Proiectarea circuitului de alimentare 12V 1a folosind viper22a

Circuitele de alimentare cu comutare (SMPS) sunt cel mai adesea necesare în multe modele electronice pentru a converti tensiunea de rețea alternativă la nivelul adecvat de tensiune continuă pentru ca dispozitivul să funcționeze. Acest tip de convertoare AC-DC preia tensiunea de rețea 230V / 110V ca intrare și o convertește în tensiune continuă de nivel scăzut prin comutarea acestuia, de unde și denumirea sursei de alimentare a modului de comutare. Am construit deja câteva circuite SMPS mai devreme, cum ar fi acest circuit SMPS de 5V 2A și circuitul SMPS de 12V 1A TNY268. Am construit chiar și propriul nostru transformator SMPS care ar putea fi folosit în proiectele noastre SMPS împreună cu IC-ul driverului. În acest proiect vom construi un alt circuit SMPS de 12V 1A folosind VIPer22A, care este un popular driver IC SMPS cu cost redus de la STMicroelectronics. Acest tutorial vă va duce prin circuitul complet și vă va explica, de asemeneacum să-ți construiești propriul transformator pentru circuit VIPER. Interesant, drept, să începem.

Specificații de proiectare a sursei de alimentare VIPer22A

La fel ca în cazul proiectului anterior bazat pe SMPS, diferite tipuri de surse de alimentare funcționează în medii diferite și funcționează într-o graniță specifică intrare-ieșire. Acest SMPS are, de asemenea, o specificație. Prin urmare, trebuie efectuată o analiză adecvată a specificațiilor înainte de a continua cu proiectarea reală.

Specificații de intrare: acesta va fi un SMPS în domeniul de conversie AC-DC. Prin urmare, intrarea va fi AC. În acest proiect, tensiunea de intrare este fixă. Este conform standardului european de tensiune. Deci, tensiunea de intrare AC a acestui SMPS va fi de 220-240VAC. Este, de asemenea, valoarea nominală a tensiunii standard din India.

Specificații de ieșire: Tensiunea de ieșire este selectată ca 12V cu 1A de curent nominal. Astfel, va avea o ieșire de 12W. Deoarece acest SMPS va furniza tensiune constantă indiferent de curentul de sarcină, acesta va funcționa în modul CV (tensiune constantă). De asemenea, tensiunea de ieșire va fi constantă și constantă la cea mai mică tensiune de intrare cu sarcină maximă (2A) pe ieșire.

Tensiunea de ondulare de ieșire: este foarte dorit ca o sursă de alimentare bună să aibă o tensiune de ondulare mai mică de 30mV pk-pk. Tensiunea de ondulare vizată este aceeași pentru acest SMPS, mai puțin de 30mV pk-pk ripple. Cu toate acestea, ondulația de ieșire SMPS depinde în mare măsură de construcția SMPS, se utilizează PCB și tipul de condensator. Am folosit un condensator ESR scăzut cu un grad de 105 de grade de la Wurth Electronics și ondulația de ieșire așteptată pare mai jos.

Circuite de protecție: Există diferite circuite de protecție care pot fi utilizate într-un SMPS pentru o funcționare sigură și fiabilă. Circuitul de protecție protejează SMPS, precum și sarcina asociată. În funcție de tip, circuitul de protecție poate fi conectat la intrare sau la ieșire. Pentru acest SMPS, va fi utilizată o protecție la supratensiune de intrare cu o tensiune maximă de intrare de funcționare de 275VAC. De asemenea, pentru a rezolva problemele EMI, va fi utilizat un filtru de mod comun pentru eliminarea EMI generată. Pe partea de ieșire vom include protecție la scurtcircuit, protecție la supratensiune și protecție la supracurent.

Selectarea IC-ului driverului SMPS

Fiecare circuit SMPS necesită un IC de gestionare a energiei, cunoscut și sub numele de IC de comutare sau IC SMPS sau IC mai uscat. Să rezumăm considerațiile de proiectare pentru a selecta IC-ul ideal de gestionare a energiei care va fi potrivit pentru proiectarea noastră. Cerințele noastre de proiectare sunt

1. Iesire 12W. 12V 1A la încărcare maximă.
2. Evaluare standard europeană de intrare. 85-265VAC la 50Hz
3. Protecție la supratensiune de intrare. Tensiune maximă de intrare 275VAC.
4. Protecție la scurtcircuit de ieșire, supratensiune și supracurent.
5. Operații de tensiune constantă.

Din cerințele de mai sus există o gamă largă de circuite integrate din care să selectăm, dar pentru acest proiect am selectat driverul de alimentare VIPer22A de la STMicroelectronics. Este un driver de alimentare cu cost foarte scăzut IC de la STMicroelectronics.

În imaginea de mai sus este indicată puterea tipică a VIPer22A IC. Cu toate acestea, nu există o secțiune specificată pentru specificațiile de ieșire a puterii de tip cadru deschis sau adaptor. Vom realiza SMPS în cadru deschis și pentru ratingul de intrare european. În acest segment VIPer22A ar putea oferi o ieșire de 20W. Îl vom folosi pentru ieșire de 12W. Pinout- ul VIPer22A IC este dat în imaginea de mai jos.

Proiectarea unui circuit de alimentare VIPer22AP

Cel mai bun mod de a construi circuitul este prin utilizarea software-ului de proiectare a sursei de alimentare. Puteți descărca VIPer Design Software versiunea 2.24 pentru a utiliza VIPer22A, cea mai recentă versiune a acestui software nu mai acceptă VIPer22A. Este un software excelent de proiectare a sursei de alimentare de la STMicroelectronics. Furnizând informațiile despre cerințele de proiectare, poate fi generată schema completă a circuitului de alimentare. Circuitul VIPer22A pentru acest proiect generat de software este prezentat mai jos

Înainte de a intra direct în construirea piesei prototip, să explorăm operațiunea de circuit. Circuitul are următoarele secțiuni -

1. Protecție împotriva supratensiunii de intrare și SMPS
2. Filtru de intrare
3. Conversie AC-DC
4. Circuitul driverului sau circuitul de comutare
5. Circuit de prindere.
6. Magnetică și izolarea galvanică.
7. Filtru EMI
8. Redresor secundar
9. Secțiunea de filtrare
10. Secțiunea de feedback.

Protecție împotriva supratensiunii de intrare și SMPS.

Această secțiune este formată din două componente, F1 și RV1. F1 este o siguranță cu suflare lentă 1A 250VAC, iar RV1 este un MOV de 27 mm de 275V (Varistor de oxid de metal). În timpul unei supratensiuni de înaltă tensiune (mai mult de 275VAC), MOV a devenit scurt și aruncă siguranța de intrare. Cu toate acestea, datorită funcției de suflare lentă, siguranța rezistă curentului de intrare prin SMPS.

Filtru de intrare

Condensatorul C3 este un condensator de filtru de linie de 250VAC. Este un condensator de tip X similar cu cel pe care l-am folosit în proiectarea circuitului de alimentare cu energie mai mică a transformatorului.

Conversie AC-DC.

Conversia AC DC se face folosind dioda redresoare DB107 full bridge. Este o diodă rectificatoare de 1000V 1A. Filtrarea se face cu ajutorul condensatorului 22uF 400V. Cu toate acestea, în timpul acestui prototip, am folosit o valoare foarte mare a condensatorului. În schimb 22uF, am folosit condensator 82uF datorită disponibilității condensatorului. Un astfel de condensator de mare valoare nu este necesar pentru funcționarea circuitului. 22uF 400V este suficient pentru puterea nominală de 12W.

Circuitul driverului sau circuitul de comutare.

VIPer22A necesită energie din înfășurarea polarizată a transformatorului. După obținerea tensiunii de polarizare, VIPer începe să comute peste transformator folosind un mosfet încorporat de înaltă tensiune. D3 este utilizat pentru convertirea ieșirii de polarizare AC într-un DC și rezistorul R1, 10 Ohm este utilizat pentru controlul curentului de intrare. Condensatorul filtrului este de 4,7 uF 50V pentru a netezi ondularea de curent continuu.

Circuit de prindere

Transformatorul acționează ca un inductor imens pe driverul de putere IC VIPer22. Prin urmare, în timpul ciclului de oprire, transformatorul creează vârfuri de înaltă tensiune datorită inductanței de scurgere a transformatorului. Aceste vârfuri de tensiune de înaltă frecvență sunt dăunătoare IC-ului driverului de alimentare și pot provoca defectarea circuitului de comutare. Astfel, acest lucru trebuie să fie suprimat de clema de diodă peste transformator. D1 și D2 sunt utilizate pentru circuitul de prindere. D1 este dioda TVS și D2 este o diodă de recuperare ultrarapidă. D1 este utilizat pentru fixarea tensiunii, în timp ce D2 este utilizat ca diodă de blocare. Conform designului, tensiunea de prindere vizată (VCLAMP) este de 200V. Prin urmare, P6KE200A este selectat, iar pentru problemele legate de blocarea ultra-rapidă, UF4007 este selectat ca D2.

Magnetică și izolarea galvanică.

Transformatorul este un transformator feromagnetic și nu numai că transformă tensiunea alternativă de înaltă tensiune într-o tensiune alternativă de joasă tensiune, dar oferă și izolare galvanică. Are trei ordine de lichidare. Înfășurarea primară, auxiliară sau polarizată și înfășurarea secundară.

Filtru EMI.

Filtrarea EMI se face prin condensatorul C4. Crește imunitatea circuitului pentru a reduce interferența EMI ridicată. Este un condensator de clasa Y cu o tensiune nominală de 2kV.

Redresor secundar și circuit snubber.

Ieșirea din transformator este rectificată și convertită în curent continuu folosind D6, o diodă redresoare Schottky. Deoarece curentul de ieșire este 2A, este selectată dioda 3A 60V în acest scop. SB360 este diodă Schottky evaluată 3A 60V.

Secțiunea de filtrare.

C6 este condensatorul filtrului. Este un condensator ESR scăzut pentru o respingere mai bună. De asemenea, se folosește un post-filtru LC unde L2 și C7 asigură o respingere mai bună a ondulației pe ieșire.

Secțiunea de feedback.

Tensiunea de ieșire este detectată de U3 TL431 și R6 și R7. După detectarea liniei, U2, optocuplorul este controlat și izolează galvanic porțiunea de detectare a feedback-ului secundar cu controlerul lateral primar. PC817 este un optocuplor. Are două fețe, un tranzistor și un LED în interiorul acestuia. Prin controlul LED-ului, tranzistorul este controlat. Deoarece comunicarea se face optic, nu are conexiune electrică directă, satisfăcând astfel și izolația galvanică de pe circuitul de feedback.

Acum, întrucât LED-ul controlează în mod direct tranzistorul, oferind suficientă polarizare a LED-ului Optocoupler, se poate controla tranzistorul Optocoupler, mai precis circuitul driverului. Acest sistem de control este utilizat de TL431. Un regulator de șunt. Deoarece regulatorul de șunt are un divizor de rezistență peste pinul de referință, acesta poate controla ledul optocuplator care este conectat peste el. Pinul de feedback are o tensiune de referință de 2,5V. Prin urmare, TL431 poate fi activ numai dacă tensiunea pe divizor este suficientă. În cazul nostru, divizorul de tensiune este setat la o valoare de 5V. Prin urmare, atunci când ieșirea atinge 5V, TL431 primește 2,5V peste pinul de referință și, astfel, activează LED-ul optocuplatorului care controlează tranzistorul optocuplatorului și controlează indirect TNY268PN. Dacă tensiunea nu este suficientă pe ieșire, ciclul de comutare este imediat suspendat.

În primul rând, TNY268PN activează primul ciclu de comutare și apoi îi detectează pinul EN. Dacă totul este în regulă, va continua schimbarea, dacă nu, va încerca încă o dată după ceva timp. Această buclă se continuă până când totul devine normal, prevenind astfel scurtcircuitul sau problemele de supratensiune. Acesta este motivul pentru care se numește topologie flyback, deoarece tensiunea de ieșire este transportată înapoi către driver pentru detectarea operațiunilor conexe. De asemenea, bucla de încercare se numește un mod de operare sughiț în condiția de eșec.

Construcția transformatorului de comutare pentru circuitul VIPER22ASMPS

Să vedem schema de construcție a transformatorului generată. Această diagramă este obținută din software-ul de proiectare a sursei de alimentare despre care am discutat mai devreme.

Nucleul este E25 / 13/7 cu un spațiu de 0,36 mm. Inductanța primară este de 1mH. Pentru construcția acestui transformator, sunt necesare următoarele lucruri. Dacă sunteți nou în construcția transformatorului, vă rugăm să citiți articolul despre cum să vă construiți propriul transformator SMPS.

1. Bandă din poliester
2. E25 / 13/7 miezuri cu perechi de 0,36 mm.
3. Sârmă de cupru de 30 AWG
4. Sârmă de cupru 43 AWG (am folosit 36 ​​AWG datorită indisponibilității)
5. 23 AWG (Am folosit și 36 AWG pentru aceasta)
6. Bobină orizontală sau verticală (Am folosit bobina orizontală)
7. Un stilou pentru ținerea bobinei în timpul înfășurării.

Pasul 1: Țineți nucleul folosind un stilou, porniți firul de cupru 30 AWG de la pinul 3 al bobinei și continuați 133 de rotiri în sensul acelor de ceasornic la pinul 1. Aplicați 3 straturi de bandă de poliester.

Pasul 2: Porniți înfășurarea Bias folosind sârmă de cupru 43 AWG de la pinul 4 și continuați cu cele 31 de ture și terminați înfășurarea la pinul 5. Aplicați 3 straturi de bandă de poliester.

Porniți înfășurarea Bias folosind sârmă de cupru 43 AWG de la pinul 4 și continuați cu cele 31 de ture și terminați înfășurarea la pinul 5. Aplicați 3 straturi de bandă de poliester.

Pasul 3: Porniți înfășurarea secundară de la pinul 10 și continuați înfășurarea în sensul acelor de ceasornic de 21 de ture. Aplicați 4 straturi de bandă de poliester.

Pasul 4: Asigurați miezul decalat cu banda de adeziv înfășurată una lângă alta. Acest lucru va reduce vibrațiile în timpul transferului de flux de înaltă densitate.

Odată ce construirea este terminată, transformatorul este testat cu un contor LCR pentru a măsura valoarea inductanței bobinelor. Contorul arată 913 mH, care este aproape de inductanța primară de 1 mH.

Construirea circuitului SMPS VIPer22A:

Cu ratingul transformatorului verificat, putem continua cu lipirea tuturor componentelor de pe o placă Vero, așa cum este prezentat în diagrama circuitului. Tabloul meu, după terminarea lucrării de lipit, arăta așa mai jos

Testarea circuitului VIPer22A pentru 12V 1A SMPS:

Pentru a testa circuitul, am conectat partea de intrare la sursa de alimentare prin intermediul unui VARIAC pentru a controla tensiunea de rețea de curent alternativ. În imaginea de mai jos, este afișată tensiunea de ieșire la 225VAC.

După cum puteți vedea pe partea de ieșire, obținem 12.12V, care este aproape de tensiunea de ieșire dorită de 12V. Lucrarea completă este prezentată în videoclipul atașat în partea de jos a acestei pagini. Sper că ați înțeles tutorialul și ați învățat cum să vă construiți propriile circuite SMPS cu un transformator manual. Dacă aveți întrebări, lăsați-le în secțiunea de comentarii de mai jos.