12V 1a tápegység áramkör kialakítása viper22a használatával

A kapcsolt üzemmódú tápfeszültség-áramkörökre (SMPS) gyakran szükség van sok elektronikus kivitelben, hogy a váltóáramú hálózati feszültséget a készülék működéséhez megfelelő DC-feszültségre alakítsák át. Ez a fajta AC-DC átalakító bemenetként felveszi a 230V / 110V váltóáramú hálózati feszültséget, és kapcsolásával alacsony szintű egyenfeszültséggé alakítja, ezért a kapcsoló üzemmódú tápegység neve. Korábban már építettünk néhány SMPS áramkört, például ezt az 5V 2A SMPS áramkört és 12V 1A TNY268 SMPS áramkört. Még saját SMPS transzformátort is készítettünk, amelyet SMPS tervezéseinkben fel lehet használni a meghajtó IC-vel együtt. Ebben a projektben egy újabb 12V 1A SMPS áramkört építünk a VIPer22A segítségével, amely az STMicroelectronics népszerű olcsó SMPS meghajtó IC-je. Ez a bemutató végigvezeti Önt a teljes körön, és elmagyarázzahogyan lehet saját transzformátort építeni a VIPER áramkörhöz. Érdekes, kezdjük.

VIPer22A tápegység tervezési specifikációk

A korábbi SMPS alapú projektekhez hasonlóan a különböző típusú tápegységek különböző környezetekben működnek, és egy adott bemeneti-kimeneti határon működnek. Ennek az SMPS-nek is van specifikációja. Ezért a tényleges tervezés folytatása előtt megfelelő specifikációs elemzést kell végezni.

Bemeneti specifikáció: Ez SMPS lesz AC-DC átalakítási tartományban. Ezért a bemenet váltóáramú lesz. Ebben a projektben a bemeneti feszültség rögzített. Ez megfelel az európai szabványos feszültségértéknek. Tehát ennek az SMPS-nek a bemenő váltakozó feszültsége 220-240 VAC lesz. Ez India szabványos feszültségértéke is.

Kimeneti specifikáció: A kimeneti feszültség értéke 12V, 1A áramértékkel. Így 12 W teljesítmény lesz. Mivel ez az SMPS a feszültségtől függetlenül állandó feszültséget biztosít, ezért CV (állandó feszültség) üzemmódban fog működni. Ezenkívül a kimeneti feszültség állandó és állandó lesz a legkisebb bemeneti feszültség mellett, maximális terheléssel (2A) a kimeneten.

Kimeneti hullámfeszültség: Nagyon kívánatos, hogy egy jó tápegység hullámfeszültsége 30 mV pk-pk alatt legyen. A célzott hullámfeszültség ennél az SMPS-nál megegyezik, kevesebb, mint 30 mV pk-pk hullám. Az SMPS kimeneti hullámzása azonban nagymértékben függ az SMPS felépítésétől, a NYÁK-t és a kondenzátor típusát használják. Alacsony ESR kondenzátort használtunk, a Wurth Electronics 105 fokos besorolását, és a várható kimeneti hullámzás alacsonyabbnak tűnik.

Védelmi áramkörök: Az SMPS-ben különféle védelmi áramkörök használhatók a biztonságos és megbízható működés érdekében. A védelmi áramkör védi az SMPS-t és a hozzá tartozó terhelést. A típustól függően a védelmi áramkör csatlakoztatható a bemeneten vagy a kimeneten keresztül. Ehhez az SMPS-hez bemeneti túlfeszültség-védelmet kell használni, amelynek maximális üzemi bemeneti feszültsége 275 VAC. Az EMI-problémák kezeléséhez egy közös módú szűrőt is használnak a létrehozott EMI kitörléséhez. A kimeneti oldalon szerepeltetni fogjuk rövidzárlat védelem, túlfeszültség-védelem, és túláram védelem.

Az SMPS Driver IC kiválasztása

Minden SMPS áramkörhez szükséges egy energiagazdálkodási IC, más néven kapcsoló IC vagy SMPS IC vagy szárító IC. Összegezzük a tervezési szempontokat, hogy kiválasszuk az ideális energiagazdálkodási IC-t, amely alkalmas lesz a tervezésünkre. Tervezési követelményeink megfelelnek

1. 12W kimenet. 12V 1A teljes terhelés mellett.
2. Európai szabvány bemeneti besorolás. 85-265VAC 50Hz-en
3. Bemeneti túlfeszültség-védelem. Maximális bemeneti feszültség 275VAC.
4. Kimeneti rövidzárlat, túlfeszültség és túláram elleni védelem.
5. Állandó feszültségű műveletek.

A fenti követelmények közül az IC-k széles skálája közül választhat, de ehhez a projekthez kiválasztottuk az STMicroelectronics VIPer22A tápegység-meghajtóját. Az STMicroelectronics nagyon olcsó áramforrás-vezérlő IC.

A fenti képen a VIPer22A IC tipikus teljesítményértéke látható. A nyitott keret vagy az adapter típusú kimeneti specifikációhoz azonban nincs külön szakasz. Az SMPS-t nyitott keretben és az európai bemeneti minősítés érdekében készítjük el. Ebben a szegmensben a VIPer22A 20 W teljesítményt tudna biztosítani. 12W-os kimenetre fogjuk használni. A VIPer22A IC pinout az alábbi képen látható.

VIPer22A tápegység áramkörének megtervezése

Az áramkör felépítésének legjobb módja az Áramellátás-tervező szoftver. A VIPer22A használatához letöltheti a VIPer Design Software 2.24-es verzióját. A szoftver legújabb verziója már nem támogatja a VIPer22A-t. Ez az STMicroelectronics kiváló tápegység-tervező szoftvere. A tervezési követelmények megadásával elkészíthető a teljes tápegység kapcsolási rajz. A szoftver által létrehozott projekt VIPer22A áramköre az alábbiakban látható

Mielőtt egyenesen belekezdenénk a prototípus felépítésébe, vizsgáljuk meg az áramkör működését. Az áramkör a következő szakaszokkal rendelkezik -

1. Bemeneti túlfeszültség és SMPS hibavédelem
2. Bemeneti szűrő
3. AC-DC átalakítás
4. Vezérlő áramkör vagy kapcsoló áramkör
5. Bilincs áramkör.
6. Mágnes és galvánszigetelés.
7. EMI szűrő
8. Másodlagos egyenirányító
9. Szűrő szakasz
10. Visszajelzés szakasz.

Bemeneti túlfeszültség és SMPS hibavédelem.

Ez a szakasz két komponensből áll, az F1 és az RV1. Az F1 egy 1A 250VAC lassú biztosíték, az RV1 pedig egy 7mm 275V MOV (Metal Oxid Varistor). Nagyfeszültség (több mint 275 VAC) túlfeszültség alatt a MOV rövidre záródott, és lefújja a bemeneti biztosítékot. A lassú fújás miatt azonban a biztosíték ellenáll az SMPS-en keresztüli bekapcsolási áramnak.

Bemeneti szűrő

A C3 kondenzátor egy 250 VAC-os vonalas szűrő kondenzátor. Ez egy X típusú kondenzátor, hasonló ahhoz, amelyet a transzformátor kevesebb áramellátási áramkör-tervezésénél használtunk.

AC-DC átalakítás.

Az AC DC átalakítás a DB107 teljes híd egyenirányító diódával történik. Ez egy 1000 V 1A névleges egyenirányító dióda. A szűrés a 22uF 400V kondenzátor segítségével történik. A prototípus során azonban nagyon nagy kondenzátort használtunk. 22uF helyett 82uF kondenzátort használtunk, a kondenzátor rendelkezésre állása miatt. Ilyen nagy értékű kondenzátorra nincs szükség az áramkör működéséhez. A 22uF 400V elegendő 12W-os kimeneti teljesítményhez.

Vezérlő áramkör vagy kapcsoló áramkör.

A VIPer22A tápellátást igényel a transzformátor előfeszített tekercséből. Miután megkapta az előfeszítő feszültséget, a VIPer egy beépített nagyfeszültségű mosfet segítségével kezd átkapcsolni a transzformátoron. A D3-at az AC előfeszültség kimenetének DC-vé alakítására, az R1, 10 Ohm ellenállást pedig a bekapcsolási áram vezérlésére használják. A szűrőkondenzátor egy 4,7uF 50 V feszültség, amely kisimítja az egyenáram hullámát.

Bilincs áramkör

A transzformátor hatalmas induktivitást fejt ki a VIPer22 IC meghajtón. Ezért a kikapcsolási ciklus alatt a transzformátor nagy feszültségű tüskéket hoz létre a transzformátor szivárgásinduktivitása miatt. Ezek a magas frekvenciájú feszültségcsúcsok károsak a hálózati meghajtó IC-re, és a kapcsoló áramkör meghibásodását okozhatják. Tehát ezt el kell nyomni a transzformátoron átívelő dióda-szorítóval. A D1 és D2 a szorító áramkörhöz használható. D1 a TVS dióda, a D2 pedig egy rendkívül gyors helyreállítási dióda. A D1-et a feszültség befogására használják, míg a D2-t blokkoló diódának. A tervezésnek megfelelően a célzott szorítófeszültség (VCLAMP) 200 V. Ezért a P6KE200A van kiválasztva, és az ultragyors blokkolással kapcsolatos problémák esetén az UF4007 van kiválasztva D2-nek.

Mágnes és galvánszigetelés.

A transzformátor ferromágneses transzformátor és nemcsak átalakítja a nagyfeszültségű váltakozó áramot alacsony feszültségű váltakozó áramúvá, hanem galvánikus szigetelést is biztosít. Három kanyargós megrendelése van. Elsődleges, kiegészítő vagy előfeszített tekercselés és a másodlagos tekercselés.

EMI szűrő.

Az EMI szűrést a C4 kondenzátor végzi. Növeli az áramkör immunitását a magas EMI interferencia csökkentése érdekében. Ez egy Y osztályú kondenzátor, amelynek feszültsége 2kV.

Másodlagos egyenirányító és snubber áramkör.

A transzformátor kimenetét egyenirányítják és egyenárammá alakítják D6 segítségével, egy Schottky egyenirányító dióda segítségével. Mivel a kimeneti áram 2A, 3A 60V diódát választunk erre a célra. Az SB360 3A 60V névleges Schottky dióda.

Szűrő szakasz.

C6 a szűrőkondenzátor. Alacsony ESR kapacitású kondenzátor a jobb hullámzáselutasításhoz. Emellett egy LC utószűrőt is használnak, ahol az L2 és a C7 jobb hullámosság-elutasítást biztosít a kimeneten.

Visszajelzés szakasz.

A kimeneti feszültséget az U3 TL431, valamint az R6 és R7 érzékeli. Miután érzékelte az U2 vonalat, az optocsatolót vezérlik, és galvánilag izolálja a másodlagos visszacsatolás érzékelő részt az elsődleges oldalsó vezérlővel. A PC817 egy optocsatoló. Két oldala van, benne egy tranzisztor és egy LED. A LED vezérlésével a tranzisztort vezérlik. Mivel a kommunikáció optikailag történik, nincs közvetlen elektromos kapcsolata, így kielégíti a visszacsatoló áramkör galvánszigetelését is.

Most, amikor a LED közvetlenül vezérli a tranzisztort, azáltal, hogy elegendő torzítást biztosít az Optocoupler LED felett, vezérelhető az Optocoupler tranzisztor, pontosabban a meghajtó áramkör. Ezt a vezérlőrendszert használja a TL431. Söntszabályozó. Mivel a söntszabályozó ellenállás-elválasztóval rendelkezik, amely referenciatűvel rendelkezik, vezérelni tudja a rajta összekapcsolt Optocoupler ledet. A visszacsatoló tű referenciafeszültsége 2,5 V. Ezért a TL431 csak akkor lehet aktív, ha az osztón átmenő feszültség elegendő. Esetünkben a feszültségosztót 5 V értékre állítjuk. Ezért, amikor a kimenet eléri az 5 V-ot, a TL431 2,5 V-ot kap a referenciacsapon, és így aktiválja az Optocoupler LED-ét, amely vezérli az Optocoupler tranzisztorát és közvetetten vezérli a TNY268PN-t. Ha a feszültség nem megfelelő a kimeneten, a kapcsolási ciklus azonnal szünetel.

Először a TNY268PN aktiválja az első kapcsolási ciklust, majd érzékeli az EN tűt. Ha minden rendben van, akkor folytatja a váltást, ha nem, akkor valamikor újra megpróbálja. Ez a hurok addig folytatódik, amíg minden normális állapotba nem kerül, megakadályozva ezzel a rövidzárlatot vagy a túlfeszültséget. Ezért hívják flyback topológiának, mivel a kimeneti feszültséget visszavezetik a meghajtóhoz a kapcsolódó műveletek érzékeléséhez. Ezenkívül a próbahurkot csuklási üzemmódnak nevezzük a meghibásodás állapotában.

Kapcsoló transzformátor építése a VIPER22ASMPS áramkörhöz

Lássuk a generált transzformátor felépítési rajzát. Ez a diagram a korábban tárgyalt tápegység-tervező szoftverből származik.

A mag E25 / 13/7, légrése 0,36 mm. Az elsődleges induktivitás 1 mH. A transzformátor felépítéséhez a következő dolgokra van szükség. Ha még nem ismeri a transzformátor építését, kérjük, olvassa el a saját SMPS transzformátorának megépítéséről szóló cikket.

1. Poliészter szalag
2. E25 / 13/7 magpárok 0,36 mm légréssel.
3. 30 AWG rézhuzal
4. 43 AWG rézhuzal (36 AWG-t használtunk, mivel nem volt elérhető)
5. 23 AWG (ehhez 36 AWG-t is használtunk)
6. Vízszintes vagy függőleges orsó (vízszintes orsót használtunk)
7. Toll az orsót tekerés közben.

1. lépés: Fogja meg a magot tollal, indítsa el a 30 AWG rézhuzalt az orsó 3. tűjéből, és folytassa az 133 fordulatot az óramutató járásával megegyező irányban az 1. csaphoz.

2. lépés: Indítsa el az előfeszítő tekercselést 43 AWG rézdrót segítségével a 4. csapból, folytassa a 31 fordulatot, és fejezze be a tekercselést az 5. csapnál. Vigyen fel 3 réteget poliészter szalaggal.

Indítsa el a Bias tekercselést 43 AWG rézdrót segítségével a 4. csapból, folytassa a 31 fordulatot, és fejezze be a tekercselést az 5. csapnál. Vigyen fel 3 réteg poliészter szalagot.

3. lépés: Indítsa el a másodlagos tekercselést a 10-es csapszegtől, és folytassa az óramutató járásával megegyező irányban a 21 fordulatot. Vegyen fel 4 réteg poliészter szalagot.

4. lépés: Rögzítse a réselt magot a ragasztószalaggal egymás mellett. Ez csökkenti a vibrációt a nagy sűrűségű fluxusátadás során.

Miután elkészült, a transzformátort egy LCR mérővel tesztelik a tekercsek induktivitási értékének mérésére. A mérő 913 mH-t mutat, amely közel van az 1mH elsődleges induktivitáshoz.

A VIPer22A SMPS áramkör kiépítése:

A transzformátor névleges értékének igazolásával folytathatjuk az összes alkatrész forrasztását egy Vero táblán, ahogy azt a kapcsolási rajz mutatja. Az én táblám, miután elkészült a forrasztási munka, az alábbiak szerint nézett ki

VIPer22A áramkör tesztelése 12V 1A SMPS-hez:

Az áramkör teszteléséhez a bemeneti oldalt VARIAC- on keresztül csatlakoztattam a hálózati tápfeszültséghez a bemeneti váltóáramú hálózati feszültség szabályozása érdekében. Az alábbi képen a kimeneti feszültség látható 225 VAC-on.

Amint a kimeneti oldalon láthatja, 12,12 V-ot kapunk, amely közel van a kívánt 12 V-os kimeneti feszültséghez. A teljes munkát az oldal alján csatolt videó mutatja. Remélem, megértette az oktatóanyagot, és megtanulta, hogyan kell saját SMPS áramköröket készíteni egy kézzel készített transzformátorral. Ha bármilyen kérdése van, hagyja őket az alábbi megjegyzés részben.