12V 1a strømforsyningskretsdesign ved bruk av viper22a

Switched mode strømforsyningskretser (SMPS) er ofte påkrevd i mange elektroniske design for å konvertere vekselstrømspenningen til et passende nivå av likspenning for at enheten skal fungere. Denne typen AC-DC-omformere tar inn 230V / 110V AC-spenning som inngang og konverterer den til DC-spenning ved lavt nivå ved å bytte den, derav strømforsyningen til navneswitch-modus. Vi har allerede bygget noen SMPS-kretser tidligere som denne 5V 2A SMPS-kretsen og 12V 1A TNY268 SMPS-kretsen. Vi bygde til og med vår egen SMPS-transformator som kunne brukes i våre SMPS-design sammen med driver IC. I dette prosjektet vil vi bygge en annen 12V 1A SMPS-krets ved hjelp av VIPer22A, som er en populær lavpris-SMPS-driver IC fra STMicroelectronics. Denne veiledningen tar deg gjennom hele kretsen og forklarer ogsåhvordan du bygger din egen transformator for VIPER-krets. Interessant rett la oss komme i gang.

VIPer22A Strømforsyningsspesifikasjoner

Det samme som forrige SMPS-baserte prosjekt, forskjellige typer strømforsyning fungerer i forskjellige miljøer og fungerer i en bestemt inngangs- og utgangsgrense. Denne SMPS har også en spesifikasjon. Derfor må riktig spesifikasjonsanalyse gjøres før du fortsetter med den faktiske utformingen.

Inngangsspesifikasjon: Dette vil være en SMPS i AC til DC-konverteringsdomene. Derfor vil inngangen være AC. I dette prosjektet er inngangsspenningen fast. Det er i henhold til europeisk standard spenningsvurdering. Så inngangsstrømmen til denne SMPS vil være 220-240VAC. Det er også standard spenningsvurdering i India.

Utgangsspesifikasjon: Utgangsspenningen er valgt som 12V med 1A strømstyrke. Dermed blir det 12W utgang. Siden denne SMPS vil gi konstant spenning uavhengig av belastningsstrømmen, vil den fungere i CV-modus (konstant spenning). Utgangsspenningen vil også være konstant og stabil ved den laveste inngangsspenningen med maksimal belastning (2A) over utgangen.

Utgangsspenningsspenning: Det er høyst ønsket at en god strømforsyning har en rippelspenning på mindre enn 30mV pk-pk. Den målrettede rippelspenningen er den samme for denne SMPS, mindre enn 30mV pk-pk-rippel. Imidlertid er SMPS-utgangsringle svært avhengig av SMPS-konstruksjonen, PCB og typen kondensator. Vi brukte lav ESR-kondensator på 105 graders vurdering fra Wurth Electronics, og forventet utgangsrippel ser ut til å være nedenfor.

Beskyttelseskretser: Det finnes forskjellige beskyttelseskretser som kan brukes i en SMPS for en sikker og pålitelig drift. Beskyttelseskretsen beskytter SMPS samt tilhørende belastning. Avhengig av type kan beskyttelseskretsen kobles over inngangen eller over utgangen. For denne SMPS vil inngangsoverspenningsbeskyttelse brukes med en maksimal driftsinngangsspenning på 275VAC. For å håndtere EMI-problemer, vil et vanlig modusfilter også brukes til å tømme generert EMI. På utgangssiden vil vi inkludere kortslutningsbeskyttelse, overspenningsbeskyttelse og overstrømsbeskyttelse.

Valg av SMPS Driver IC

Hver SMPS-krets krever en strømstyrings-IC, også kjent som bytte-IC eller SMPS IC eller tørrere IC. La oss oppsummere designhensynene for å velge den ideelle Power Management IC som passer for vårt design. Våre designkrav er

1. 12W utgang. 12V 1A ved full belastning.
2. European Standard input rating. 85-265VAC ved 50Hz
3. Inngangsoverspenningsvern. Maksimal inngangsspenning 275VAC.
4. Utgang kortslutning, overspenning og overstrøm beskyttelse.
5. Konstant spenningsoperasjoner.

Fra de ovennevnte kravene er det et bredt spekter av ICer å velge mellom, men for dette prosjektet har vi valgt, VIPer22A-strømdriveren fra STMicroelectronics. Det er en veldig billig driver driver IC fra STMicroelectronics.

På bildet ovenfor vises den typiske effektrangeringen til VIPer22A IC. Imidlertid er det ingen spesifikk seksjon for spesifikasjoner for utgangseffekt for åpen ramme eller adaptertype. Vi vil lage SMPS i åpen ramme og for den europeiske innsatsrangeringen. I et slikt segment kunne VIPer22A gi 20W utgang. Vi vil bruke den til 12W utgang. Den VIPer22A IC pinout er gitt i bildet nedenfor.

Designe en VIPer22APower supply circuit

Den beste måten å bygge kretsen på er å bruke programvaren for strømforsyningsdesign. Du kan laste ned VIPer Design Software versjon 2.24 for å bruke VIPer22A, den siste versjonen av denne programvaren støtter ikke lenger VIPer22A. Det er utmerket programvare for strømforsyningsdesign fra STMicroelectronics. Ved å gi informasjon om designkrav kan hele kretsdiagrammet for strømforsyning genereres. Den VIPer22A Kretsen for dette prosjektet genereres av programvaren er vist nedenfor

Før vi går rett inn i å bygge prototypedelen, la oss utforske kretsoperasjonen. Kretsen har følgende seksjoner -

1. Inngangssving og SMPS-feilbeskyttelse
2. Inngangsfilter
3. AC-DC konvertering
4. Driverkrets eller bryterkrets
5. Klemkrets.
6. Magnetikk og galvanisk isolasjon.
7. EMI-filter
8. Sekundær likeretter
9. Filterseksjon
10. Tilbakemeldingsseksjon.

Inngangsstrøm og SMPS-feilbeskyttelse.

Denne delen består av 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 høyspenningsbølge (mer enn 275VAC) ble MOV død kort og blåser inngangssikringen. På grunn av funksjonen for langsom slag tåler sikringen imidlertid innstrømningsstrøm gjennom SMPS.

Inngangsfilter

Kondensatoren C3 er en 250VAC ledning filter kondensator. Det er en kondensator av typen X som ligner på den vi brukte i vår transformator mindre strømforsyningskretsdesign.

AC-DC konvertering.

AC DC-konvertering gjøres ved hjelp av DB107 fullbro-likeretterdiode. Det er en 1000V 1A nominell likeretterdiode. Filtreringen utføres ved hjelp av 22uF 400V kondensator. Imidlertid brukte vi en veldig stor verdi av kondensator under denne prototypen. I stedet for 22uF brukte vi 82uF kondensator på grunn av tilgjengeligheten av kondensatoren. En slik høyverdikondensator er ikke nødvendig for kretsens drift. 22uF 400V er tilstrekkelig for 12W utgangseffekt.

Driverkrets eller bryterkrets.

VIPer22A krever strøm fra transformatorens forspenning. Etter å ha fått forspenningen, begynner VIPer å bytte over transformatoren ved hjelp av en innebygd høyspenningsmosfet. D3 brukes til å konvertere AC-bias-utgangen til en DC, og motstanden R1, 10 Ohm brukes til å kontrollere inngangsstrømmen. Filterkondensatoren er en 4.7uF 50V for å jevne ut DC-krusningen.

Klemkrets

Transformatoren fungerer som en enorm induktor på tvers av driveren IC VIPer22. Derfor, under utkoblingssyklusen, skaper transformatoren høyspenningsspisser på grunn av transformatorens lekkasjeinduktans. Disse høyfrekvente spenningsspissene er skadelige for driveren IC og kan forårsake svikt i bryterkretsen. Dermed må dette undertrykkes av diodeklemmen over transformatoren. D1 og D2 brukes til klemkretsen. D1 er TVS-dioden og D2 er en ultra-rask gjenopprettingsdiode. D1 brukes til å spenne spenningen mens D2 brukes som en blokkeringsdiode. I henhold til designet er den målrettede spenningsspenningen (VCLAMP) 200V. Derfor P6KE200A er valgt, og for ultrahurtig blokkeringsrelaterte problemer blir UF4007 valgt som D2.

Magnetikk og galvanisk isolasjon.

Transformatoren er en ferromagnetisk transformator, og den konverterer ikke bare høyspenningen til lavspenning, men gir også galvanisk isolasjon. Den har tre svingete ordrer. Primær-, hjelpevirkning eller biasvikling og sekundærvikling.

EMI-filter.

EMI-filtrering gjøres av C4 kondensatoren. Det øker kretsens immunitet for å redusere den høye EMI-forstyrrelsen. Det er en Y-klasse kondensator med en spenningsgrad på 2kV.

Sekundær likeretter og snubberkrets.

Utgangen fra transformatoren rettes opp og konverteres til DC ved bruk av D6, en Schottky-likeretterdiode. Siden utgangsstrømmen er 2A, velges 3A 60V diode for dette formålet. SB360 er 3A 60V-klassifisert Schottky-diode.

Filterseksjon.

C6 er filterkondensatoren. Det er en lav ESR-kondensator for bedre avvisning av krusninger. Dessuten brukes et LC-postfilter der L2 og C7 gir bedre ringavvisning over utgangen.

Tilbakemeldingsseksjon.

Utgangsspenningen registreres av U3 TL431 og R6 og R7. Etter å ha registrert linjen, U2, styres optokoblingen og galvanisk isolerer den sekundære tilbakemeldingsdelen med den primære sidekontrolleren. Den PC817 er et optocoupler. Den har to sider, en transistor og en LED inne i den. Ved å kontrollere LED-en styres transistoren. Siden kommunikasjonen utføres optisk, har den ingen direkte elektrisk forbindelse, og tilfredsstiller også den galvaniske isolasjonen på tilbakemeldingskretsen.

Nå som LED-en direkte styrer transistoren, ved å gi tilstrekkelig skjevhet over Optocoupler-LED-en, kan man kontrollere Optocoupler-transistoren, nærmere bestemt driverkrets. Dette kontrollsystemet brukes av TL431. En shuntregulator. Siden shuntregulatoren har en motstandsdeler over referansepinnen, kan den styre Optocoupler-ledningen som er koblet over den. Tilbakemeldingspinnen har en referansespenning på 2,5V. Derfor kan TL431 bare være aktiv hvis spenningen over skillelinjen er tilstrekkelig. I vårt tilfelle er spenningsdeleren satt til en verdi på 5V. Derfor, når utgangen når 5V, får TL431 2,5V over referansepinnen og aktiverer dermed optokoblerens LED som styrer transistoren til optokoblingen og indirekte styrer TNY268PN. Hvis spenningen ikke er tilstrekkelig over utgangen, blir koblingssyklusen umiddelbart suspendert.

Først aktiverer TNY268PN den første byttesyklusen og registrerer deretter EN-pinnen. Hvis alt er i orden, vil det fortsette å bytte, hvis ikke, vil det prøve igjen etter en gang. Denne sløyfen fortsetter til alt blir normalt, og forhindrer dermed kortslutnings- eller overspenningsproblemer. Dette er grunnen til at det kalles flyback-topologi, siden utgangsspenningen flys tilbake til driveren for å registrere relaterte operasjoner. Prøveløpet kalles også en hikke-modus for driftsforhold.

Konstruksjon av Switching Transformer for VIPER22ASMPS Circuit

La oss se det genererte transformatorens konstruksjonsdiagram. Dette diagrammet er hentet fra programvaren for strømforsyningsdesign som vi diskuterte tidligere.

Kjernen er E25 / 13/7 med et luftspalte på 0,36 mm. Den primære induktansen er 1mH. Følgende ting er nødvendige for konstruksjonen av denne transformatoren. Hvis du er ny innen transformatorkonstruksjon, kan du lese artikkelen om hvordan du bygger din egen SMPS-transformator.

1. Polyester tape
2. E25 / 13/7 Kjernepar med 0,36 mm luftspalte.
3. 30 AWG kobbertråd
4. 43 AWG kobbertråd (vi brukte 36 AWG på grunn av utilgjengelighet)
5. 23 AWG (vi brukte også 36 AWG til denne)
6. Horisontal eller vertikal spole (vi brukte horisontal spole)
7. En penn for å holde spolen under vikling.

Trinn 1: Hold kjernen med en penn, start 30 AWG kobbertråd fra spole 3 på spolen og fortsett 133 omdreininger med klokken til pinnen 1. Påfør 3 lag polyesterbånd.

Trinn 2: Start forspenningen med 43 AWG kobbertråd fra pinne 4 og fortsett til de 31 svingene og avslutt viklingen ved pinne 5. Påfør 3 lag polyesterbånd.

Start Bias-viklingen med 43 AWG kobbertråd fra pinne 4 og fortsett til de 31 svingene og avslutt viklingen på pinne 5. Påfør 3 lag polyestertape.

Trinn 3: Start sekundærviklingen fra pin 10 og fortsett viklingen med urviseren på 21 svinger. Påfør 4 lag polyesterbånd.

Trinn 4: Fest den gappede kjernen med kanalbåndet innpakket side om side. Dette vil redusere vibrasjonen under overføring av høy tetthet.

Når byggingen er ferdig, blir transformatoren testet med en LCR-meter for å måle induktansverdien til spolene. Måleren viser 913 mH som er nær 1mH primær induktans.

Bygge VIPer22A SMPS-kretsen:

Med bekreftelse av transformator bekreftet kan vi fortsette med lodding av alle komponentene på et Vero-kort som gitt i kretsskjemaet. Brettet mitt når loddejobben var gjort, så slik ut nedenfor

Testing av VIPer22A-krets for 12V 1A SMPS:

For å teste kretsen koblet jeg inngangssiden til strømforsyningen gjennom en VARIAC for å kontrollere inngangsstrømmen. På bildet nedenfor vises utgangsspenningen ved 225VAC.

Som du kan se på utgangssiden får vi 12.12V som er nær ønsket 12V utgangsspenning. Hele arbeidet vises i videoen vedlagt nederst på denne siden. Håper du forsto opplæringen og lærte hvordan du bygger dine egne SMPS-kretser med en håndlaget transformator. Hvis du har spørsmål, la dem være i kommentarfeltet nedenfor.