開關電源(SMPS)是任何電子設計中不可缺少的一部分。它用于將市電高壓交流電轉換為低壓直流電，首先將市電交流電轉換為高壓直流電，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，比如這個5V 2A SMPS電路和12V 1A TNY268 SMPS電路。我們甚至建立了我們自己的SMPS變壓器，可以在我們的SMPS設計中與驅動IC一起使用。

你可能沒有注意到，但大多數(shù)家用產(chǎn)品，如移動充電器、筆記本電腦充電器、Wi-Fi路由器，都需要一個開關模式電源來運行，而且大多數(shù)都是5V電源。因此，考慮到這一點，在本文中，我們將向您展示如何通過從舊的一次性PC ATX電源中回收零件來構建5V， 1A SMPS電路。

警告：與交流電源工作需要事先的技能和監(jiān)督。不要在沒有經(jīng)驗的情況下打開舊的SMPS或嘗試構建新的SMPS。小心帶電電容器和帶電電線。您已被警告，請謹慎行事，并在需要時接受專家指導。

5V 1A電源的設計注意事項

在繼續(xù)討論之前，讓我們先澄清一些基本的設計考慮和保護特性。

為什么要從計算機電源構建SMPS電路?

對我來說，它很便宜，廉價是一個非常昂貴的詞，它實際上是免費的。你可能會問為什么?只要和你當?shù)氐碾娔X服務商店談談，他們就會免費給你——至少我是這樣。另外，問問你的朋友，他們是否有這些壞掉的。

為電路構建/采購變壓器是任何SMPS設計中最關鍵的部分，但這種方法通過挽救變壓器完全避免了這一步，如果你像我一樣是一個電子垃圾，它也有一個非常好的學習經(jīng)驗。我的ATX電源打撈后所需的部分如下所示。

使用這種設計，您可以添加一個電位器并稍微改變輸出電壓。這可能在某些情況下會派上用場，關于電路最有趣的事情是它是由非常通用的部件制成的，所以如果有什么東西爆炸了，找到和更換它們是非常容易的任務。

SMPS電路在不同條件下的功能不同，如果您正在構建該電路，了解實際的輸入輸出特性可以幫助您在發(fā)現(xiàn)任何問題時調試電路。

輸入電壓:

由于標準PC PSU的輸入電壓是220V，所以我們的搶救電路也是在這個電壓下工作的。但是在我的電流表設置下，我也會嘗試用85V的輸入電壓來操作電路。

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，因此無論負載電流如何，輸出電壓都應該保持大致相同。

輸出紋波:

這個電路中的變壓器是由專業(yè)制造商制造的，所以我們可以期待低紋波。由于它是在一個虛線板上建造的，我們可以期待比平時更多的漣漪。

保護功能:

一般來說，SMPS設計有許多保護電路，但我們的電路是由舊的PC PSU制成的，因此我們可以根據(jù)最終應用的要求增加或減少保護功能。

我將使用該電路為我的物聯(lián)網(wǎng)項目供電。所以我決定用一個最小的保護功能，這是一個易熔電阻在輸入，和一個過壓保護電路在輸出部分。

因此，總結一下，我們的電源的交流電源電壓將是220V交流，輸出電壓將是5V直流，最大輸出電流為1A。我們將嘗試使輸出紋波電壓盡可能低，我們有一個輸入易熔電阻輸出過壓保護電路。

5V 1A SMPS電路所需元件

5V 1A SMPS電路圖

下圖顯示了我們將在本教程中構建的5V 1A SMPS電源的原理圖。

我在面包板上建立了電路，完成后看起來像這樣。

讓我們通過將電路分解為許多功能塊來理解電路，并讓我們理解每個功能塊。

易熔電阻：

首先，R1有兩個用途。首先，它作為一個易熔電阻。其次，它作為一個限流電阻。

橋式整流器和濾波器：

接下來，我們有1N4007二極管，D2, D3, D4, D5，其中四個形成橋式整流器，以及一個10uF濾波電容器將交流轉換為直流。

請注意，我已經(jīng)刪除了PI濾波器，因為我不打算使用這個電源，而不是給電池充電，如果你打算使用這種方式，EMI濾波器是必須的，你可以隨時把它從同一個電源中拉出來。如果您不確定PI過濾器是什么或它是如何工作的，您可以查看鏈接的文章。您還可以查看我們之前討論過的其他減少SMPS電路中EMI的設計。

啟動電阻：

R3和R4形成啟動電阻，當施加電源時，啟動電阻負責為初級開關晶體管的基極供電，我將在文章后面討論更多關于電阻的內容。

集電極限壓鉗：

為了限制主開關晶體管Q1的集電極電壓，C3、R2和D6形成箝位電路，這是使用緩沖器網(wǎng)絡來降低關斷時的峰值電壓和阻尼振鈴的一個很好的例子。在大多數(shù)情況下，可以使用一種非常簡單的設計技術來確定緩沖器組件(Rs和Cs)的合適值。在需要更優(yōu)化的設計的情況下，使用稍微復雜一些的程序。

主、輔開關晶體管：

電路中晶體管Q1、C5353為主開關晶體管，T1為輔助開關晶體管。C4和R5構成產(chǎn)生主開關信號的主振蕩器。

反饋與控制電路：

PC817光耦合器OK1與參考電壓VR1和二極管4148形成反饋與控制電路，該部分中的其他電阻僅作為分壓器，限流電阻和濾波電容。除此之外，我還根據(jù)要求添加了電位器R11來修剪電壓。

變壓器、輸出整流器和濾波器：

變壓器T1由鐵磁材料制成，不僅可以將高壓交流電轉換為低壓交流電，還可以提供電流隔離。變壓器T1有4個繞組，引腳1、2、3為次級繞組，引腳4、5為輔助繞組，引腳6、7為初級繞組。

二極管D1和D9是電路的整流二極管。電容C8負責濾波12V，電容C6和C7與L2一起形成輸出部分的PI濾波器。

過電壓保護電路：

一個額外的過壓保護電路可以添加，以保護您的應用設備受到損壞，這是一個非常簡單的電路，包括一個保險絲和齊納二極管，你可以看到上面，如果一個過壓條件發(fā)生，齊納二極管將爆炸，從而炸毀快速熔斷器與它。

5V-1A SMPS電路工作

現(xiàn)在，那都清除了，讓我們來了解電路是如何工作的，當電源被應用到電路中，市電交流被整流二極管和電容器整流和濾波。在那之后，兩個啟動電阻R3， R4限制電流到晶體管的基極，這就是為什么主晶體管稍微通電，現(xiàn)在有一點電流流過變壓器的主繞組，也就是晶體管的引腳6和7。

這一小部分電流激勵輔助繞組，輔助繞組開始通過220歐姆電阻R5向103pF電容器C4充電。再一次，輔助側的電壓用1N4148整流二極管連接到光耦合器的集電極，該電壓從光耦合器的發(fā)射極出來，并用分壓器進行分割?，F(xiàn)在C5 222PF電容開始充電當這個電容充電到一定水平時，輔助晶體管T1接通，主晶體管關斷，電容器C5放電

這個循環(huán)再次開始重復，這樣就產(chǎn)生了一個開關信號。一旦開關過程開始，電壓從二次變壓器的二次端感應到，通過VR1的Tl431基準電壓進行反饋電路，通過調整基準電壓，可以設置輔助晶體管的通斷時間，從而控制輸出電壓。

構建SMPS電路

對于這個演示，電路是在原理圖的幫助下在一個虛線板上構造的;請注意，我是在我的工作臺上測試電路進行演示，所以我沒有包括許多保護功能，如過壓保護和短路保護。如果你用它來給其他東西供電，建議打開那些保護和濾波電路。

上面的測試裝置用于測試電路，使用電位器將電源的輸出電壓調整到5.1V，并且它是1A電源，因此它可以在峰值狀態(tài)下拉1A電流。

正如你在上圖中看到的，為了測試負載，我使用了一些電阻作為負載，在5V時從我們的SMPS電路消耗了大約1.157A。完整的測試視頻可以在本文的底部找到。

5V-1A SMPS電路設計改進

有相當多的事情可以在這個電路中得到改善，比如一個EMI濾波器可以在輸入端添加，以改善這個電路的EMI響應。然后可以增加輸出過流和短路保護，以提高電路的整體性能。此外，輸入過壓和浪涌保護可以增加，以保護從輸入浪涌。最后，如果電路在PCB板上構造，EMI響應可以大大改善。

本文編譯自circuitdigest