为嵌入式和物联网项目设计您自己的小型5V/3.3V SMPS电路

用交流电源为直流电路供电的一种粗略方法是使用降压变压器来降低230V的电源电压，并添加几个二极管作为桥式整流器。但由于巨大的空间大小和其他缺点，它不能用于所有用途。另一种最流行和专业的方式是使用开关模式电源电路为了根据需要将交流电源转换为大范围的直流电压，从普通的12V适配器到笔记本电脑充电器，几乎每一种消费电子产品都有SMPS电路来提供所需的直流输出功率。

在circuitdigest，我们已经建立了一些流行的开关电源电路对于不同的评级，即12V 1A Viper 22A开关电源,5伏2安和12V 1A开关电源电路其中的每一个都可以用于不同的应用。这一次，我们将构建一个可用于一般用途的SMPS，该SMPS具有简单的模块形状，可用于与空间相关的情况。如今物联网使用各种基于wifi的处理器，如节点MCU、ESP32和ESP12E等，它们在5V或3.3V下工作。这些模块非常紧凑，因此为了给这些板供电，使用可以在同一板上运行的较小SMPS电路是有意义的，而不是使用单独的SMPS电路。因此，在本文中，我们将学习如何构建一个可以输出5V或3.3V的SMPS电路（使用跳线进行硬件配置），还提供了电路设计和PCB布局，因此您可以简单地将其移植到现有设计中。这里我们的PCB板是由PCBGoGo公司，一家总部位于中国的低成本高质量PCB原型和PCB组装服务公司。

SMPS的额定值为5V或3.3V 1.5A，因为大多数开发板使用5V或3.3伏逻辑电平电压，1.5A对于大多数基于物联网的应用来说应该足够好。但请注意，这种SMPS在输入部分没有任何滤波器，以减小尺寸和成本。因此，这种SMPS只能用于为微控制器板供电或充电。请确保在操作时将其覆盖在用户够不着的地方。

警告：使用SMPS电路可能很危险，因为它涉及到交流电源电压，这可能是致命的。如果您没有使用交流电源的经验，请不要尝试构建此功能。始终对带电电线和带电电容器保持谨慎，必要时使用防护工具并进行监督。你已经被警告了！！

5V/3.3V开关电源板规格

开关电源将具有以下规格。

1. 85VAC至230VAC输入。
2. 5V或3.3V可选2A输出。
3. 开放式框架结构
4. 短路和过电压保护
5. 体积小，功能低。

SMPS电路所需材料（BOM）

1. 保险丝1A 250VAC慢速熔断
2. 二极管桥DB107
3. 10uF/400V
4. P6KE二极管
5. UF4007型
6. 2毫克–2个–0805包装
7. 2.2纳法250VAC
8. TNY284DG吨
9. 10uF/16V–0805封装
10. 第817页
11. 1k–0805包装
12. 22R–2件-0805包装
13. 100 nF–0805封装
14. TL431型
15. SR360型
16. 470pF 100V–0805封装
17. 1000uF 16伏
18. 3.3uH–鼓芯
19. 2.2纳法250VAC

笔记：所有零件都是为了方便设计师使用而选择的。SMPS变压器必须使用此数据表。您可以使用供应商来构建一个，或者设计和安装SMPS变压器使用链接。

该开关电源是使用功率集成IC设计的TNY284DG吨这SMPS潜水员IC最适合这种SMPS，因为IC以SMD封装形式提供，并且功率适合该目的。下图显示了TNY284DG的功率规格。

正如我们所看到的，TNY284DG非常适合我们的选择。由于该结构是一个开放式框架，它将匹配8.5W的输出功率。这意味着它可以在5V时轻松提供1.5A。

5V/3.3V开关电源电路图

这种开关电源的构造非常简单和直接。此设计使用电源集成芯片组作为SMPS驱动IC。电路示意图如下图所示-

施工和工作

在直接构建原型部件之前，让我们先探讨一下电路操作。电路有以下部分-

1. 输入保护
2. 交直流转换
3. 驱动器电路或开关电路
4. 欠压锁定保护。
5. 箝位电路
6. 磁性和电流隔离
7. EMI滤波
8. 次级整流器和缓冲电路
9. 过滤器部分
10. 反馈部分。

输入保护

F1是一个慢熔断保险丝，可保护开关电源免受高负载和故障条件的影响。SMPS输入部分不使用任何EMI滤波器考虑因素。这是一个1A 250VAC慢速熔断保险丝，可在故障条件下保护开关电源。但是，此保险丝可以改为玻璃保险丝。你也可以在不同的网站上查看文章保险丝类型.

交直流转换

B1是二极管桥式整流器。这是数据库107，1A 700V二极管电桥。这将把交流输入转换为直流电压。此外，10uF 400V电容器对于整流直流纹波至关重要，它将为驱动器电路和变压器提供平滑的直流输出。

驱动器电路或开关电路

它是这种开关电源的主要部件。变压器的初级侧由开关电路TNY284DG适当控制。开关频率为120-132kHz。由于这种高开关频率，可以使用较小的变压器。

上述引脚图显示了TNY284DG引脚。开关驱动器IC1是TNY284DG，它使用C2一个10uF16V的电容器。该电容器为TNY284DG的内部电路提供平滑的直流输出。

欠压闭锁保护.

欠电压锁定保护由感测电阻器R1和R2完成。当SMPS进入自动重启模式并感测线路电压时使用。该电阻器检测输入交流电压是否在该范围内。

箝位电路

变压器起着巨大电感器的作用。因此，在每个开关周期中，由于变压器的泄漏电感器，变压器会感应出高电压尖峰。齐纳二极管D1是第6页第160页二极管，箝位输出电压电路和D2UF4007型，超快二极管阻挡这种高电压尖峰并将其阻尼到安全值，这有利于节省TNY284DG的排水管脚。

磁性和电流隔离

变压器是铁磁的，它不仅将高压交流电转换为低压交流电，而且提供电流隔离。变压器为EE16变压器。详细的变压器规格可以在变压器数据表中看到，该数据表早些时候在所需材料部分共享。

EMI滤波器

EMI滤波由C3电容器完成。C3电容器是一个高电压2.2nF 250VAC电容器，它提高了电路的抗扰度，减少了高EMI干扰。

次级整流器和缓冲电路

使用肖特基二极管SR360对变压器的输出进行整流。这是一个60V 3A二极管。该肖特基二极管D3提供来自变压器的DC输出，该DC输出由大的1000uF 16V电容器C6进一步整流。

变压器的输出提供了由缓冲电路抑制的振铃纹波，该缓冲电路由与输出整流器并联的串联连接的低值电阻器和电容器产生。低值电阻器为22R，低值电容器为470pF。这两个部件R8和C5在直流输出部分中形成缓冲电路。

过滤器部分

滤波器部分是使用LC配置创建的。C是滤波电容器C6。它是一个低ESR电容器，用于更好的纹波抑制，值为100uF 16V，电感器L1为3.3uH鼓芯电感器。

反馈部分

U1感应输出电压TL431型通过分压器。因此，无论何时分压器产生完美电压，TL431都会接通一个选择耦合器第817页，表示为OK1。

由于有两种可选择的电压操作3.3V和5V，因此有两种分压器使用三个电阻器R3、R4和R5创建。R5对于所有两个除法器是公共的，但是R3和R4可以使用跳线来改变。在感测线路U1之后，控制光耦合器，该光耦合器进一步触发TNY284DG并将次级反馈感测部分与初级侧控制器电隔离。

在第一次通电期间，由于这是反激配置，驱动器打开开关并等待来自光耦的响应。如果一切正常，驾驶员继续切换，否则跳过切换周期，除非一切正常。

设计我们的SMPS PCB

一旦电路最终确定，您可以在性能板上进行测试，然后开始您的PCB设计。我们已经使用eagle来设计我们的PCB，您可以查看下面的布局图。您也可以从下面的链接下载设计文件。

• 5V/3.3V开关电源的Eagle原理图和PCB设计

正如你所看到的，32毫米的板子尺寸是63毫米，这是一个相当小的尺寸。部件放置在安全距离处，以确保安全操作。我们的PCB的顶面和底面如下图所示。它是一块双层PCB板，计划厚度为35微米的铜。输出二极管和驱动器IC出于散热相关目的需要特殊的热考虑。此外，在次级侧，通过缝合实现了更好的地面连接。

您还可以注意到，很少有SMD组件放置在板的背面，以保持模块尺寸较小。如果你在设计SMPS PCB，你必须遵循一些设计注意事项，请查看本文SMPS PCB设计布局指南了解更多。

12v 1A开关电源电路的PCB制作

现在我们了解了原理图是如何工作的，我们可以继续为SMPS构建PCB。由于这是SMPS电路，因此建议使用PCB，因为它可以处理噪声和隔离问题。上述电路的PCB布局也可作为Gerber从链接下载。

• 下载用于5V/3.3V SMPS电路的Gerber文件

现在我们的设计已经准备好了，是时候使用Gerber文件制作它们了。要从PCBGOGO完成PCB非常容易，只需按照以下步骤操作-

步骤1：进入网址：www.pcbgogo.com，如果这是你第一次，请注册。然后在PCB原型选项卡中，输入PCB的尺寸、层数和所需的PCB数量。假设PCB是80cm×80cm，您可以设置如下所示的尺寸。

第2步：点击继续立即报价按钮您将进入一个页面，如果需要，可以设置一些额外的参数，如使用的材料轨道间距等。但大多数默认值都可以正常工作。我们在这里唯一需要考虑的是价格和时间。正如你所看到的，构建时间只有2-3天，而我们的PCB只需要5美元。然后，您可以根据自己的需求选择一种首选的运输方式。

步骤3：最后一步是上传Gerber文件并继续付款。为了确保流程顺利，PCBGOGO在继续付款之前验证您的Gerber文件是否有效。通过这种方式，您可以确保您的PCB是制造友好的，并将以承诺的方式送达您。

组装PCB

板被订购后，几天后，它通过快递送到了我手中，放在一个标签整齐、包装良好的盒子里，和往常一样，PCB的质量非常棒。我收到的PCB如下所示。正如你所看到的，顶层和底层都如预期的那样。

过孔和焊盘的尺寸都是合适的。我花了大约15分钟的时间把PCB板组装成一个工作电路。组装好的电路板如下所示。

测试我们的5V/3.3V SMPS电路

组件和测试基础设施由Iquesters Solutions提供。然而，变压器是手工制作的，你也可以构建您自己的SMPS变压器这里为了测试的目的，变压器是为1A制造的。根据给定的变压器规格，可以使用1.5A变压器的适当匝数比。组装完成后，我们的SMPS板看起来是这样的。

现在，为了测试我们的SMPS板，我将使用Variac为其供电，并使用电子直流负载来调整输出电流。下图显示了连接到SMPS板的旧的可调节直流负载设置。您可以用您选择的任何负载进行测试，但使用可调直流负载将帮助您评估电源板。您也可以轻松地构建自己的基于Arduino的可调电子直流负载点击此链接。

如下图所示，我通过更换跳线引脚测试了我们的SMPS电路的5V和3.3V电压。输出电流测试高达850mA，但根据变压器设计，也可以达到1.5A。

有关测试和施工的更多信息，请查看下面的视频链接。我希望你喜欢这篇文章，并学到一些有用的东西。如果您有任何问题，请在下面的评论部分留下，或使用我们的公共讨论场所.