12V 1a design af strømforsyningskredsløb ved hjælp af viper22a

Switched mode strømforsyningskredsløb (SMPS) kræves oftest i mange elektroniske designs for at konvertere AC-netspændingen til et passende niveau af DC-spænding, som enheden kan fungere. Denne type AC-DC-omformere optager 230V / 110V AC-netspænding som input og konverterer den til lavt niveau DC-spænding ved at skifte den, deraf strømforsyningen til navneskifttilstand. Vi har allerede bygget få SMPS-kredsløb tidligere som dette 5V 2A SMPS-kredsløb og 12V 1A TNY268 SMPS-kredsløb. Vi byggede endda vores egen SMPS-transformer, der kunne bruges i vores SMPS-design sammen med driver-IC. I dette projekt bygger vi endnu et 12V 1A SMPS-kredsløb ved hjælp af VIPer22A, som er et populært billigt SMPS-driver IC fra STMicroelectronics. Denne vejledning fører dig gennem hele kredsløbet og forklarer ogsåhvordan man bygger din egen transformer til VIPER-kredsløb. Interessant lige lad os komme i gang.

VIPer22A Specifikationer for design af strømforsyning

Det samme som det forrige SMPS-baserede projekt fungerer forskellige slags strømforsyning i forskellige miljøer og fungerer i en bestemt input-output-grænse. Denne SMPS har også en specifikation. Derfor skal der foretages korrekt specifikationsanalyse, inden du fortsætter med det faktiske design.

Input specifikation: Dette vil være en SMPS i AC til DC konverteringsdomæne. Derfor vil input være AC. I dette projekt er indgangsspændingen fast. Det er ifølge den europæiske standardspændingsklassificering. Så indgangsspændingen for denne SMPS vil være 220-240VAC. Det er også standardspændingen i Indien.

Udgangsspecifikation: Udgangsspændingen vælges som 12V med 1A strømstrøm. Således bliver det 12W output. Da denne SMPS vil give konstant spænding uanset belastningsstrømmen, fungerer den i CV-tilstand (konstant spænding). Udgangsspændingen vil også være konstant og stabil ved den laveste indgangsspænding med maksimal belastning (2A) på tværs af udgangen.

Udgangsspænding: Det er meget ønsket, at en god strømforsyning har en rippelspænding på mindre end 30 mV pk-pk. Den målrettede krusningsspænding er den samme for denne SMPS, mindre end 30 mV pk-pk krusning. SMPS output krusning er dog meget afhængig af SMPS konstruktion, PCB og typen af ​​kondensator anvendes. Vi brugte lav ESR-kondensator på 105 graders rating fra Wurth Electronics, og den forventede udgangsrippel ser ud til at være nedenfor.

Beskyttelseskredsløb: Der er forskellige beskyttelseskredsløb, der kan anvendes i en SMPS til en sikker og pålidelig drift. Beskyttelseskredsløbet beskytter SMPS såvel som den tilknyttede belastning. Afhængigt af typen kan beskyttelseskredsløb forbindes på tværs af input eller på tværs af output. Til denne SMPS vil indgangsspændingsbeskyttelse blive brugt med en maksimal driftsindgangsspænding på 275VAC. For at håndtere EMI-problemer vil der også blive brugt et common mode-filter til at slette det genererede EMI. På udgangssiden inkluderer vi kortslutningsbeskyttelse, overspændingsbeskyttelse og overstrømsbeskyttelse.

Valg af SMPS Driver IC

Hvert SMPS-kredsløb kræver en strømstyrings-IC, også kendt som switch IC eller SMPS IC eller Drier IC. Lad os sammenfatte designovervejelserne for at vælge den ideelle strømstyrings-IC, der passer til vores design. Vores designkrav er

1. 12W output. 12V 1A ved fuld belastning.
2. European Standard input rating. 85-265VAC ved 50Hz
3. Input overspændingsbeskyttelse. Maksimal indgangsspænding 275VAC.
4. Output kortslutning, overspænding og overstrømsbeskyttelse.
5. Konstant spændingsoperationer.

Fra ovenstående krav er der en bred vifte af IC'er at vælge imellem, men til dette projekt har vi valgt, VIPer22A power driver fra STMicroelectronics. Det er en meget billig driver driver IC fra STMicroelectronics.

I ovenstående billede vises den typiske effektvurdering af VIPer22A IC. Der er dog ingen specificeret sektion til specifikation for åben ramme eller adaptertype. Vi laver SMPS i åben ramme og til den europæiske input-rating. I et sådant segment kunne VIPer22A levere 20W output. Vi bruger det til 12W output. Den VIPer22A IC pinout er givet i nedenstående billede.

Design af et VIPer22APower forsyningskredsløb

Den bedste måde at opbygge kredsløbet på er ved hjælp af Power Supply Design-software. Du kan downloade VIPer Design Software version 2.24 for at bruge VIPer22A, den nyeste version af denne software understøtter ikke længere VIPer22A. Det er fremragende software til strømforsyningsdesign fra STMicroelectronics. Ved at give information om designkrav kan det komplette strømforsyningsdiagram genereres. Den VIPer22A kredsløb til dette projekt genereret af softwaren er vist nedenfor

Før vi går lige ind i opbygningen af ​​prototypedelen, lad os udforske kredsløbets funktion. Kredsløbet har følgende afsnit -

1. Inputbølge og SMPS-fejlbeskyttelse
2. Indgangsfilter
3. AC-DC konvertering
4. Driverkredsløb eller Skiftekredsløb
5. Klemkredsløb.
6. Magnetik og galvanisk isolering.
7. EMI-filter
8. Sekundær ensretter
9. Filtersektion
10. Feedback sektion.

Inputbølge og SMPS-fejlbeskyttelse.

Dette afsnit består af to komponenter, F1 og RV1. F1 er en 1A 250VAC sikring med langsom slag og RV1 er en 7mm 275V MOV (Metal Oxide Varistor). Under en højspændingsbølge (mere end 275VAC) blev MOV død kort og blæser indgangssikringen. På grund af den langsomme blæse-funktion modstår sikringen imidlertid indgangsstrøm gennem SMPS.

Indgangsfilter

Kondensatoren C3 er en 250VAC linjefilterkondensator. Det er en kondensator af typen X, der ligner den, vi brugte i vores transformer mindre strømforsyningskredsløb.

AC-DC konvertering.

AC DC-konvertering udføres ved hjælp af DB107 full bridge-ensretterdiode. Det er en 1000V 1A-klassificeret ensretterdiode. Filtreringen udføres ved hjælp af 22uF 400V kondensator. Under denne prototype brugte vi dog en meget stor værdi af kondensator. I stedet for 22uF brugte vi 82uF kondensator på grund af tilgængeligheden af ​​kondensatoren. Sådan kondensator med høj værdi er ikke påkrævet til driften af ​​kredsløbet. 22uF 400V er tilstrækkelig til 12W output.

Driver kredsløb eller skifte kredsløb.

VIPer22A kræver strøm fra transformatorens biasvikling. Efter at have fået forspændingen, begynder VIPer at skifte over transformeren ved hjælp af en indbygget højspændingsmosfet. D3 bruges til at konvertere AC-bias-output til en DC, og R1, 10 Ohm-modstanden bruges til at kontrollere startstrømmen. Filterkondensatoren er en 4.7uF 50V til udjævning af DC-krusningen.

Klemkredsløb

Transformeren fungerer som en enorm induktor på tværs af driveren IC VIPer22. Derfor skaber transformatoren under frakoblingscyklussen højspændingsspidser på grund af transformatorens lækageinduktans. Disse højfrekvente spændingsspidser er skadelige for driveren IC og kan forårsage svigt i skifte kredsløbet. Således skal dette undertrykkes af diodeklemmen på tværs af transformeren. D1 og D2 bruges til klemkredsen. D1 er TVS-dioden, og D2 er en ultrahurtig genoprettelsesdiode. D1 bruges til at spænde spændingen, mens D2 bruges som en blokerende diode. I henhold til designet er den målrettede fastspændingsspænding (VCLAMP) 200V. Derfor P6KE200A er valgt, og til ultrahurtig blokeringsrelaterede problemer vælges UF4007 som D2.

Magnetik og galvanisk isolering.

Transformatoren er en ferromagnetisk transformer, og den konverterer ikke kun højspændings AC til lavspændings AC, men giver også galvanisk isolering. Det har tre viklingsordrer. Primær, hjælpe- eller biasvikling og sekundærvikling.

EMI-filter.

EMI-filtrering udføres af C4 kondensatoren. Det øger kredsløbets immunitet for at reducere den høje EMI-interferens. Det er en Y-klasse kondensator med en spænding på 2kV.

Sekundær ensretter og snubber kredsløb.

Outputtet fra transformeren er rettet og konverteret til DC ved hjælp af D6, en Schottky-ensretterdiode. Da udgangsstrømmen er 2A, vælges 3A 60V diode til dette formål. SB360 er 3A 60V Schottky-diode.

Filtersektion.

C6 er filterkondensatoren. Det er en lav ESR-kondensator til bedre afvisning af krusninger. Der anvendes også et LC-postfilter, hvor L2 og C7 giver bedre afstødning af krusninger på tværs af output.

Feedback sektion.

Udgangsspændingen registreres af U3 TL431 og R6 og R7. Efter registrering af linjen U2 styres Optocoupleren og galvanisk isolerer den sekundære feedback sensing del med den primære sidestyring. Den PC817 er en optokobler. Den har to sider, en transistor og en LED inde i den. Ved at styre LED'en styres transistoren. Da kommunikationen udføres optisk, har den ingen direkte elektrisk forbindelse, hvilket også tilfredsstiller den galvaniske isolering på feedback-kredsløbet.

Nu, da LED'en direkte styrer transistoren, kan man ved at tilvejebringe tilstrækkelig bias over Optocoupler-LED'en styre Optocoupler-transistoren, mere specifikt driverkredsløb. Dette kontrolsystem anvendes af TL431. En shuntregulator. Da shuntregulatoren har en modstandsdeler hen over referencestiften, kan den styre Optocoupler-ledningen, der er forbundet over den. Feedbackstiften har en referencespænding på 2,5V. Derfor kan TL431 kun være aktiv, hvis spændingen over skillelinjen er tilstrækkelig. I vores tilfælde er spændingsdeleren indstillet til en værdi på 5V. Derfor, når output når 5V, får TL431 2,5V over referencestiften og aktiverer således Optocoupler's LED, som styrer transistoren på Optocoupler og indirekte styrer TNY268PN. Hvis spændingen ikke er tilstrækkelig på tværs af udgangen, afbrydes omskiftningscyklussen straks.

Først aktiverer TNY268PN den første skiftecyklus og registrerer derefter dens EN-pin. Hvis alt er i orden, fortsætter det skiftet, hvis ikke, prøver det igen efter engang. Denne sløjfe fortsættes, indtil alt bliver normalt, hvilket forhindrer kortslutnings- eller overspændingsproblemer. Dette kaldes flyback-topologi, da udgangsspændingen flyves tilbage til driveren for at registrere relaterede operationer. Prøvesløjfen kaldes også en hikke-funktionstilstand under fejltilstanden.

Konstruktion af skifte transformer til VIPER22ASMPS kredsløb

Lad os se det genererede transformer konstruktionsdiagram. Dette diagram er hentet fra designsoftwaren til strømforsyningen, som vi diskuterede tidligere.

Kernen er E25 / 13/7 med en luftspalte på 0,36 mm. Den primære induktans er 1mH. Følgende ting er nødvendige til konstruktionen af ​​denne transformer. Hvis du er ny inden for transformerkonstruktion, skal du læse artiklen om, hvordan du bygger din egen SMPS-transformer.

1. Polyesterbånd
2. E25 / 13/7 Core-par med 0,36 mm luftspalte.
3. 30 AWG kobbertråd
4. 43 AWG kobbertråd (vi brugte 36 AWG på grund af utilgængelighed)
5. 23 AWG (vi brugte også 36 AWG til denne)
6. Vandret eller lodret spole (vi brugte vandret spole)
7. En pen til at holde spolen under vikling.

Trin 1: Hold kernen ved hjælp af en pen, start 30 AWG kobbertråd fra pin 3 på spolen og fortsæt 133 drejninger med uret til pin 1. Påfør 3 lag polyestertape.

Trin 2: Start forspændingsviklingen ved hjælp af 43 AWG kobbertråd fra pin 4 og fortsæt til de 31 omdrejninger og afslut viklingen ved pin 5. Påfør 3 lag polyesterbånd.

Start biasviklingen ved hjælp af 43 AWG kobbertråd fra pin 4 og fortsæt til de 31 omdrejninger og afslut viklingen ved pin 5. Påfør 3 lag polyestertape.

Trin 3: Start sekundærviklingen fra pin 10 og fortsæt viklingen med uret på 21 drejninger. Påfør 4 lag polyesterbånd.

Trin 4: Fastgør den lukkede kerne med båndindpakningen side om side. Dette vil reducere vibrationen under fluxoverførsel med høj densitet.

Når konstruktionen er udført, testes transformeren med et LCR-meter for at måle spolernes induktansværdi. Måleren viser 913 mH, hvilket er tæt på 1 mH primær induktans.

Opbygning af VIPer22A SMPS-kredsløb:

Med vurderingen af ​​transformer bekræftet, kan vi fortsætte med lodning af alle komponenter på et Vero-kort som angivet i kredsløbsdiagrammet. Mit bord, når loddejobbet var udført, så ud som dette nedenfor

Test af VIPer22A-kredsløb til 12V 1A SMPS:

For at teste kredsløbet tilsluttede jeg indgangssiden til strømforsyningen via en VARIAC for at styre indgangsspændingen. I nedenstående billede vises udgangsspændingen ved 225VAC.

Som du kan se på udgangssiden får vi 12.12V, hvilket er tæt på den ønskede 12V udgangsspænding. Det komplette arbejde vises i den vedhæftede video nederst på denne side. Håber du forstod vejledningen og lærte at opbygge dine egne SMPS-kredsløb med en håndlavet transformer. Hvis du har spørgsmål, skal du lade dem være i kommentarfeltet nedenfor.