12V 1a strömförsörjningskretsdesign med viper22a

Omkopplade strömförsörjningskretsar (SMPS) krävs oftast i många elektroniska konstruktioner för att omvandla växelspänningen till lämplig nivå av likspänning för att enheten ska fungera. Denna typ av AC-DC-omvandlare tar in 230V / 110V AC-nätspänning som ingång och omvandlar den till lågnivå DC-spänning genom att växla den, därav strömförsörjningen för namnet. Vi har redan byggt några SMPS-kretsar tidigare som denna 5V 2A SMPS-krets och 12V 1A TNY268 SMPS-krets. Vi byggde till och med vår egen SMPS-transformator som kunde användas i våra SMPS-design tillsammans med drivrutins-IC. I det här projektet kommer vi att bygga ytterligare en 12V 1A SMPS-krets med hjälp av VIPer22A, som är en populär lågkostnads-SMPS-drivrutin IC från STMicroelectronics. Denna handledning tar dig igenom hela kretsen och förklarar ocksåhur man bygger en egen transformator för VIPER-krets. Intressant rätt låt oss komma igång.

VIPer22A Specifikationer för design av strömförsörjning

Samma som som tidigare SMPS-baserat projekt, olika typer av strömförsörjning fungerar i olika miljöer och fungerar i en specifik in- och utgångsgräns. Denna SMPS har också en specifikation. Därför måste korrekt specifikationsanalys göras innan du fortsätter med den faktiska designen.

Ingångsspecifikation: Detta kommer att vara en SMPS i AC till DC-konverteringsdomän. Därför kommer ingången att vara växelström. I detta projekt är ingångsspänningen fast. Det är enligt den europeiska standardspänningen. Så ingångsspänningen för denna SMPS kommer att vara 220-240VAC. Det är också Indiens standardspänning.

Utgångs specifikation: Utspänningen är vald som 12V med 1A i nuvarande betyg. Således blir det 12W uteffekt. Eftersom denna SMPS kommer att ge konstant spänning oberoende av belastningsströmmen kommer den att fungera i CV-läge (konstant spänning). Utgångsspänningen kommer också att vara konstant och stabil vid den lägsta ingångsspänningen med maximal belastning (2A) över utgången.

Utgångsspänningsspänning: Det är mycket önskvärt att en bra strömförsörjning har en rippelspänning på mindre än 30 mV pk-pk. Den riktade krusningsspänningen är densamma för denna SMPS, mindre än 30 mV pk-pk krusning. SMPS-utgående krusning är dock mycket beroende av SMPS-konstruktionen, PCB och typen av kondensator används. Vi använde låg ESR-kondensator med 105 graders betyg från Wurth Electronics och den förväntade utgången ser ut att ligga nedan.

Skyddskretsar: Det finns olika skyddskretsar som kan användas i en SMPS för en säker och pålitlig drift. Skyddskretsen skyddar såväl SMPS som tillhörande belastning. Beroende på typ kan skyddskrets anslutas över ingången eller över utgången. För denna SMPS kommer ingångsspänningsskydd att användas med en maximal ingångsspänning på 275VAC. För att hantera EMI-problem kommer också ett vanligt lägesfilter att användas för att stänga av den genererade EMI. På utgångssidan kommer vi att inkludera kortslutningsskydd, överspänningsskydd och överströmsskydd.

Val av SMPS Driver IC

Varje SMPS-krets kräver en strömhanterings-IC, även kallad switch-IC eller SMPS IC eller Drier IC. Låt oss sammanfatta designövervägandena för att välja den perfekta Power Management IC som passar vår design. Våra designkrav är

1. 12W uteffekt. 12V 1A vid full belastning.
2. European Standard input rating. 85-265VAC vid 50Hz
3. Ingångsöverspänningsskydd. Maximal ingångsspänning 275VAC.
4. Kortslutning, överspänning och överströmsskydd.
5. Konstant spänningsoperationer.

Från ovanstående krav finns det ett brett utbud av IC: er att välja mellan, men för detta projekt har vi valt VIPer22A- drivrutinen från STMicroelectronics. Det är en mycket låg kostnad driver IC från STMicroelectronics.

I bilden ovan visas den typiska effektnivån för VIPer22A IC. Det finns dock inget specifikt avsnitt för specifikation för öppen ram eller adaptertyp. Vi kommer att göra SMPS i öppen ram och för den europeiska ingångsbetyget. I ett sådant segment kan VIPer22A ge 20W-uteffekt. Vi kommer att använda den för 12W-uteffekt. Den VIPer22A IC pinout ges i nedanstående bild.

Designa en VIPer22APower-krets

Det bästa sättet att bygga kretsen är med hjälp av Power Supply Design-programvaran. Du kan ladda ner VIPer Design Software Version 2.24 för att använda VIPer22A, den senaste versionen av denna programvara stöder inte längre VIPer22A. Det är utmärkt programvara för strömförsörjning från STMicroelectronics. Genom att tillhandahålla information om designkrav kan hela kretsschemat för strömförsörjning genereras. Den VIPer22A Kretsen för detta projekt som genereras av programvaran visas nedan

Innan vi går direkt in i byggandet av prototypdelen, låt oss utforska kretsfunktionen. Kretsen har följande avsnitt -

1. Ingångsskydd och SMPS-felskydd
2. Ingångsfilter
3. AC-DC-omvandling
4. Drivkrets eller omkopplingskrets
5. Klämkrets.
6. Magnetik och galvanisk isolering.
7. EMI-filter
8. Sekundär likriktare
9. Filtersektion
10. Feedback avsnitt.

Ingångsskydd och SMPS-felskydd.

Detta avsnitt består av två komponenter, F1 och RV1. F1 är en 1A 250VAC långsam säkring och RV1 är en 7mm 275V MOV (Metal Oxide Varistor). Under en högspänning (mer än 275VAC) blev MOV död kort och blåser ingångssäkring. Men på grund av den långsamma blåsningsfunktionen tål säkringen inströmningsström genom SMPS.

Ingångsfilter

Kondensatorn C3 är en 250VAC linjefilterkondensator. Det är en kondensator av X-typ som liknar den som vi använde i vår transformator mindre strömförsörjningskretsdesign.

AC-DC-omvandling.

AC DC-omvandlingen görs med DB107-dioden för hela brygglikriktare. Det är en 1000V 1A-märkt likriktardiod. Filtreringen görs med 22uF 400V kondensator. Men under denna prototyp använde vi ett mycket stort värde på kondensator. Istället 22uF använde vi 82uF kondensator på grund av att kondensatorn var tillgänglig. Sådan kondensator med högt värde krävs inte för kretsens drift. 22uF 400V räcker för 12W uteffekt.

Drivkrets eller kopplingskrets.

VIPer22A kräver kraft från transformatorns förspolning. Efter att ha fått biaspänningen börjar VIPer växla över transformatorn med hjälp av en inbyggd högspänningsmosfet. D3 används för att omvandla AC-förspänningsutgången till en likström och motståndet R1, 10 Ohm används för att styra startströmmen. Filterkondensatorn är en 4.7uF 50V för att jämna ut DC-krusningen.

Klämkrets

Transformatorn fungerar som en enorm induktor över kraftföraren IC VIPer22. Därför, under avstängningscykeln, skapar transformatorn högspänningsspikar på grund av transformatorns läckinduktans. Dessa högfrekventa spänningsspikar är skadliga för drivrutinen IC och kan orsaka fel på kopplingskretsen. Således måste detta undertryckas av diodklämman över transformatorn. D1 och D2 används för klämkretsen. D1 är TVS-dioden och D2 är en ultra-snabb återvinningsdiod. D1 används för att spänna fast spänningen medan D2 används som en blockeringsdiod. Enligt designen är den riktade fastspänningen (VCLAMP) 200V. Därför P6KE200A har valts och för ultra-snabba blockeringsrelaterade problem väljs UF4007 som D2.

Magnetik och galvanisk isolering.

Transformatorn är en ferromagnetisk transformator och den omvandlar inte bara högspänning växelström till lågspänning växelström utan ger också galvanisk isolering. Den har tre lindningsordrar. Primär-, hjälp- eller biaslindning och sekundärlindning.

EMI-filter.

EMI-filtrering görs av C4-kondensatorn. Det ökar kretsens immunitet för att minska den höga EMI-störningen. Det är en Y-klass kondensator med en spänning på 2kV.

Sekundär likriktare och snubberkrets.

Utgången från transformatorn korrigeras och omvandlas till DC med D6, en Schottky-likriktardiod. Eftersom utgångsströmmen är 2A väljs 3A 60V diod för detta ändamål. SB360 är 3A 60V-klassad Schottky-diod.

Filtersektion.

C6 är filterkondensatorn. Det är en låg ESR-kondensator för bättre avstötning av krusningar. Dessutom används ett LC-efterfilter där L2 och C7 ger bättre krusningsavstötning över utgången.

Feedback avsnitt.

Utspänningen känns av U3 TL431 och R6 och R7. Efter avkänning av linjen U2 styrs optokopplaren och isolerar den sekundära återkopplingsavkänningsdelen galvaniskt med den primära sidokontrollen. Den PC817 är en optokopplare. Den har två sidor, en transistor och en LED inuti den. Genom att styra lysdioden styrs transistorn. Eftersom kommunikationen sker optiskt har den ingen direkt elektrisk anslutning, vilket tillfredsställer också den galvaniska isoleringen på återkopplingskretsen.

Nu, eftersom lysdioden direkt kontrollerar transistorn, genom att tillhandahålla tillräcklig förspänning över Optocoupler-lysdioden, kan man styra Optocoupler-transistorn, mer specifikt drivkrets. Detta styrsystem används av TL431. En shuntregulator. Eftersom shuntregulatorn har en motståndsdelare över referensstiftet kan den styra Optocoupler-ledningen som är ansluten över den. Återkopplingsstiftet har en referensspänning på 2,5 V.. Därför kan TL431 endast vara aktiv om spänningen över delaren är tillräcklig. I vårt fall är spänningsdelaren inställd på ett värde på 5V. När utgången når 5V får TL431 därför 2,5V över referensstiftet och aktiverar därmed optokopplarens lysdiod som styr transistor hos optokopplaren och indirekt styr TNY268PN. Om spänningen inte är tillräcklig över utgången avbryts omedelbart cykeln.

Först aktiverar TNY268PN den första omkopplingscykeln och känner sedan dess EN-stift. Om allt är okej, kommer det att fortsätta växla, om inte, kommer det att försöka igen efter någon gång. Denna slinga fortsätter tills allt blir normalt, vilket förhindrar problem med kortslutning eller överspänning. Det är därför det kallas flyback-topologi, eftersom utspänningen flys tillbaka till föraren för avkänningsrelaterade operationer. Försöksslingan kallas också ett hicka-driftsläge vid felfunktionen.

Konstruktion av Switching Transformer för VIPER22ASMPS Circuit

Låt oss se det genererade transformatorns konstruktionsdiagram. Detta diagram erhålls från programvaran för strömförsörjning som vi diskuterade tidigare.

Kärnan är E25 / 13/7 med ett luftspalt på 0,36 mm. Den primära induktansen är 1mH. För konstruktionen av denna transformator behövs följande saker. Om du är ny inom transformatorkonstruktion läs artikeln om hur du bygger din egen SMPS-transformator.

1. Polyestertejp
2. E25 / 13/7 kärnpar med 0,36 mm luftspalt.
3. 30 AWG koppartråd
4. 43 AWG koppartråd (vi använde 36 AWG på grund av otillgänglighet)
5. 23 AWG (vi använde också 36 AWG för den här)
6. Horisontell eller vertikal spole (vi använde horisontell spole)
7. En penna för att hålla spolen under lindning.

Steg 1: Håll kärnan med en penna, starta 30 AWG koppartråd från spolen 3 på spolen och fortsätt 133 varv medurs till stiftet 1. Applicera 3 lager polyestertape.

Steg 2: Starta biaslindningen med 43 AWG koppartråd från stift 4 och fortsätt till de 31 varv och avsluta lindningen vid stift 5. Applicera 3 lager polyestertejp.

Starta Biaslindningen med 43 AWG koppartråd från stift 4 och fortsätt till 31 varv och avsluta lindningen vid stift 5. Applicera 3 lager polyestertape.

Steg 3: Starta sekundärlindningen från stift 10 och fortsätt lindningen medurs på 21 varv. Applicera 4 lager polyestertejp.

Steg 4: Säkra den gappade kärnan med tejpslindningen sida vid sida. Detta minskar vibrationerna under högdensitetsflödesöverföring.

När byggnaden är klar testas transformatorn med en LCR-mätare för att mäta spolarnas induktansvärde. Mätaren visar 913 mH vilket är nära 1 mH primär induktans.

Bygga VIPer22A SMPS-kretsen:

Med betygsättningen av transformatorn verifierad kan vi fortsätta med lödning av alla komponenter på ett Vero-kort som anges i kretsschemat. Mitt bräde när lödningsjobbet var klart såg ut så här nedan

Testar VIPer22A-krets för 12V 1A SMPS:

För att testa kretsen anslöt jag ingångssidan till elnätet via en VARIAC för att styra ingångens växelspänning. I bilden nedan visas utspänningen vid 225VAC.

Som du kan se på utgångssidan får vi 12.12V vilket ligger nära önskad 12V utgångsspänning. Hela arbetet visas i videon som bifogas längst ner på denna sida. Hoppas att du förstod handledningen och lärde dig att bygga dina egna SMPS-kretsar med en handgjord transformator. Om du har några frågor lämnar du dem i kommentarfältet nedan.