Схема живлення 12В 1а з використанням viper22a

Схеми живлення з імпульсним режимом (SMPS) найчастіше потрібні у багатьох електронних конструкціях для перетворення змінної напруги змінного струму на відповідний рівень постійної напруги для роботи пристрою. Цей тип перетворювачів змінного та постійного струму приймає мережеву напругу 230 В / 110 В як вхідну і перетворює її на низький рівень постійної напруги, перемикаючи її, звідси і назва джерела живлення. Ми вже побудували кілька схем SMPS, як це схема SMPS 5V 2A та SMPS 12V 1A TNY268. Ми навіть побудували власний трансформатор SMPS, який можна було б використовувати в наших конструкціях SMPS разом із драйвером IC. У цьому проекті ми побудуємо ще одну схему SMPS на 12 В на 1А, використовуючи VIPer22A, який є популярним недорогим ІМС драйвера SMPS від STMicroelectronics. Цей підручник проведе вас через повну схему, а також пояснитьяк побудувати власний трансформатор для схеми VIPER. Цікаво правильно давайте почнемо.

Характеристики конструкції джерела живлення VIPer22A

Так само, як і попередній проект, заснований на SMPS, різні типи джерел живлення працюють в різних середовищах і працюють в певних межах вводу-виводу. Цей SMPS також має специфікацію. Отже, перед тим, як приступити до фактичного проектування, необхідно провести належний аналіз специфікації.

Специфікація вводу: Це буде SMPS в домені перетворення змінного та постійного струму. Тому вхід буде змінним. У цьому проекті вхідна напруга є фіксованою. Це відповідно до норми європейської стандартної напруги. Отже, вхідна змінна напруга цього СМПС буде 220-240 В змінного струму. Це також стандартний рейтинг напруги в Індії.

Вихідна специфікація: Вихідна напруга вибирається як 12В з 1А номінального струму. Таким чином, це буде 12 Вт потужності. Оскільки цей SMPS буде забезпечувати постійну напругу незалежно від струму навантаження, він буде працювати в режимі CV (постійної напруги). Крім того, вихідна напруга буде постійною і стабільною при найнижчій вхідній напрузі з максимальним навантаженням (2А) на виході.

Вихідна напруга пульсацій: Вкрай бажано, щоб хороший джерело живлення мав напругу пульсацій менше 30 мВ pk-pk. Цільова напруга пульсації однакова для цього SMPS, менше 30 мВ пульсацій pk-pk. Однак вихідна пульсація SMPS сильно залежить від конструкції SMPS, використовується друкована плата та тип конденсатора. Ми використовували конденсатор із низьким коефіцієнтом ESR 105-градусного рейтингу від Wurth Electronics, і очікувана пульсація на виході, здається, нижче.

Захисні схеми: Існують різні захисні схеми, які можна використовувати в СМПС для безпечної та надійної роботи. Схема захисту захищає SMPS, а також пов'язане з цим навантаження. Залежно від типу, ланцюг захисту може бути підключена через вхід або через вихід. Для цього SMPS буде використовуватися захист від перенапруги на вході з максимальною робочою вхідною напругою 275 В змінного струму. Крім того, для вирішення проблем EMI буде використаний загальний фільтр режимів для гасіння сформованого EMI. На стороні виведення ми будемо включати в себе захист від короткого замикання, захист від перенапруги і перевантаження по струму.

Вибір мікросхеми драйвера SMPS

Кожна схема SMPS вимагає мікросхеми управління живленням, також відомої як комутаційна мікросхема або мікросхема SMPS або мікросхема сушіння Давайте підведемо підсумки дизайну, щоб вибрати ідеальну ІС для управління живленням, яка буде підходити для нашого проекту. Наші вимоги до дизайну такі

1. Потужність 12 Вт. 12В 1А при повному навантаженні.
2. Вхідний рейтинг Європейського стандарту. 85-265 В змінного струму при 50 Гц
3. Захист від перенапруги на вході. Максимальна вхідна напруга 275 В змінного струму.
4. Вихідне коротке замикання, захист від перенапруги та перенапруги.
5. Операції з постійною напругою.

З наведених вимог можна вибрати широкий спектр ІС, але для цього проекту ми вибрали драйвер живлення VIPer22A від STMicroelectronics. Це дуже дешевий мікросхемний драйвер живлення від STMicroelectronics.

На зображенні вище показано типовий показник потужності мікросхеми VIPer22A. Однак немає спеціального розділу для специфікації вихідної потужності типу відкритого каркасу або адаптера. Ми зробимо SMPS у відкритому кадрі та для європейського рейтингу вхідних даних. У цьому сегменті VIPer22A може забезпечити потужність 20 Вт. Ми використаємо його для виходу 12 Вт. VIPer22A IC терморегулятори приведена на малюнку нижче.

Проектування схеми живлення VIPer22A

Найкращий спосіб побудови схеми - це використання програмного забезпечення Power Supply Design. Ви можете завантажити програмне забезпечення VIPer Design Version 2.24, щоб використовувати VIPer22A, остання версія цього програмного забезпечення більше не підтримує VIPer22A. Це відмінне програмне забезпечення для проектування джерел живлення від STMicroelectronics. Надаючи інформацію про проектні вимоги, можна сформувати повну схему схеми живлення. Схема VIPer22A для цього проекту, створена програмним забезпеченням, показана нижче

Перш ніж переходити безпосередньо до побудови прототипу, давайте дослідимо роботу схеми. Схема має такі розділи -

1. Захист від перенапруги на вході та SMPS
2. Вхідний фільтр
3. Перетворення змінного та постійного струму
4. Схема драйвера або схема перемикання
5. Схема затиску.
6. Магнетика та гальванічна ізоляція.
7. EMI-фільтр
8. Вторинний випрямляч
9. Розділ фільтра
10. Розділ зворотного зв’язку.

Захист від перенапруги на вході та SMPS.

Цей розділ складається з двох компонентів, F1 та RV1. F1 - це запобіжник повільного розрядження 1А на 250 В змінного струму, а RV1 - це 7-міліметровий 275 В MOV (варистор з оксиду металу). Під час перенапруги високої напруги (більше 275 В змінного струму), MOV короткочасно замкнувся і спрацьовує вхідний запобіжник. Однак, завдяки функції повільного роздування, запобіжник витримує пусковий струм через SMPS.

Вхідний фільтр

Конденсатор С3 - це конденсатор лінійного фільтру 250 В змінного струму. Це конденсатор типу X, схожий на той, який ми використовували у нашій конструкції схеми без трансформатора.

Перетворення змінного та постійного струму.

Перетворення змінного струму постійного струму виконується з використанням повномостового діода DB107. Це випрямний діод 1000В 1А. Фільтрування проводиться за допомогою конденсатора на 400 мкФ 400 В. Однак під час цього прототипу ми використовували дуже велике значення конденсатора. Замість 22 мкФ ми використовували конденсатор 82 мкФ через наявність конденсатора. Такий конденсатор великого значення не потрібен для роботи схеми. 22 мкФ 400 В достатньо для потужності 12 Вт.

Схема драйвера або схема перемикання.

VIPer22A вимагає живлення від зміщення обмотки трансформатора. Отримавши напругу зміщення, VIPer починає перемикатися через трансформатор, використовуючи вбудований високовольтний MOSFET. D3 використовується для перетворення вихідного зміщення змінного струму в постійний, а резистор R1, 10 Ом використовується для управління пусковим струмом. Конденсатор фільтра становить 4,7 мкФ 50 В для згладжування пульсацій постійного струму.

Схема затиску

Трансформатор діє на величезну індуктивність через драйвер живлення IC VIPer22. Тому під час циклу вимкнення трансформатор створює стрибки високої напруги через індуктивність витоку трансформатора. Ці високочастотні стрибки напруги шкідливі для мікросхеми драйвера живлення і можуть спричинити вихід з ладу комутаційної схеми. Таким чином, це потрібно придушити діодним затискачем через трансформатор. D1 і D2 використовуються для схеми затиску. D1 - це діод TVS, а D2 - надшвидкий діод відновлення. D1 використовується для затискання напруги, тоді як D2 використовується як блокуючий діод. Відповідно до конструкції, цільова напруга затиску (VCLAMP) становить 200 В. Отже, P6KE200A і для надшвидких проблем, пов’язаних із блокуванням, UF4007 вибрано як D2.

Магнетика та гальванічна ізоляція.

Трансформатор - це феромагнітний трансформатор, який не тільки перетворює високовольтний змінний струм на низьковольтний, але й забезпечує гальванічну розв'язку. Він має три порядки намотування. Первинна, допоміжна або зміщена обмотка та вторинна обмотка.

EMI-фільтр.

Фільтрація ЕМІ здійснюється конденсатором С4. Це підвищує імунітет схеми, щоб зменшити високі перешкоди ЕМІ. Це конденсатор Y-класу з напругою 2 кВ.

Вторинний випрямляч і глушник.

Вихід трансформатора випрямляється і перетворюється на постійний струм за допомогою D6, випрямного діода Шотткі. Оскільки вихідний струм становить 2А, для цього вибирається діод 3А 60В. SB360 - це діод Шотткі 3А 60В.

Розділ фільтра.

С6 - конденсатор фільтра. Це конденсатор із низьким коефіцієнтом ESR для кращого відбракування пульсацій. Крім того, використовується LC постфільтр, де L2 і C7 забезпечують кращу відмову пульсацій на виході.

Розділ зворотного зв’язку.

Вихідна напруга визначається U3 TL431 і R6 і R7. Після зондування лінії, U2, оптроном управляють і гальванічно ізолюють вторинну частину зондування зворотного зв'язку за допомогою первинного бічного контролера. PC817 є оптрон. Він має дві сторони, транзистор і світлодіод всередині нього. Керуючи світлодіодом, управляється транзистором. Оскільки зв'язок здійснюється оптично, він не має прямого електричного з'єднання, отже, задовольняючи гальванічну розв'язку на ланцюзі зворотного зв'язку.

Тепер, оскільки світлодіод безпосередньо керує транзистором, забезпечуючи достатнє зміщення через світлодіодний оптопар, можна керувати транзистором оптопар, точніше схеми драйвера. Ця система управління використовується TL431. Шунтовий регулятор. Оскільки шунтовий регулятор має резисторний дільник через опорний штифт, він може керувати світлодіодом оптопари, який підключений через нього. Контакт зворотного зв'язку має опорну напругу 2,5 В. Тому TL431 може бути активним, лише якщо напруга на дільнику достатня. У нашому випадку дільник напруги встановлюється на значення 5В. Отже, коли вихідний сигнал досягає 5 В, TL431 отримує 2,5 В через опорний штифт і, таким чином, активує світлодіод оптопари, який управляє транзистором оптрона і опосередковано управляє TNY268PN. Якщо напруги на виході недостатньо, цикл перемикання негайно припиняється.

Спочатку TNY268PN активує перший цикл перемикання, а потім виявляє його EN-штифт. Якщо все в порядку, він продовжить перемикання, якщо ні, то спробує ще раз через деякий час. Цей цикл продовжується, поки все не нормалізується, таким чином запобігаючи проблемам короткого замикання або перенапруги. Ось чому це називається зворотною топологією, оскільки вихідна напруга повертається назад до драйвера для зондування пов'язаних операцій. Крім того, цикл спроб називається режимом гикавки за умови відмови.

Побудова комутаційного трансформатора для схеми VIPER22ASMPS

Подивимося сформовану схему побудови трансформатора. Ця схема отримана з програмного забезпечення для проектування джерел живлення, яке ми обговорювали раніше.

Сердечник E25 / 13/7 з повітряним зазором 0,36 мм. Первинна індуктивність - 1mH. Для побудови цього трансформатора необхідні наступні речі. Якщо ви новачок у будівництві трансформаторів, будь ласка, прочитайте статтю про те, як побудувати власний трансформатор SMPS.

1. Стрічка з поліестеру
2. E25 / 13/7 пари сердечника з повітряним зазором 0,36 мм.
3. 30 мідний дріт AWG
4. 43 мідний дріт AWG (ми використовували 36 AWG через відсутність)
5. 23 AWG (для цього ми використовували також 36 AWG)
6. Горизонтальна або вертикальна шпулька (ми використовували горизонтальну шпульку)
7. Ручка для утримання шпульки під час намотування.

Крок 1: Тримайте серцевину ручкою, запустіть мідний дріт 30 AWG з штифта 3 шпульки і продовжуйте 133 оберти за годинниковою стрілкою на штифт 1. Нанесіть 3 шари поліефірної стрічки.

Крок 2: Почніть обмотку зміщення, використовуючи мідний дріт 43 AWG з штифта 4, і продовжуйте до 31 витка і закінчуйте обмотку на штифті 5. Нанесіть 3 шари поліефірної стрічки.

Почніть обмотку зміщення, використовуючи мідний дріт 43 AWG з штифта 4, і продовжуйте до 31 витка і закінчуйте обмотку на штифті 5. Нанесіть 3 шари поліефірної стрічки.

Крок 3: Почніть вторинну обмотку з штифта 10 і продовжуйте обмотку за годинниковою стрілкою на 21 оберт. Нанесіть 4 шари поліефірної стрічки.

Крок 4: Закріпіть розрив сердечника скотчем, який обмотується поруч. Це зменшить вібрацію під час передачі потоку високої щільності.

Після закінчення побудови трансформатор випробовується вимірювачем LCR для вимірювання величини індуктивності котушок. Вимірювач показує 913 мГн, що наближається до первинної індуктивності 1 мГн.

Побудова схеми SMPS VIPer22A:

Перевіривши рейтинг трансформатора, ми можемо продовжувати паяти всі компоненти на платі Vero, як зазначено на принциповій схемі. Моя дошка після закінчення пайки виглядала таким чином нижче

Тестування схеми VIPer22A для 12V 1A SMPS:

Для перевірки схеми я підключив сторону входу до мережі через VARIAC для контролю вхідної напруги мережі змінного струму. На зображенні нижче показано вихідну напругу при 225 В змінного струму.

Як ви можете бачити на вихідній стороні, ми отримуємо 12,12 В, що близьке до бажаної вихідної напруги 12 В. Повна робота представлена ​​у відео, доданому внизу цієї сторінки. Сподіваюся, ви зрозуміли навчальний посібник і навчилися будувати власні схеми SMPS за допомогою трансформатора ручної роботи. Якщо у вас виникли запитання, залиште їх у розділі коментарів нижче.