojnie mieszczące się w puszkach podtynkowych, a ciekaw jestem czy da się dorwać coś o sprawności powyżej 80% w tych gabarytach.

Awatar użytkownika
ZbeeGin
User
User
Posty: 184
Rejestracja: sobota 08 lip 2017, 17:16
Lokalizacja: GOP
Kontaktowanie:

Re: [uProjekt] Mały zasilacz 5V 0.3A

Postautor: ZbeeGin » poniedziałek 08 sty 2018, 11:18

Myrra 47202 7.5W 12V/0.6A Deklarowane >82% sprawności. http://en.calameo.com/read/0040194875f2e1d426359

Awatar użytkownika
squeez
User
User
Posty: 183
Rejestracja: czwartek 04 lut 2016, 10:13

Re: [uProjekt] Mały zasilacz 5V 0.3A

Postautor: squeez » poniedziałek 08 sty 2018, 11:30

a jak wygląda to cenowo (wszystkie komponenty) bo z drugiej strony jest mała przetwornica izolowana Hlink na wyściu 5V albo s,3V cena około 15 zł a jest malutka (gotowa) na wyjściu 0,6A albo 1A dla wersji 3,3V a sprawność na poziomie 70%

Aczkolwiek taki dział jak najbardziej mile widziany :)

Awatar użytkownika
ZbeeGin
User
User
Posty: 184
Rejestracja: sobota 08 lip 2017, 17:16
Lokalizacja: GOP
Kontaktowanie:

Re: [uProjekt] Mały zasilacz 5V 0.3A

Postautor: ZbeeGin » poniedziałek 08 sty 2018, 12:13

Wiadomo, że gotowe przetwornice "trzaskane" w tyś. sztuk będą znacznie tańsze niż zrobienie tego samodzielnie. Tu, samo trafo to koszt ok. 9zł netto.

Oczywistym jest, że dojdziemy do konkluzji: Po co robić jak można kupić? Gdyż jest duża szansa, że i tak znajdziemy kogoś, kto produkuje to czego potrzebujemy. W ten sposób można "zabić" każdy projekt... :(

Awatar użytkownika
gaweł
Expert
Expert
Posty: 527
Rejestracja: wtorek 24 sty 2017, 22:05
Lokalizacja: Białystok

Re: [uProjekt] Mały zasilacz 5V 0.3A

Postautor: gaweł » poniedziałek 08 sty 2018, 12:22

ZbeeGin pisze:Oczywistym jest, że dojdziemy do konkluzji: Po co robić jak można kupić? Gdyż jest duża szansa, że i tak znajdziemy kogoś, kto produkuje to czego potrzebujemy. W ten sposób można "zabić" każdy projekt... :(

Można dodać: ... i stać się tępym mułem, konsumentem papki telewizyjnej itp. Takie podejście zabija myślenie, kreatywność. Tylko martwe ryby płyną z prądem.

Prawdziwe słowa nie są przyjemne. Przyjemne słowa nie są prawdziwe.
Lao Tse

Awatar użytkownika
squeez
User
User
Posty: 183
Rejestracja: czwartek 04 lut 2016, 10:13

Re: [uProjekt] Mały zasilacz 5V 0.3A

Postautor: squeez » poniedziałek 08 sty 2018, 14:06

Panowie przecież napisałem że jestem jak najbardziej za takimi projektami, bo owszem teraz ne potrzebuję ale może jak za jakiś czas będę miał części i potrzebę to chętnie skorzystam.
Z tym porównaniem do gotowego Hi-Link chodziło mi tyko o to że ekonomicznie do prostych projektów jest to mało opłacalne. Taka przetwornica będzie droższa i większa niż jak np. takiego ESP będę chciał wsadzić w puszkę w ścianie.
Natomiast jeśli jest potrzeba niestandardowych napięć to jak najbardziej ma to już sens.

A ty gaweł mi tu wstawki o martwych rybach wstawiasz :)

Żeby nie było jestem jak najbardziej za takimi projektami, szczególnie dobrze udokumentowanymi.

Awatar użytkownika
rezasurmar
Geek
Geek
Posty: 1142
Rejestracja: czwartek 03 wrz 2015, 23:46
Lokalizacja: Tychy
Kontaktowanie:

Re: [uProjekt] Mały zasilacz 5V 0.3A

Postautor: rezasurmar » poniedziałek 08 sty 2018, 15:21

squeez pisze:Panowie przecież napisałem że jestem jak najbardziej za takimi projektami, bo owszem teraz ne potrzebuję ale może jak za jakiś czas będę miał części i potrzebę to chętnie skorzystam.
Z tym porównaniem do gotowego Hi-Link chodziło mi tyko o to że ekonomicznie do prostych projektów jest to mało opłacalne. Taka przetwornica będzie droższa i większa niż jak np. takiego ESP będę chciał wsadzić w puszkę w ścianie.
Natomiast jeśli jest potrzeba niestandardowych napięć to jak najbardziej ma to już sens.

A ty gaweł mi tu wstawki o martwych rybach wstawiasz :)

Żeby nie było jestem jak najbardziej za takimi projektami, szczególnie dobrze udokumentowanymi.


Popieram, nie zawsze jest czas i potrzeba rzeźbić od zera takie przetworniczki, ale umiejętność ich projektowania zawsze na propsie.

Awatar użytkownika
ZbeeGin
User
User
Posty: 184
Rejestracja: sobota 08 lip 2017, 17:16
Lokalizacja: GOP
Kontaktowanie:

Re: [uProjekt] Mały zasilacz 5V 0.3A

Postautor: ZbeeGin » poniedziałek 08 sty 2018, 15:49

rezasurmar pisze:Popieram, nie zawsze jest czas i potrzeba rzeźbić od zera takie przetworniczki, ale umiejętność ich projektowania zawsze na propsie.

Jeśli chodzi o projektowanie tego od zera - nie tylko samego PCB - to w przypadku Power Integrations mamy do dyspozycji oprogramowanie PI Expert. Za jego pomocą dobierzemy kontroler i topologię pod konkretną moc, i zakres napięć oraz dostaniemy całościowy projekt transformatora - uzwojenia, rdzeń, a nawet karkas. Potem możemy nieco dostroić proponowany schemat i można taką przetwornicę zbudować "realnie".

Awatar użytkownika
gaweł
Expert
Expert
Posty: 527
Rejestracja: wtorek 24 sty 2017, 22:05
Lokalizacja: Białystok

Re: [uProjekt] Mały zasilacz 5V 0.3A

Postautor: gaweł » wtorek 09 sty 2018, 19:13

ZbeeGin pisze:Jeśli chodzi o projektowanie tego od zera - nie tylko samego PCB - to w przypadku Power Integrations mamy do dyspozycji oprogramowanie PI Expert.

W czasach, gdy potykałem się z układami firmy Power Integrations (przełom wieku), nie było czegoś takiego, jednak ... coś dało się uzyskać.

Moje potyczki z układami TOP.

Moja przygoda z układami Power Integrations rozpoczęła się na przełomie wieku. W firmie, gdzie byłem zatrudniony zajmowaliśmy się projektowaniem urządzeń na potrzeby telekomunikacji, a to oznacza konieczność zasilania tych urządzeń ze źródła napięcia o wartości +48VDC. I tu zaczynają się schody. O ile przetwornice napięcia zasilane z sieci nie są czymś niezwykłym, o tyle +48V na wlocie jest jakimś wyzwaniem. Z drugiej strony, praktycznie każde urządzenie zawierające w sobie mikrokontroler, który via UART ma zrealizowany kontakt ze światem zewnętrznym, wymaga +5V (sam procek i cyfrowa logika) oraz +12/-12V do zasilania układów interfejsu RS232 (wtedy standardowo używałem układów MC1488/MC1489).
Mając na uwadze powyższe wejściowe wymagania, rozsądnym rozwiązaniem jest zastosowanie rozwiązania z transformatorem impulsowym, pozwoli ono na wyprodukowanie więcej niż jednego napięcia wyjściowego. Głównym układem przetwornicy został TOP224 (zarówno w obudowie DIP jak i TO220). Wymaga to zastosowania transformatora impulsowego szytego na miarę. Jego projekt opierał się o tę notę aplikacyjną.
TOP224 - Application Note.pdf
Projekt samego trafa robił kolega z pracy, więc nie zachowały mi się żadne szczegóły z nim związane (jednak sądzę, że redesign w oparciu o wspomniany dokument nie powinien być barierą nie do przebycia).
Bazując na firmowym rozwiązaniu, został opracowany model do zastosowania w domowym systemie automatyki, gdzie miałem koncepcję stworzyć +48V jako standardowe zasilanie (szczególnie, że buforowane zasilacze na wymienione napięcie nie są czymś niezwykłym i nawet taki jeden trafił do mego domu). Schemat przetwornicy pokazuje rysunek:
pwr_48v_ilu01.png

Do powyższego schematu jest płytka PCB.
pwr_48v_ilu02.png
pwr_48v_ilu03.png
pwr_48v_ilu04.png
pwr_48v_ilu05.png
Płytkę PCB należy uznać za jednostronną, a tych kilka ścieżek występujących na stronie TOP należy zastąpić połączeniami przewodem.
Nie ma tu zbyt wielkiej filozofii, jednak dla początkujących należy wskazać istotne miejsca. Zwracanie uwagi na wysokie napięcia jest tak standardowym, że można je pominąć, jednak: przy uruchamianiu takiej przetwornicy (szczególnie w przypadku zasilania z sieci 230VAC) należy zachować szczególną uwagę ze względu na wysokie napięcia. Dla niedowiarków muszę powiedzieć, że z +48V również nieźle kopie. Skąd to się bierze?
Ano z samoindukcji. Wiadomo, że na elementach indukcyjnych generuje się napięcie, które jest między innymi proporcjonalne do pochodnej prądu w funkcji czasu (nie podaję szczegółowych wzorów, gdyż można je znaleźć w każdej książce z elektrotechniki). Przetwornice pracują impulsowo, to znaczy włączane prąd na trafo (na full) i wyłączają prąd trafa (na full). To tak, jakby przepływ prądu przez transformator był opisany funkcją Heaviside'a. Jak wiadomo z matematyki, pochodną funkcji Heaviside'a jest funkcja Diraca, a ta z kolei jest impulsem do nieskończoności. Na szczęście rzeczywistość jest trochę bardziej gładka niż kanty w funkcji Heaviside'a i pochodna nie sięga do gwiazd, tylko sięga kilkuset voltów. Jednak te kilkaset voltów może zrobić krzywdę (nie tylko dla eksperymentatora, ale przede wszystkim dla użytych elementów). Z tego powodu realizowane są różne układy gasikowe w odpowiednim obwodzie transformatora. W tym przypadku jest to oparte na elementach D005 i D006 (ilustracja 1). Zastosowany jest tu transil dużej mocy. Transile występują jako jednokierunkowe lub dwukierunkowe. W przypadku transila dwukierunkowego diodę D005 należy zastąpić zworką. Użyty transil jest na napięcie 120V, więc każde wyższe napięcie bierze on na swoją klatę by ocalić resztę świata. Drugim istotnym elementem jest „kierunkowość” uzwojeń (na schemacie początki uzwojenia są oznaczane kropką). Istotne jest by nie pomylić początku z końcem uzwojenia. Przyglądając się schematowi, można zauważyć, że na wyjściu transformatora jest stosowany prostownik jednopołówkowy (to nie jest przypadek). Bardzo istotnym elementem, szczególnie przy przetwornicach zasilanych z sieci, jest izolacja wyjściowego napięcia od napięcia wyjściowego (na PCB należy zachować minimalną odległość 7,6mm [przynajmniej wtedy tak było] pomiędzy ścieżkami strony pierwotnej i strony wtórnej. Sam układ TOP224 wymaga swego zasilania, stąd (na schemacie jest specjalne uzwojenie „rysunkowo” umieszczone jakby po stronie pierwotnej transformatora). Występujące tam napięcie powinno być w okolicach 12V, jednak ten obwód należy uznać na stronę pierwotną. Jest oczywiste, że układ przetwornicy wymaga sprzężenia zwrotnego, bo w końcu musi wiedzieć, czy generowane sterowanie przypadkiem nie zmierza w maliny. Typowo realizowane jest to poprzez optoizolację. Wejście do optoizolatora jest podłączone do wyjściowego napięcia, czyli transoptor ciągle monitoruje generowane napięcie. Jak odbiega ono od normy, to układ TOP224 odpowiednio próbuje dogadać się z transformatorem. Co dzieje się w przypadku, gdy napięć wyjściowych jest kilka? Nic, nadal obowiązuje przekładnia transformatora, czyli stosunek liczby zwojów. Pilnując jedno napięcie, pośrednio pilnowane są wszystkie.
pwr_48v_ilu06.jpg
Po fazie prototypów, transformatory (jako niewielka partia) zostały wykonane przez Polfer w Woźnikach, stąd na ilustracji 6 samo trafko wygląda „fabrycznie”.
W obecnej chwili użyte układy (TOP224) są uznawane przez producenta za przestarzałe, co nie znaczy, że są złe (zostało mi ich tak trochę). Jednak wycofywane układy są zastępowane nowszymi. Nowsze układy nie wnoszą rewolucji w elektrotechnice, toteż jakaś część powyższych informacji z pewnością jest nadal aktualna.
Nie masz wymaganych uprawnień, aby zobaczyć pliki załączone do tego posta.

Prawdziwe słowa nie są przyjemne. Przyjemne słowa nie są prawdziwe.
Lao Tse

Awatar użytkownika
gaweł
Expert
Expert
Posty: 527
Rejestracja: wtorek 24 sty 2017, 22:05
Lokalizacja: Białystok

Re: [uProjekt] Mały zasilacz 5V 0.3A

Postautor: gaweł » wtorek 09 sty 2018, 22:22

Trochę obrazków z TOP'ową przetwornicą w tle.

Opisana wyżej przetwornica została zasilona. Zostało mi z tamtych czasów coś szumnie zostało nazywane "Siłownia 48V". Zawiera w środku zwykłe trafo toroidalne, mostek prostowniczy i kondensator elektrolityczny (nie zawiera żadnych elementów do stabilizacji napięcia).
pwr_48v_ilu11.jpg

Przy obciążeniu wyjścia +5V rezystorem 10Ω, napięcie wyjściowe ma wartość +5.16V.
pwr_48v_ilu12.jpg
Przy braku obciążenia, na wyjściu jest napięcie o wartości 5.39V.
pwr_48v_ilu13.jpg

Kilka przebiegów sygnału:
Napięcie na drenie układu scalonego U001 (pin 5) w stosunku do masy strony pierwotnej (minus kondensatora C002) przy braku obciążenia:
pwr_48v_ilu14.png

Napięcie w tym samym punkcie przy obciążeniu rezystorem:
pwr_48v_ilu15.png
Oscyloskop pokazuje, że częstotliwość przełączania wynosi ponad 250kHz.
pwr_48v_ilu16.png

Na wyjściu +5V występuje trochę szumów, które dla układów cyfrowych nie stanowią problemów (obrazek z wyjścia +5V przy sprzężeniu z osculoskopem typu AC).
pwr_48v_ilu17.png

Sygnał sprzężenia zwrotnego (wyjście transoptora, wejście sterujące do układu TOP):
pwr_48v_ilu19.png
Nie masz wymaganych uprawnień, aby zobaczyć pliki załączone do tego posta.

Prawdziwe słowa nie są przyjemne. Przyjemne słowa nie są prawdziwe.
Lao Tse


Wróć do „DIY”

Kto jest online

Użytkownicy przeglądający to forum: Obecnie na forum nie ma żadnego zarejestrowanego użytkownika i 1 gość