12V 1a barošanas ķēdes dizains, izmantojot viper22a

Pārslēgtā režīma barošanas ķēdes (SMPS) visbiežāk ir nepieciešamas daudzos elektroniskos projektos, lai pārveidotu maiņstrāvas tīkla spriegumu piemērotā līdzstrāvas sprieguma līmenī, lai ierīce darbotos. Šāda veida maiņstrāvas-līdzstrāvas pārveidotāji kā ieeju uzņem 230V / 110V maiņstrāvas tīkla spriegumu un pārveido to par zemu līdzstrāvas spriegumu, to pārslēdzot, tāpēc tiek nosaukts slēdža režīma barošanas avots. Mēs jau iepriekš esam izveidojuši dažas SMPS shēmas, piemēram, šo 5V 2A SMPS shēmu un 12V 1A TNY268 SMPS shēmu. Mēs pat izveidojām savu SMPS transformatoru, ko varētu izmantot mūsu SMPS dizainā kopā ar draivera IC. Šajā projektā mēs izveidosim vēl vienu 12V 1A SMPS shēmu, izmantojot VIPer22A, kas ir populārs zemu izmaksu SMPS draivera IC no STMicroelectronics. Šī apmācība jūs aizvedīs visā ķēdē un arī paskaidroskā izveidot savu transformatoru VIPER ķēdei. Interesanti labi, sāksim.

VIPer22A barošanas avota konstrukcijas specifikācijas

Tāpat kā iepriekšējais uz SMPS balstītais projekts, dažāda veida strāvas padeve darbojas dažādās vidēs un darbojas noteiktā ieejas-izejas robežās. Šim SMPS ir arī specifikācija. Tāpēc pirms faktiskā projekta izstrādes jāveic pareiza specifikāciju analīze.

Ievades specifikācija: tas būs SMPS maiņstrāvas līdz līdzstrāvas pārveidošanas domēnā. Tāpēc ievade būs maiņstrāva. Šajā projektā ieejas spriegums ir fiksēts. Tas atbilst Eiropas standarta sprieguma vērtējumam. Tātad šī SMPS ieejas maiņstrāvas spriegums būs 220–240 V AC. Tas ir arī Indijas standarta sprieguma vērtējums.

Izejas specifikācija: izejas spriegums tiek izvēlēts kā 12V ar strāvas stiprumu 1A. Tādējādi tā būs 12 W jauda. Tā kā šis SMPS nodrošinās pastāvīgu spriegumu neatkarīgi no slodzes strāvas, tas darbosies CV (pastāvīgā sprieguma) režīmā. Arī izejas spriegums būs nemainīgs un stabils pie zemākā ieejas sprieguma ar maksimālo slodzi (2A) pāri izejai.

Izejas pulsācijas spriegums: ir ļoti vēlams, lai laba barošanas avota pulsācijas spriegums būtu mazāks par 30 mV pk-pk. Mērķa pulsācijas spriegums šim SMPS ir vienāds, mazāks par 30 mV pk-pk pulsāciju. Tomēr SMPS izejas pulsācija ir ļoti atkarīga no SMPS konstrukcijas, tiek izmantota PCB un kondensatora tips. Mēs izmantojām Wurth Electronics zemu ESR kondensatoru ar 105 grādu vērtējumu, un paredzamais izejas pulsācija šķiet zemāka.

Aizsardzības shēmas: SMPS drošai un uzticamai darbībai var izmantot dažādas aizsardzības shēmas. Aizsardzības shēma aizsargā SMPS, kā arī ar to saistīto slodzi. Atkarībā no veida aizsardzības ķēdi var savienot pāri ieejai vai izejai. Šim SMPS tiks izmantota ieejas pārsprieguma aizsardzība ar maksimālo darba ieejas spriegumu 275VAC. Turklāt, lai risinātu EMI problēmas, ģenerētā EMI aizpildīšanai tiks izmantots kopēja režīma filtrs. Izejas pusē mēs iekļausim īsslēguma aizsardzība, pārsprieguma aizsardzība, un pār-pašreizējo aizsardzību.

SMPS draivera IC atlase

Katrai SMPS shēmai ir nepieciešams enerģijas pārvaldības IC, kas pazīstams arī kā komutācijas IC vai SMPS IC vai Drier IC. Apkoposim dizaina apsvērumus, lai izvēlētos ideālo enerģijas pārvaldības IC, kas būs piemērots mūsu dizainam. Mūsu prasības attiecībā uz dizainu ir

1. 12 W izeja. 12V 1A pie pilnas slodzes.
2. Eiropas standarta ievades vērtējums. 85-265VAC pie 50Hz
3. Ievades aizsardzība pret pārspriegumu. Maksimālais ieejas spriegums 275VAC.
4. Izejas īssavienojums, pārsprieguma un strāvas aizsardzība.
5. Pastāvīgas sprieguma darbības.

No iepriekšminētajām prasībām ir plašs IC, no kuriem izvēlēties, taču šim projektam mēs esam izvēlējušies VIPM22A barošanas draiveri no STMicroelectronics. Tas ir ļoti lēts strāvas draivera IC no STMicroelectronics.

Iepriekš redzamajā attēlā ir parādīts VIPer22A IC tipiskais jaudas rādītājs. Tomēr nav noteikta sadaļa atvērta rāmja vai adaptera tipa jaudas izvades specifikācijai. Mēs izveidosim SMPS atvērtā rāmī un Eiropas ievades vērtējumam. Šādā segmentā VIPer22A varētu nodrošināt 20W jaudu. Mēs to izmantosim 12 W izejai. VIPer22A IC pinout ir dots zemāk attēlā.

VIPer22APower barošanas ķēdes projektēšana

Labākais veids, kā izveidot ķēdi, ir programmatūra Power Supply Design. Varat lejupielādēt VIPer Design Software versiju 2.24, lai izmantotu VIPer22A, jaunākā šīs programmatūras versija vairs neatbalsta VIPer22A. Tā ir lieliska strāvas padeves projektēšanas programmatūra no STMicroelectronics. Sniedzot informāciju par konstrukcijas prasībām, var izveidot pilnīgu barošanas avota shēmu. Programmas ģenerētā VIPer22A shēma šim projektam ir parādīta zemāk

Pirms doties taisni uz prototipa daļas izveidi, izpētīsim ķēdes darbību. Ķēdei ir šādas sadaļas -

1. Ieejas pārsprieguma un SMPS bojājumu aizsardzība
2. Ievades filtrs
3. AC-DC pārveidošana
4. Vadītāja shēma vai komutācijas ķēde
5. Skavas ķēde.
6. Magnētika un galvaniskā izolācija.
7. EMI filtrs
8. Sekundārais taisngriezis
9. Filtrēt sadaļu
10. Atsauksmju sadaļa.

Ieejas pārsprieguma un SMPS bojājumu aizsardzība.

Šī sadaļa sastāv no divām sastāvdaļām, F1 un RV1. F1 ir 1A 250VAC lēna drošinātājs un RV1 ir 7mm 275V MOV (metāla oksīda varistors). Augsta sprieguma pārsprieguma laikā (vairāk nekā 275 VAC) MOV kļuva īslaicīgi un izpūš ievades drošinātāju. Tomēr lēnā trieciena funkcijas dēļ drošinātājs iztur ieslēgšanas strāvu caur SMPS.

Ievades filtrs

Kondensators C3 ir 250VAC līnijas filtra kondensators. Tas ir X tipa kondensators, kas ir līdzīgs tam, ko mēs izmantojām mūsu transformatoram bez strāvas padeves ķēdes.

AC-DC pārveidošana.

Maiņstrāvas līdzstrāvas pārveidošana tiek veikta, izmantojot pilna tilta taisngrieža diode DB107. Tas ir 1000V 1A vērtēts taisngrieža diode. Filtrēšana tiek veikta, izmantojot 22uF 400V kondensatoru. Tomēr šī prototipa laikā mēs izmantojām ļoti lielu kondensatora vērtību. Tā vietā, lai iegūtu 22uF, kondensatora pieejamības dēļ mēs izmantojām 82uF kondensatoru. Tik lielas vērtības kondensators ķēdes darbībai nav nepieciešams. 12 W izejas vērtībai pietiek ar 22uF 400 V.

Vadītāja shēma vai komutācijas ķēde.

VIPer22A prasa enerģiju no transformatora aizspriedumiem. Pēc neobjektīva sprieguma iegūšanas VIPer sāk pāriet uz transformatoru, izmantojot iebūvētu augstsprieguma mosfetu. D3 izmanto maiņstrāvas novirzes izejas pārveidošanai par līdzstrāvu un R1, 10 Ohm rezistoru izmanto ieslēgšanas strāvas kontrolei. Filtra kondensators ir 4,7 uF 50 V līdzstrāvas viļņošanās izlīdzināšanai.

Skavas ķēde

Transformators darbojas ar milzīgu induktoru visā strāvas draiverī IC VIPer22. Tāpēc izslēgšanas cikla laikā transformators rada augstsprieguma tapas transformatora noplūdes induktivitātes dēļ. Šīs augstfrekvences sprieguma tapas ir kaitīgas strāvas draivera IC un var izraisīt komutācijas ķēdes kļūmi. Tādējādi tas jānomāc ar diodes skavu pāri transformatoram. D1 un D2 tiek izmantoti skavas ķēdei. D1 ir TVS diode un D2 ir īpaši ātrs atkopšanas diode. D1 tiek izmantots sprieguma saspiešanai, savukārt D2 tiek izmantots kā bloķēšanas diode. Saskaņā ar konstrukciju mērķtiecīgais stiprinājuma spriegums (VCLAMP) ir 200 V. Tāpēc P6KE200A ir atlasīts un ar ļoti ātru bloķēšanu saistītiem jautājumiem UF4007 tiek izvēlēts kā D2.

Magnētika un galvaniskā izolācija.

Transformators ir feromagnētisks transformators, un tas ne tikai pārveido augstsprieguma maiņstrāvu par zema sprieguma maiņstrāvu, bet arī nodrošina galvanisko izolāciju. Tam ir trīs likvidācijas pasūtījumi. Primārā, papildu vai slīpo tinumu un sekundāro tinumu.

EMI filtrs.

EMI filtrēšanu veic C4 kondensators. Tas palielina ķēdes imunitāti, lai samazinātu augstos EMI traucējumus. Tas ir Y klases kondensators ar spriegumu 2kV.

Sekundārā taisngrieža un strūklas ķēde.

Transformatora izeja tiek izlīdzināta un pārveidota par līdzstrāvu, izmantojot D6, Schottky taisngrieža diode. Tā kā izejas strāva ir 2A, šim nolūkam tiek izvēlēts 3A 60V diode. SB360 ir 3A 60V vērtēts Schottky diode.

Filtrēt sadaļu.

C6 ir filtra kondensators. Tas ir zems ESR kondensators labākai pulsācijas noraidīšanai. Tiek izmantots arī LC pēcfiltrs, kur L2 un C7 nodrošina labāku pulsācijas noraidīšanu visā izvadē.

Atsauksmju sadaļa.

Izejas spriegumu uztver U3 TL431 un R6 un R7. Pēc līnijas U2 uztveršanas Optocoupler tiek kontrolēts un sekundāri atgriezeniskās saites sensoru galvaniski izolēts ar primāro sānu kontrolieri. PC817 ir Optocoupler. Tam ir divas puses, tranzistors un LED iekšpusē. Vadot LED, tiek kontrolēts tranzistors. Tā kā komunikācija notiek optiski, tai nav tieša elektriskā savienojuma, tādējādi apmierinot arī atgriezeniskās saites ķēdes galvanisko izolāciju.

Tagad, kad gaismas diode tieši kontrolē tranzistoru, nodrošinot pietiekamu neobjektivitāti visā Optocoupler LED, var kontrolēt Optocoupler tranzistoru, precīzāk - vadītāja shēmu. Šo vadības sistēmu izmanto TL431. Šunta regulators. Tā kā šunta regulatoram ir rezistora dalītājs visā tā atskaites tapā, tas var kontrolēt Optocoupler vadu, kas tam ir savienots. Atgriezeniskās tapas atskaites spriegums ir 2,5 V. Tāpēc TL431 var būt aktīvs tikai tad, ja sadalītājā ir pietiekams spriegums. Mūsu gadījumā sprieguma dalītājs ir iestatīts uz vērtību 5V. Tāpēc, ja izeja sasniedz 5 V, TL431 pāri 2,5 V pāri atskaites tapai un tādējādi aktivizē Optocoupler LED, kas kontrolē Optocoupler tranzistoru un netieši kontrolē TNY268PN. Ja izejā spriegums nav pietiekams, pārslēgšanas cikls tiek nekavējoties apturēts.

Pirmkārt, TNY268PN aktivizē pirmo pārslēgšanās ciklu un pēc tam nojauš tā EN tapu. Ja viss ir kārtībā, tas turpinās pārslēgšanos, ja nē, pēc kāda laika mēģinās vēlreiz. Šī cilpa turpinās, līdz viss kļūst normāls, tādējādi novēršot īssavienojuma vai pārsprieguma problēmas. Tāpēc to sauc par lidojuma topoloģiju, jo izejas spriegums tiek novadīts atpakaļ vadītājam, lai noteiktu ar to saistītas darbības. Arī mēģinošo cilpu sauc par žagas darbības režīmu kļūmes stāvoklī.

Komutācijas transformatora uzbūve VIPER22ASMPS shēmai

Apskatīsim ģenerēto transformatoru uzbūves shēmu. Šī diagramma ir iegūta no barošanas avota projektēšanas programmatūras, kuru mēs iepriekš apspriedām.

Kodols ir E25 / 13/7 ar gaisa atstarpi 0,36 mm. Primārā induktivitāte ir 1mH. Lai izveidotu šo transformatoru, ir nepieciešamas šādas lietas. Ja esat jauns transformatoru būvniecības jomā, lūdzu, izlasiet rakstu par to, kā izveidot savu SMPS transformatoru.

1. Poliestera lente
2. E25 / 13/7 serdeņu pāri ar 0,36 mm gaisa spraugu.
3. 30 AWG vara stieple
4. 43 AWG vara stieple (mēs izmantojām 36 AWG nepieejamības dēļ)
5. 23 AWG (šim arī izmantojām 36 AWG)
6. Horizontālā vai vertikālā spole (mēs izmantojām horizontālo spoli)
7. Pildspalva spoles turēšanai tinuma laikā.

1. solis: Turiet serdi, izmantojot pildspalvu, sāciet 30 AWG vara stiepli no spoles 3. tapas un turpiniet 133 pagriezienus pulksteņrādītāja virzienā līdz tapai 1. Uzklājiet 3 poliestera lentes slāņus.

2. solis: Sāciet Bias tinumu, izmantojot 43 AWG vara stiepli no 4. tapas, turpiniet līdz 31 pagriezienam un pabeidziet tinumu 5. tapā. Uzklājiet 3 poliestera lentes slāņus.

Sāciet Bias tinumu, izmantojot 43 AWG vara stiepli no 4. tapas, turpiniet līdz 31 pagriezienam un pabeidziet tinumu 5. tapā. Uzklājiet 3 poliestera lentes slāņus.

3. solis: Sāciet sekundāro tinumu no tapas 10 un turpiniet 21 pagrieziena tinumu pulksteņrādītāja kustības virzienā. Uzklājiet 4 poliestera lentes slāņus.

4. solis: Nostipriniet atstarpēto serdi ar līmlenti, kas ietinās blakus. Tas samazinās vibrāciju augsta blīvuma plūsmas pārneses laikā.

Kad konstrukcija ir pabeigta, transformatoru pārbauda ar LCR mērītāju, lai izmērītu spoles induktivitātes vērtību. Skaitītājs rāda 913 mH, kas ir tuvu 1mH primārajai induktivitātei.

VIPer22A SMPS shēmas izveide:

Pārbaudot transformatora vērtējumu, mēs varam turpināt visu komponentu lodēšanu uz Vero plāksnes, kā norādīts shēmā. Mana dēlis, kad lodēšanas darbs tika veikts, izskatījās šādi zemāk

VIPer22A ķēdes testēšana 12V 1A SMPS:

Lai pārbaudītu ķēdi, es pievienoju ievades pusi elektrotīklam, izmantojot VARIAC, lai kontrolētu ieejas maiņstrāvas tīkla spriegumu. Zemāk redzamajā attēlā parādīts izejas spriegums pie 225 VAC.

Kā redzat izejas pusē, mēs iegūstam 12,12 V, kas ir tuvu vēlamajam 12 V izejas spriegumam. Pilnīga darbība ir parādīta videoklipā, kas pievienots šīs lapas apakšdaļā. Ceru, ka jūs sapratāt apmācību un uzzinājāt, kā izveidot savas SMPS shēmas ar rokām izveidotu transformatoru. Ja jums ir kādi jautājumi, atstājiet tos komentāru sadaļā zemāk.