Проектиране на верига за захранване 12V 1a с използване на viper22a

В много електронни проекти най-често се изискват схеми за захранване с комутиран режим (SMPS), за да се преобразува мрежовото напрежение на променливотоковото напрежение до подходящо ниво на постояннотоково напрежение, за да работи устройството. Този тип AC-DC преобразуватели приема мрежовото напрежение 230V / 110V AC като вход и го преобразува в ниско ниво на постояннотоково напрежение чрез превключването му, откъдето идва и името на захранването в режим на превключване. Вече сме изградили няколко SMPS вериги като тази 5V 2A SMPS верига и 12V 1A TNY268 SMPS верига. Дори създадохме собствен SMPS трансформатор, който може да се използва в нашите SMPS проекти заедно с драйвера IC. В този проект ще изградим друга 12V 1A SMPS верига, използвайки VIPer22A, която е популярна ниска цена SMPS драйвер за интегрална схема от STMicroelectronics. Този урок ще ви преведе през цялата схема и ще ви обясникак да изградите свой собствен трансформатор за верига VIPER. Интересно нали да започнем.

Спецификации на дизайна на захранването VIPer22A

Подобно на предишния SMPS базиран проект, различните видове захранвания работят в различни среди и работят в определена граница вход-изход. Този SMPS също има спецификация. Следователно трябва да се направи правилен анализ на спецификацията, преди да се пристъпи към действителния дизайн.

Спецификация на входа: Това ще бъде SMPS в домейн за преобразуване AC към DC. Следователно входът ще бъде AC. В този проект входното напрежение е фиксирано. Това е според европейския стандарт за номинално напрежение. И така, входното променливо напрежение на този SMPS ще бъде 220-240VAC. Това е и стандартното напрежение на Индия.

Спецификация на изхода : Изходното напрежение е избрано като 12V с 1A ток. По този начин това ще бъде 12W мощност. Тъй като този SMPS ще осигурява постоянно напрежение, независимо от тока на натоварване, той ще работи в режим CV (постоянно напрежение). Също така изходното напрежение ще бъде постоянно и стабилно при най-ниското входно напрежение с максимално натоварване (2А) през изхода.

Изходно пулсационно напрежение: Силно желано е доброто захранване да има пулсационно напрежение по-малко от 30mV pk-pk. Целевото напрежение на пулсации е същото за този SMPS, по-малко от 30mV pk-pk пулсация. Въпреки това, SMPS изходната пулсация е силно зависима от конструкцията на SMPS, използва се печатната платка и вида на кондензатора. Използвахме кондензатор с нисък ESR със 105-градусов рейтинг от Wurth Electronics и очакваната пулсация на изхода изглежда по-долу.

Защитни вериги: Има различни защитни вериги, които могат да се използват в SMPS за безопасна и надеждна работа. Защитната верига защитава SMPS, както и свързаното с това натоварване. В зависимост от типа, защитната верига може да бъде свързана през входа или през изхода. За този SMPS ще се използва защита от пренапрежение на входа с максимално работно входно напрежение 275VAC. Също така, за да се справим с проблеми с EMI, ще се използва филтър за общ режим за затихване на генерирания EMI. От страната на изхода ще включим защита от късо съединение, защита от пренапрежение, и свръх-токова защита.

Избор на SMPS Driver IC

Всяка SMPS верига изисква IC за управление на захранването, известна също като превключваща IC или SMPS IC или Drier IC. Нека обобщим дизайнерските съображения, за да изберем идеалната интегрална схема за управление на захранването, която ще е подходяща за нашия дизайн. Нашите изисквания за дизайн са

12W мощност. 12V 1A при пълно натоварване.
Входящ рейтинг по европейски стандарт. 85-265VAC при 50Hz
Защита от пренапрежение на входа. Максимално входно напрежение 275VAC.
Изходно късо съединение, защита от пренапрежение и пренапрежение.
Операции с постоянно напрежение.

От горните изисквания можете да избирате от широка гама интегрални схеми, но за този проект избрахме драйвера за захранване VIPer22A от STMicroelectronics. Това е много евтин IC драйвер за захранване от STMicroelectronics.

На горното изображение е показан типичният рейтинг на мощността на VIPer22A IC. Няма обаче специфициран раздел за спецификация на изходна мощност с отворена рамка или адаптер. Ние ще направим SMPS в отворена рамка и за европейския рейтинг на входа. В такъв сегмент VIPer22A може да осигури 20W мощност. Ще го използваме за 12W мощност. В Конекторите VIPer22A IC е даден в изображението по-долу.

Проектиране на верига за захранване VIPer22A

Най-добрият начин за изграждане на веригата е използването на софтуер за проектиране на захранване. Можете да изтеглите софтуера за проектиране VIPer версия 2.24, за да използвате VIPer22A, последната версия на този софтуер вече не поддържа VIPer22A. Това е отличен софтуер за проектиране на захранване от STMicroelectronics. Чрез предоставяне на информация за проектните изисквания може да се генерира пълната схема на захранването. Схемата VIPer22A за този проект, генерирана от софтуера, е показана по-долу

Преди да преминем направо към изграждането на прототипната част, нека разгледаме работата на веригата. Веригата има следните секции -

Защита от пренапрежение на входа и SMPS
Входен филтър
AC-DC преобразуване
Схема на водача или комутационна верига
Схема на затягане.
Магнетика и галванична изолация.
EMI филтър
Вторичен токоизправител
Филтърна секция
Раздел за обратна връзка.

Защита от пренапрежение на входа и SMPS.

Този раздел се състои от два компонента, F1 и RV1. F1 е 1A 250VAC бавен предпазител, а RV1 е 7 mm 275V MOV (метален оксиден варистор). По време на пренапрежение с високо напрежение (повече от 275VAC), MOV стана кратък и изгасва входния предпазител. Въпреки това, поради функцията за бавен удар, предпазителят издържа на пусков ток през SMPS.

Входен филтър

Кондензаторът C3 е 250VAC кондензатор за линеен филтър. Това е кондензатор от тип X, подобен на този, който използвахме в нашия дизайн на веригата за по-малко захранване на трансформатора.

AC-DC преобразуване.

Преобразуването в AC DC се извършва с помощта на пълен мостов диод на DB107. Това е 1000V 1A изправител диод. Филтрирането се извършва с помощта на 22uF 400V кондензатор. По време на този прототип обаче използвахме много голяма стойност на кондензатора. Вместо 22uF, ние използвахме 82uF кондензатор поради наличието на кондензатор. Такъв кондензатор с висока стойност не е необходим за работата на веригата. 22uF 400V е достатъчно за 12W мощност.

Схема на водача или комутационна верига.

VIPer22A изисква захранване от наклонената намотка на трансформатора. След като получи напрежението на отклонението, VIPer започва да превключва през трансформатора, използвайки вграден MOSFET с високо напрежение. D3 се използва за преобразуване на изхода на AC пристрастия в постоянен ток, а R1, 10 Ohm резистор се използва за управление на пусковия ток. Кондензаторът на филтъра е 4.7uF 50V за изглаждане на DC пулсациите.

Схема на затягане

Трансформаторът действа на огромен индуктор в силовия драйвер IC VIPer22. Следователно, по време на изключващия цикъл, трансформаторът създава пикове с високо напрежение поради индуктивността на изтичане на трансформатора. Тези високочестотни скокове на напрежение са вредни за интегралната схема на драйвера на захранването и могат да причинят повреда на комутационната верига. По този начин това трябва да бъде потиснато от диодната скоба през трансформатора. D1 и D2 се използват за веригата на скобата. D1 е диодът на TVS, а D2 е ултра бърз диод за възстановяване. D1 се използва за затягане на напрежението, докато D2 се използва като блокиращ диод. Според проекта целевото напрежение на затягане (VCLAMP) е 200V. Следователно, P6KE200A е избран и за проблеми, свързани с ултрабързо блокиране, UF4007 е избран като D2.

Магнетика и галванична изолация.

Трансформаторът е феромагнитен трансформатор и той не само преобразува променливотоковото напрежение с високо напрежение в променливотоково напрежение с ниско напрежение, но също така осигурява галванична изолация. Той има три реда за навиване. Първична, спомагателна или наклонена намотка и вторична намотка.

EMI филтър.

EMI филтрирането се извършва от кондензатора С4. Той увеличава имунитета на веригата, за да намали високите EMI смущения. Това е кондензатор от Y-клас с напрежение 2kV.

Вторичен токоизправител и снубер верига.

Изходът от трансформатора се коригира и преобразува в постоянен ток с помощта на D6, диод на токоизправител на Шотки. Тъй като изходният ток е 2A, за тази цел е избран 3A 60V диод. SB360 е с диод на Шотки с номинален 3A 60V.

Филтърна секция.

С6 е филтърният кондензатор. Това е кондензатор с ниско ESR за по-добро отхвърляне на пулсации. Също така се използва LC пост-филтър, където L2 и C7 осигуряват по-добро отхвърляне на пулсации в изхода.

Раздел за обратна връзка.

Изходното напрежение се усеща от U3 TL431 и R6 и R7. След засичане на линията, U2, оптронът се управлява и галванично изолира вторичната сензорна обратна връзка с основния страничен контролер. Най- PC817 е Оптоизолация. Той има две страни, транзистор и LED вътре в него. Чрез управление на светодиода транзисторът се управлява. Тъй като комуникацията се осъществява чрез оптика, тя няма пряка електрическа връзка, поради което удовлетворява и галваничната изолация на веригата за обратна връзка.

Сега, тъй като светодиодът директно управлява транзистора, като осигурява достатъчно пристрастия през светодиода Optocoupler, човек може да контролира транзистора Optocoupler, по-точно верига на драйвера. Тази система за управление се използва от TL431. Шунтов регулатор. Тъй като шунтиращият регулатор има резисторен разделител през референтния щифт, той може да управлява оптодвойника, който е свързан през него. Пинът за обратна връзка има референтно напрежение 2,5V. Следователно TL431 може да бъде активен само ако напрежението на делителя е достатъчно. В нашия случай делителят на напрежението е настроен на стойност 5V. Следователно, когато изходът достигне 5V, TL431 получава 2,5V през референтния щифт и по този начин активира светодиода на оптрона, който контролира транзистора на оптрона и индиректно управлява TNY268PN. Ако напрежението не е достатъчно на изхода, превключващият цикъл незабавно се спира.

Първо, TNY268PN активира първия цикъл на превключване и след това усеща своя EN щифт. Ако всичко е наред, той ще продължи да превключва, ако не, ще опита отново след известно време. Този цикъл продължава, докато всичко се нормализира, като по този начин се предотвратяват проблеми с късо съединение или пренапрежение. Ето защо това се нарича топология на обратното предаване, тъй като изходното напрежение се връща обратно към драйвера за засичане на свързани операции. Също така, опитващият цикъл се нарича режим на хълцане при състояние на повреда.

Изграждане на превключващ трансформатор за верига VIPER22ASMPS

Нека да видим генерираната диаграма на конструкцията на трансформатора. Тази диаграма е получена от софтуера за проектиране на захранване, който обсъдихме по-рано.

Сърцевината е E25 / 13/7 с въздушна междина от 0,36 мм. Първичната индуктивност е 1mH. За конструкцията на този трансформатор са необходими следните неща. Ако сте нов в конструкцията на трансформатора, моля, прочетете статията за това как да изградите свой собствен SMPS трансформатор.

Полиестерна лента
E25 / 13/7 двойки жила с 0,36 мм въздушна междина.
30 AWG медна жица
43 AWG медна жица (Използвахме 36 AWG поради липса)
23 AWG (Използвахме и 36 AWG за този)
Хоризонтална или вертикална кабина (използвахме хоризонтална кабина)
Писалка за задържане на калерчето по време на навиване.

Стъпка 1: Дръжте сърцевината с помощта на писалка, стартирайте 30 AWG меден проводник от щифт 3 на калерчето и продължете 133 оборота по посока на часовниковата стрелка към щифта 1. Нанесете 3 слоя полиестерна лента.

Стъпка 2: Стартирайте намотката Bias с помощта на 43 AWG медна жица от щифт 4 и продължете до 31 оборота и завършете намотката на щифт 5. Нанесете 3 слоя полиестерна лента.

Стартирайте намотката Bias с помощта на 43 AWG медна жица от щифт 4 и продължете до 31 оборота и завършете намотката на щифт 5. Нанесете 3 слоя полиестерна лента.

Стъпка 3: Стартирайте вторичната намотка от щифт 10 и продължете по часовниковата стрелка от 21 оборота. Нанесете 4 слоя полиестерна лента.

Стъпка 4: Закрепете хлътналото ядро с тиксото, обвиващо една до друга. Това ще намали вибрациите по време на пренос на потоци с висока плътност.

След като изграждането приключи, трансформаторът се тества с LCR метър за измерване на индуктивността на бобините. Измервателният уред показва 913 mH, което е близо до първичната индуктивност 1 mH.

Изграждане на VIPer22A SMPS верига:

След като е проверен рейтингът на трансформатора, можем да пристъпим към запояване на всички компоненти на платка Vero, както е дадено в схемата. Моята дъска, след като свършете работата по запояване, изглеждаше така по-долу

Тестване на верига VIPer22A за 12V 1A SMPS:

За да тествам веригата, свързах входната страна към мрежовото захранване чрез VARIAC, за да контролирам входното променливо напрежение на мрежата. На изображението по-долу е показано изходното напрежение при 225VAC.

Както можете да видите на изходната страна, ние получаваме 12.12V, което е близо до желаното 12V изходно напрежение. Цялата работа е показана във видеото, приложено в долната част на тази страница. Надявам се, че сте разбрали урока и сте се научили как да изградите свои собствени SMPS вериги с ръчно изработен трансформатор. Ако имате въпроси, оставете ги в раздела за коментари по-долу.