Dizajn kruga napajanja 12V 1a pomoću viper22a

Sklopni krugovi napajanja (SMPS) najčešće su potrebni u mnogim elektroničkim izvedbama kako bi se mrežni napon pretvorio u odgovarajuću razinu istosmjernog napona za rad uređaja. Ova vrsta AC-DC pretvarača uzima mrežni napon 230V / 110V kao ulaz i pretvara ga u niski istosmjerni napon tako što ga prebacuje, otuda i naziv prekidačkog načina napajanja. Već smo napravili nekoliko SMPS sklopova, poput ovog 5V 2A SMPS kruga i 12V 1A TNY268 SMPS kruga. Čak smo i napravili vlastiti SMPS transformator koji bi se mogao koristiti u našim SMPS dizajnom zajedno s upravljačkim IC-om. U ovom ćemo projektu izraditi još jedan SMPS krug od 12 V 1A koristeći VIPer22A, koji je popularni jeftini IC upravljački program SMPS tvrtke STMicroelectronics. Ovaj tutorial vodit će vas kroz čitav krug i također će vam objasnitikako izraditi vlastiti transformator za krug VIPER. Zanimljivo je, krenimo.

Specifikacije dizajna napajanja VIPer22A

Kao i prethodni SMPS projekt, različite vrste napajanja rade u različitim okruženjima i rade na određenoj ulazno-izlaznoj granici. Ovaj SMPS također ima specifikaciju. Stoga je potrebno izvršiti odgovarajuću analizu specifikacija prije nastavka sa stvarnim dizajnom.

Specifikacija ulaza: Ovo će biti SMPS u domeni pretvorbe izmjeničnog u istosmjerni. Stoga će ulaz biti AC. U ovom je projektu ulazni napon fiksan. To je prema europskom standardnom naponu. Dakle, ulazni izmjenični napon ovog SMPS-a bit će 220-240VAC. To je ujedno i standardni napon u Indiji.

Specifikacija izlaza: Izlazni napon odabran je kao 12V s 1A trenutne vrijednosti. Dakle, to će biti 12W snage. Budući da će ovaj SMPS pružati konstantni napon bez obzira na struju opterećenja, radit će u načinu rada CV (konstantni napon). Također, izlazni napon će biti konstantan i postojan pri najmanjem ulaznom naponu s maksimalnim opterećenjem (2A) na izlazu.

Izlazni napon mreškanja: Vrlo je poželjno da dobro napajanje ima napon mreškanja manji od 30mV pk-pk. Ciljani napon mreškanja jednak je za ovaj SMPS, manji od 30mV pk-pk mreškanja. Međutim, SMPS izlazno mreškanje jako ovisi o konstrukciji SMPS-a, koriste se PCB i vrsta kondenzatora. Koristili smo niski ESR kondenzator od 105 stupnjeva tvrtke Wurth Electronics i čini se da je očekivano mrežno valjenje niže.

Zaštitni krugovi: Postoje različiti zaštitni krugovi koji se u SMPS mogu koristiti za siguran i pouzdan rad. Zaštitni krug štiti SMPS kao i pripadajuće opterećenje. Ovisno o vrsti, zaštitni krug može se povezati preko ulaza ili preko izlaza. Za ovaj se SMPS koristi ulazna prenaponska zaštita s maksimalnim radnim ulaznim naponom od 275VAC. Također, za rješavanje EMI problema, uobičajeni filtar načina rada koristit će se za uklanjanje generiranog EMI. Na izlaznoj strani ćemo uključiti Zaštita od kratkog spoja, zaštita nad-napona, i nad-trenutnu zaštitu.

Izbor SMPS upravljačkog programa

Svaki SMPS krug zahtijeva IC za upravljanje napajanjem poznat i kao preklopna IC ili SMPS IC ili IC za sušenje. Zbrojimo razmatranja dizajna kako bismo odabrali idealnu IC za upravljanje napajanjem koja će biti prikladna za naš dizajn. Naši zahtjevi za dizajn su

1. Izlaz 12W. 12V 1A pri punom opterećenju.
2. Europska standardna ocjena. 85-265VAC na 50Hz
3. Zaštita od prenapona na ulazu. Maksimalni ulazni napon 275VAC.
4. Izlazni kratki spoj, prenaponska i prenaponska zaštita.
5. Operacije s konstantnim naponom.

Iz gornjih zahtjeva postoji širok raspon IC-a za odabir, no za ovaj smo projekt odabrali pokretački program za napajanje VIPer22A tvrtke STMicroelectronics. Riječ je o vrlo jeftinom IC upravljačkom programu tvrtke STMicroelectronics.

Na gornjoj slici prikazana je tipična ocjena snage VIPer22A IC. Međutim, ne postoji određeni odjeljak za specifikaciju izlazne snage tipa otvorenog okvira ili adaptera. Napravit ćemo SMPS u otvorenom okviru i za europsku ulaznu ocjenu. U takvom segmentu VIPer22A mogao bi pružiti 20W snage. Koristit ćemo ga za izlaz od 12W. VIPer22A IC pinout je dano u nastavku slici.

Projektiranje kruga napajanja VIPer22APower

Najbolji način za izgradnju sklopa je pomoću softvera Power Supply Design. Možete preuzeti softver za dizajn VIPer verzije 2.24 da biste koristili VIPer22A, najnovija verzija ovog softvera više ne podržava VIPer22A. To je izvrstan softver za dizajn napajanja tvrtke STMicroelectronics. Davanjem informacija o zahtjevima za dizajn može se generirati kompletna shema kruga napajanja. Krug VIPer22A za ovaj projekt generiran softverom prikazan je u nastavku

Prije nego što krenemo ravno u izgradnju prototipskog dijela, istražimo rad sklopa. Krug ima sljedeće dijelove -

1. Zaštita od prenapona na ulazu i SMPS
2. Ulazni filtar
3. AC-DC pretvorba
4. Upravljački sklop ili sklopni krug
5. Strujni krug.
6. Magnetika i galvanska izolacija.
7. EMI filtar
8. Sekundarni ispravljač
9. Odjeljak filtra
10. Odjeljak povratnih informacija.

Zaštita od prenapona na ulazu i SMPS.

Ovaj se odjeljak sastoji od dvije komponente, F1 i RV1. F1 je osigurač za polako puhanje od 1A 250VAC, a RV1 je MOV od 7 mm 275V (metalni oksidni varistor). Tijekom prenaponskog udara visokog napona (više od 275 VAC), MOV se kratko ugasio i pregazi ulazni osigurač. Međutim, zbog značajke polaganog puhanja, osigurač podnosi udarnu struju kroz SMPS.

Ulazni filtar

Kondenzator C3 je kondenzator linijskog filtra od 250 VAC. Radi se o kondenzatoru tipa X sličnom onom koji smo koristili u našem dizajnu sklopa za napajanje bez transformatora.

AC-DC pretvorba.

Pretvorba izmjeničnog istosmjernog napona vrši se pomoću ispravljačke diode DB107 s punim mostom. To je ispravljačka dioda s oznakom 1000V 1A. Filtriranje se vrši pomoću 22uF 400V kondenzatora. Međutim, tijekom ovog prototipa koristili smo vrlo veliku vrijednost kondenzatora. Umjesto 22uF, koristili smo 82uF kondenzator zbog dostupnosti kondenzatora. Takav kondenzator velike vrijednosti nije potreban za rad kruga. 22uF 400V je dovoljno za 12W izlazne snage.

Pogonski sklop ili sklopni krug.

VIPer22A zahtijeva napajanje iz pristranskog namota transformatora. Nakon dobivanja napona pristranosti, VIPer započinje prebacivanje preko transformatora pomoću ugrađenog visokonaponskog MOSFET-a. D3 se koristi za pretvaranje izmjeničnog izlaza izmjenične struje u istosmjerni, a R1, 10 Ohm otpornik koristi se za kontrolu udarne struje. Kondenzator filtra je 4,7 uF 50 V za izravnavanje istosmjernog mreškanja.

Strujni krug

Transformator djeluje na veliku induktorsku struju preko pogonskog sklopa IC VIPer22. Stoga, tijekom ciklusa isključivanja, transformator stvara visokonaponske skokove zbog induktivnosti propuštanja transformatora. Ovi visokofrekventni skokovi napona štetni su za IC pogonskog sklopa i mogu uzrokovati kvar sklopnog kruga. Dakle, to treba suzbiti diodnom stezaljkom preko transformatora. D1 i D2 se koriste za stezni krug. D1 je TVS dioda, a D2 ultrabrza dioda za oporavak. D1 se koristi za stezanje napona, dok se D2 koristi kao blokirajuća dioda. Prema projektu, ciljani napon stezanja (VCLAMP) je 200V. Stoga, P6KE200A je odabran, a za probleme brzog blokiranja UF4007 je odabran kao D2.

Magnetika i galvanska izolacija.

Transformator je feromagnetski transformator i on ne samo da pretvara visokonaponski izmjenični naizmjenični u niskonaponski naizmjenični, već također pruža galvansku izolaciju. Ima tri naloga za navijanje. Primarni, pomoćni ili pristranski namot i sekundarni namot.

EMI filtar.

EMI filtriranje vrši se kondenzatorom C4. Povećava imunost kruga kako bi se smanjile velike EMI smetnje. Riječ je o kondenzatoru Y-klase napona od 2kV.

Sekundarni ispravljač i prigušivački krug.

Izlaz iz transformatora ispravlja se i pretvara u istosmjernu struju pomoću D6, Schottky ispravljačke diode. Kako je izlazna struja 2A, u tu svrhu odabire se 3A 60V dioda. SB360 je 3A 60V Schottky dioda.

Odjeljak filtra.

C6 je kondenzator filtra. To je kondenzator s niskim ESR-om za bolje odbijanje mreškanja. Također, koristi se LC naknadni filtar gdje L2 i C7 pružaju bolje odbacivanje mreškanja na izlazu.

Odjeljak povratnih informacija.

Izlazni napon osjećaju U3 TL431 i R6 i R7. Nakon što osjeti liniju, U2, Optocoupler se kontrolira i galvanski izolira sekundarni dio osjetnika povratne sprege s primarnim bočnim kontrolerom. PC817 je Optocoupler. Ima dvije strane, tranzistor i LED diodu u sebi. Upravljanjem LED diodom kontrolira se tranzistor. Budući da se komunikacija vrši optički, nema izravne električne veze, što zadovoljava i galvansku izolaciju na povratnom krugu.

Sada, dok LED izravno kontrolira tranzistor, pružajući dovoljnu pristranost preko Optocoupler LED-a, može se kontrolirati Optocoupler-tranzistor, točnije upravljački krug. Ovaj sustav upravljanja koristi TL431. Regulator šanta. Kako regulator šanta ima referentni pin na razdjelniku otpora, on može upravljati optocoupler-om koji je povezan preko njega. Povratni pin ima referentni napon od 2,5V. Stoga TL431 može biti aktivan samo ako je napon na razdjelniku dovoljan. U našem slučaju, razdjelnik napona postavljen je na vrijednost od 5V. Stoga, kada izlaz dosegne 5V, TL431 dobiva 2,5V preko referentnog pina i tako aktivira LED optoparnika koji kontrolira tranzistor optoparnika i neizravno kontrolira TNY268PN. Ako napon nije dovoljan na izlazu, sklopni ciklus se odmah prekida.

Prvo, TNY268PN aktivira prvi ciklus prebacivanja, a zatim prepozna svoj EN pin. Ako je sve u redu, nastavit će s prebacivanjem, ako ne, pokušat će još jednom nakon nekog vremena. Ova se petlja nastavlja sve dok se sve ne normalizira, čime se sprječavaju problemi s kratkim spojem ili prenaponom. Zbog toga se naziva povratna topologija, jer se izlazni napon vraća natrag prema pokretaču za otkrivanje povezanih operacija. Također, pokušajna petlja naziva se načinom štucanja u slučaju kvara.

Izgradnja preklopnog transformatora za krug VIPER22ASMPS

Pogledajmo generirani dijagram konstrukcije transformatora. Ovaj je dijagram dobiven iz softvera za dizajn napajanja o kojem smo ranije razgovarali.

Jezgra je E25 / 13/7 s zračnim razmakom od 0,36 mm. Primarna induktivnost je 1mH. Za izgradnju ovog transformatora potrebne su sljedeće stvari. Ako ste novi u konstrukciji transformatora, pročitajte članak o tome kako izraditi vlastiti SMPS transformator.

1. Traka od poliestera
2. E25 / 13/7 parovi jezgara s zračnim razmakom od 0,36 mm.
3. 30 AWG bakrena žica
4. 43 AWG bakrena žica (koristili smo 36 AWG zbog nedostupnosti)
5. 23 AWG (I za ovaj smo koristili 36 AWG)
6. Horizontalna ili vertikalna kalem (koristili smo vodoravni kalem)
7. Olovka za držanje špulice tijekom namotavanja.

Korak 1: Držite jezgru olovkom, pokrenite 30 AWG bakrenu žicu od zavoja 3 u špulici i nastavite 133 okreta u smjeru kazaljke na satu 1. Nanesite 3 sloja poliesterske trake.

Korak 2: Pokrenite namot pristranosti pomoću bakrene žice 43 AWG od zavoja 4 i nastavite do 31 zavoja i završite namot do igla 5. Nanesite 3 sloja poliesterske trake.

Započnite namot pristranosti pomoću bakrene žice 43 AWG od zavoja 4 i nastavite do 31 zavoja i namotajte završetak na zavoju 5. Nanesite 3 sloja poliesterske trake.

Korak 3: Pokrenite sekundarni namot od zatiča 10 i nastavite s namotajem od 21 okreta u smjeru kazaljke na satu. Nanesite 4 sloja poliesterske trake.

Korak 4: Osigurajte prazninu jezgre ljepljivom trakom koja omotava jednu do druge. To će smanjiti vibracije tijekom prijenosa protoka velike gustoće.

Nakon završetka izrade transformator se ispituje LCR mjeračem za mjerenje vrijednosti induktivnosti zavojnica. Mjerač pokazuje 913 mH, što je blizu primarne induktivnosti od 1 mH.

Izrada VIPer22A SMPS kruga:

S provjerenom ocjenom transformatora možemo nastaviti s lemljenjem svih komponenata na Vero ploči kako je dato na shemi sklopa. Moja ploča nakon završetka lemljenja izgledala je ovako dolje

Ispitivanje kruga VIPer22A za 12V 1A SMPS:

Da bih testirao krug, spojio sam ulaznu stranu na mrežno napajanje preko VARIAC-a za kontrolu ulaznog izmjeničnog napona. Na donjoj slici prikazan je izlazni napon pri 225VAC.

Kao što možete vidjeti na izlaznoj strani dobivamo 12,12 V što je blizu željenom izlaznom naponu od 12 V. Kompletan rad prikazan je u videozapisu priloženom na dnu ove stranice. Nadam se da ste razumjeli tutorial i naučili kako izraditi vlastite SMPS sklopove pomoću ručno izrađenog transformatora. Ako imate pitanja, ostavite ih u odjeljku za komentare u nastavku.