如何通過(guò)PC ATX電源構(gòu)建SMPS電路

　　開(kāi)關(guān)模式電源（ SMPS ）是任何電子設(shè)計(jì)中不可或缺的一部分。它用于將市電高壓交流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電，它首先將市電交流電轉(zhuǎn)換為高壓直流電，然后切換高壓直流電以產(chǎn)生所需的電壓。我們之前已經(jīng)制作了一些SMPS 電路，例如這個(gè)5V 2A SMPS 電路和12V 1A TNY268 SMPS 電路。我們甚至構(gòu)建了自己的 SMPS 變壓器，可以與驅(qū)動(dòng)器 IC 一起用于我們的 SMPS 設(shè)計(jì)。

　　您可能沒(méi)有注意到，但大多數(shù)家用產(chǎn)品（如移動(dòng)充電器、筆記本電腦充電器、Wi-Fi 路由器）都需要開(kāi)關(guān)模式電源才能運(yùn)行，其中大多數(shù)是 5V 電源。因此，考慮到這一點(diǎn)，在本文中，我們將向您展示如何通過(guò)從舊的一次性 PC ATX 電源中回收零件 來(lái)構(gòu)建 5V、1A SMPS 電路。

　　5V 1A 電源的設(shè)計(jì)考慮

　　在我們繼續(xù)之前，讓我們先弄清楚一些基本的設(shè)計(jì)考慮和保護(hù)功能。

　　為什么要從計(jì)算機(jī)電源構(gòu)建 SMPS 電路？

　　對(duì)我來(lái)說(shuō)它很便宜，那么便宜又是一個(gè)非常昂貴的詞，它實(shí)際上是免費(fèi)的。你可能會(huì)問(wèn)怎么會(huì)這樣？只需與您當(dāng)?shù)氐?PC 服務(wù)商店交談，他們會(huì)免費(fèi)提供給您，至少對(duì)我來(lái)說(shuō)是這樣。另外，問(wèn)問(wèn)你的朋友，他們周圍是否有那些壞掉的。

　　為電路制造/采購(gòu)變壓器是任何SMPS 設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的部分，但這種方法通過(guò)搶救變壓器完全避免了這一步，如果你像我這樣的電子迷，它也帶來(lái)了很好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。我的ATX電源在打撈所需零件后如下圖所示。

　　通過(guò)這種設(shè)計(jì)，您可以添加一個(gè)電位器并稍微改變輸出電壓。這在某些情況下可能會(huì)派上用場(chǎng)，并且該電路最有趣的是它是由非常通用的零件制成的，因此如果發(fā)生故障，查找和更換它們是一項(xiàng)非常容易的任務(wù)。

　　SMPS 電路在不同條件下的功能不同，如果您正在構(gòu)建此電路，了解實(shí)際輸入輸出特性可以幫助您在發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題時(shí)調(diào)試電路。

　　輸入電壓：

　　由于標(biāo)準(zhǔn) PC PSU 的輸入電壓為 220V，因此我們的備用電路也在該電壓下工作。但是使用我當(dāng)前的表格設(shè)置，我也會(huì)嘗試使用 85V 輸入電壓來(lái)操作電路。

　　輸出電壓：

　　該電路的輸出電壓為5V，額定電流為1A，這意味著該電路可以處理5W的功率。該電路在恒壓模式下工作，因此無(wú)論負(fù)載電流如何，輸出電壓都應(yīng)保持幾乎相同。

　　輸出紋波：

　　該電路中的變壓器由專業(yè)制造商制造，因此我們可以期待低紋波。由于它是在虛線板上構(gòu)建的，我們可以期待比平時(shí)更多的漣漪。

　　保護(hù)功能：

　　一般來(lái)說(shuō)，SMPS 設(shè)計(jì)有許多保護(hù)電路，但我們的電路是由舊的 PC PSU 制成的，因此我們可以根據(jù)最終應(yīng)用的要求添加或減少保護(hù)功能。

　　我將使用這個(gè)電路為我的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目供電。所以我決定采用最小保護(hù)功能，即輸入端的熔斷電阻和輸出部分的過(guò)壓保護(hù)電路。

　　因此，總而言之，我們電源的交流電源電壓為 220V AC，輸出電壓為 5V DC，最大輸出電流為 1A。我們將嘗試使輸出紋波電壓盡可能低，并且我們有一個(gè)帶有輸出過(guò)壓保護(hù)電路的輸入熔斷電阻。

　　5V 1A SMPS 電路所需的組件

　　5V 1A SMPS電路圖

　　下圖顯示了我們將在本教程中構(gòu)建的 5V 1A SMPS 電源的原理圖。

　　我在面包板上搭建了電路，完成后看起來(lái)像這樣。

　　讓我們通過(guò)將電路分解為許多功能塊來(lái)了解電路，然后了解每個(gè)塊。

　　熔斷電阻器：

　　首先，我們有R1，它有兩個(gè)用途。首先，它充當(dāng)熔斷電阻器。其次，它起到限流電阻的作用。

　　橋式整流器和濾波器：

　　接下來(lái)，我們有1N4007二極管，D2，D3，D4，D5，其中四個(gè)組成橋式整流器，還有一個(gè)10uF的濾波電容將交流轉(zhuǎn)換為直流。

　　請(qǐng)注意，我已卸下PI 濾波器，因?yàn)槌私o電池充電外，我不會(huì)使用此電源，如果您打算以其他方式使用，則必須使用 EMI 濾波器，您可以隨時(shí)將其拔出電源。如果您不確定什么是 PI 過(guò)濾器或它是如何工作的，您可以查看鏈接的文章。您還可以查看其他設(shè)計(jì)以降低我們之前討論過(guò)的 SMPS 電路中的 EMI 。

　　啟動(dòng)電阻：

　　R3和R4組成啟動(dòng)電阻，通電時(shí)，啟動(dòng)電阻負(fù)責(zé)為初級(jí)開(kāi)關(guān)晶體管的基極供電，我將在本文后面詳細(xì)討論電阻。

　　集電極限壓鉗：

　　為了限制初級(jí)開(kāi)關(guān)晶體管 Q1的集電極電壓， C3、R2 和 D6形成鉗位電路，這是使用緩沖網(wǎng)絡(luò)降低關(guān)斷時(shí)的峰值電壓并抑制振鈴的一個(gè)很好的例子。在大多數(shù)情況下，可以使用一種非常簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)確定緩沖元件（Rs 和 Cs）的合適值。在需要更優(yōu)化設(shè)計(jì)的情況下，使用稍微復(fù)雜一些的程序。

　　初級(jí)和輔助開(kāi)關(guān)晶體管：

　　晶體管Q1、C5353為主開(kāi)關(guān)管，T1為電路中的輔助開(kāi)關(guān)管。C4和R5構(gòu)成產(chǎn)生主開(kāi)關(guān)信號(hào)的主振蕩器。

　　反饋和控制電路：

　　PC817 光耦合器 OK1與電壓參考 VR1和二極管4148一起形成反饋和控制電路，此部分中的其他電阻器僅用作分壓器、限流電阻器和濾波電容器。除此之外，我還添加了電位器 R11 以根據(jù)要求調(diào)整電壓。

　　變壓器、輸出整流器和濾波器：

　　變壓器 T1 由鐵磁材料制成，不僅將高壓交流電轉(zhuǎn)換為低壓交流電，還提供電流隔離。變壓器T1有4個(gè)繞組，1、2、3腳為次級(jí)繞組，4、5腳為輔助繞組，6、7腳為初級(jí)繞組。

　　二極管 D1 和 D9 是電路的整流二極管。電容 C8 負(fù)責(zé)對(duì) 12V 進(jìn)行濾波，電容 C6 和 C7 與 L2 一起構(gòu)成輸出部分的 PI 濾波器。

　　過(guò)壓保護(hù)電路：

　　可以添加一個(gè)額外的過(guò)壓保護(hù)電路來(lái)保護(hù)您的應(yīng)用設(shè)備免受損壞，這是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的電路，由保險(xiǎn)絲和齊納二極管組成，如上圖所示。如果發(fā)生過(guò)壓情況，齊納二極管會(huì)爆炸，因此用它炸斷快速熔斷器。

　　5V-1A SMPS 電路工作

　　現(xiàn)在，已經(jīng)清除了，讓我們了解電路是如何工作的，當(dāng)電路通電時(shí)，市電交流電通過(guò)整流二極管和電容器進(jìn)行整流和濾波。之后，兩個(gè)啟動(dòng)電阻 R3、R4 將電流限制到晶體管的基極，這就是初級(jí)晶體管略微導(dǎo)通的原因，現(xiàn)在有一點(diǎn)電流流過(guò)變壓器的初級(jí)繞組，即晶體管的引腳 6 和 7 。

　　這少量電流為輔助繞組通電，該輔助繞組開(kāi)始通過(guò) 220 歐姆電阻器 R5 為 103pF 電容器 C4 充電。輔助側(cè)的電壓再次通過(guò) 1N4148 整流二極管連接到光耦的集電極，該電壓從光耦的發(fā)射極出來(lái)，并通過(guò)分壓器進(jìn)行分壓?，F(xiàn)在C5 222PF電容開(kāi)始充電 當(dāng)這個(gè)電容充電到一定水平時(shí)，輔助晶體管T1導(dǎo)通，主晶體管關(guān)斷，電容C5放電

　　并且循環(huán)再次開(kāi)始重復(fù)，從而產(chǎn)生開(kāi)關(guān)信號(hào)。一旦開(kāi)關(guān)過(guò)程開(kāi)始，電壓從次級(jí)感應(yīng)到變壓器次級(jí)，借助 VR1 的 Tl431 參考電壓，形成一個(gè)反饋電路，通過(guò)調(diào)整參考電壓，我們可以設(shè)置開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)間輔助晶體管，因此我們可以控制輸出電壓。

　　構(gòu)建 SMPS 電路

　　在此演示中，電路在原理圖的幫助下構(gòu)建在一個(gè)虛板上；請(qǐng)注意，我正在我的工作臺(tái)上測(cè)試電路以進(jìn)行演示，因此我沒(méi)有包含許多保護(hù)功能，例如過(guò)壓保護(hù)和短路保護(hù)。如果你用它來(lái)給別的東西供電，建議把那些保護(hù)和濾波電路打開(kāi)。

　　上述測(cè)試設(shè)置用于測(cè)試電路，使用電位器將電源的輸出電壓調(diào)整為 5.1V，它是 1A 電源，因此它可以在峰值條件下拉 1A 電流。

　　正如您在上圖中看到的，為了測(cè)試負(fù)載，我使用了一些電阻器作為負(fù)載，在 5V 時(shí)從我們的 SMPS 電路消耗了大約 1.157A。完整的測(cè)試視頻可以在本文底部找到。

　　5V-1A SMPS 電路設(shè)計(jì)改進(jìn)

　　在這個(gè)電路中有很多可以改進(jìn)的地方，比如可以在輸入端添加一個(gè) EMI 濾波器來(lái)改善這個(gè)電路的 EMI 響應(yīng)。然后可以添加輸出過(guò)流和短路保護(hù)以提高電路的整體性能。此外，可以添加輸入過(guò)壓和浪涌保護(hù)以保護(hù)其免受輸入浪涌的影響。最后，如果電路是在 PCB 板上構(gòu)建的，則 EMI 響應(yīng)可以大大改善。