Zasnova 12V 1a napajalnega vezja z uporabo viper22a

V mnogih elektronskih izvedbah so najpogosteje potrebna napajalna vezja s preklopnim načinom (SMPS) za pretvorbo AC omrežne napetosti v primerno raven enosmerne napetosti za delovanje naprave. Ta vrsta pretvornikov AC-DC kot vhod vzame omrežno napetost 230V / 110V AC in ga s preklopom pretvori v nizko enosmerno napetost, od tod tudi ime napajalnika. Že prej smo zgradili nekaj SMPS vezij, kot je to 5V 2A SMPS vezje in 12V 1A TNY268 SMPS vezje. Izdelali smo celo lasten transformator SMPS, ki bi ga lahko uporabili v naših SMPS modelih skupaj z gonilnikom IC. V tem projektu bomo zgradili še eno 12V 1A SMPS vezje z uporabo VIPer22A, ki je priljubljen IC poceni gonilnik SMPS podjetja STMicroelectronics. Ta vadnica vas bo popeljala skozi celotno vezje in vam bo tudi razložilakako zgraditi svoj transformator za vezje VIPER. Zanimivo prav, začnimo.

Specifikacije zasnove napajalnika VIPer22A

Tako kot prejšnji projekt, ki temelji na SMPS, tudi različne vrste napajanja delujejo v različnih okoljih in delujejo na določeni vhodno-izhodni meji. Ta SMPS ima tudi specifikacijo. Zato je treba pred nadaljevanjem dejanske zasnove opraviti ustrezno analizo specifikacij.

Specifikacija vhoda: To bo SMPS v pretvorbi AC v DC. Zato bo vhod AC. V tem projektu je vhodna napetost fiksna. To je v skladu z evropsko standardno napetostjo. Torej, vhodna izmenična napetost tega SMPS bo 220-240VAC. To je tudi standardna napetost Indije.

Specifikacija izhoda: Izhodna napetost je izbrana kot 12V z 1A trenutne nazivne vrednosti. Tako bo moč 12W. Ker bo ta SMPS zagotavljal konstantno napetost ne glede na tok obremenitve, bo deloval v načinu CV (konstantna napetost). Tudi izhodna napetost bo konstantna in enakomerna pri najnižji vhodni napetosti z največjo obremenitvijo (2A) na izhodu.

Izhodna napetost valovanja: Zelo je zaželeno, da ima dobro napajanje napetost valovanja manj kot 30mV pk-pk. Ciljna napetost valovanja je enaka za ta SMPS, manj kot 30 mV valovanja pk-pk. Vendar je izhodno valovanje SMPS močno odvisno od konstrukcije SMPS, uporablja se PCB in vrsta kondenzatorja. Uporabili smo kondenzator z nizko vrednostjo ESR s 105-stopinjsko oceno podjetja Wurth Electronics in pričakovano izhodno valovanje je videti pod.

Zaščitni tokokrogi: Obstajajo različna zaščitna vezja, ki jih lahko v SMPS uporabite za varno in zanesljivo delovanje. Zaščitni tokokrog ščiti SMPS in s tem povezano obremenitev. Glede na vrsto je zaščitno vezje mogoče priključiti na vhod ali na izhod. Za ta SMPS se uporablja vhodna prenapetostna zaščita z največjo delovno vhodno napetostjo 275VAC. Za reševanje težav z EMI bo uporabljen tudi skupni način filtra za izpraznitev ustvarjenega EMI. Na strani Izhodna bomo vključuje zaščito pred kratkim stikom, zaščito pred-napetosti in prekomernega trenutno zaščito.

Izbira IC-ja gonilnika SMPS

Vsako vezje SMPS zahteva IC za upravljanje napajanja, znano tudi kot preklopna IC ali SMPS IC ali IC sušilnika. Povzemimo premisleke glede oblikovanja, da izberemo idealno IC za upravljanje napajanja, ki bo primerna za naš dizajn. Naše zahteve glede oblikovanja so

1. 12W izhodna moč. 12V 1A pri polni obremenitvi.
2. Vhodna ocena evropskega standarda. 85-265VAC pri 50Hz
3. Vhodna prenapetostna zaščita. Najvišja vhodna napetost 275VAC.
4. Izhodna zaščita pred kratkim stikom, prenapetostjo in prekomernim tokom.
5. Operacije s konstantno napetostjo.

Med zgornjimi zahtevami lahko izbirate med številnimi IC-ji, vendar smo za ta projekt izbrali gonilnik napajanja VIPer22A podjetja STMicroelectronics. To je zelo poceni IC gonilnika moči podjetja STMicroelectronics.

Na zgornji sliki je prikazana tipična moč moči VIPer22A IC. Vendar ni določenega odseka za specifikacijo izhodne moči tipa odprtega okvirja ali adapterja. SMPS bomo izdelali v odprtem okviru in za evropsko oceno vnosa. V takem segmentu lahko VIPer22A zagotavlja 20W moči. Uporabili ga bomo za 12W moči. VIPer22A IC pinout je podan v spodnji sliki.

Oblikovanje VIPer22A napajalnega vezja

Najboljši način za izdelavo vezja je uporaba programske opreme Power Supply Design. Za uporabo VIPer22A lahko prenesete programsko opremo VIPer Design različice 2.24, najnovejša različica te programske opreme ne podpira več VIPer22A. Je odlična programska oprema za oblikovanje napajalnikov podjetja STMicroelectronics. Z zagotavljanjem informacij o zahtevah glede zasnove je mogoče ustvariti celoten diagram vezja napajalnika. VIPer22A vezje za ta projekt, ki ga ustvarja programsko opremo je prikazano spodaj

Preden gremo naravnost v izdelavo prototipnega dela, raziščimo delovanje vezja. Vezje ima naslednje odseke -

1. Vhodna napetost in zaščita pred napakami SMPS
2. Vhodni filter
3. Pretvorba AC-DC
4. Gonilniško vezje ali preklopno vezje
5. Vpenjalno vezje.
6. Magnetika in galvanska izolacija.
7. EMI filter
8. Sekundarni usmernik
9. Oddelek za filtriranje
10. Oddelek za povratne informacije.

Vhodni prenapetost in zaščita pred napakami SMPS.

Ta odsek je sestavljen iz dveh komponent, F1 in RV1. F1 je 1A 250VAC varovalka za počasno pihanje, RV1 pa je 7mm 275V MOV (Varistor kovinskega oksida). Med visokonapetostnim prenapetostnim tokom (več kot 275VAC) se je MOV kratko onesposobil in vžgal varovalko. Vendar pa zaradi funkcije počasnega prepiha varovalka prenese vklopni tok skozi SMPS.

Vhodni filter

Kondenzator C3 je 250VAC linijski kondenzator. Gre za kondenzator tipa X, podoben tistemu, ki smo ga uporabili pri zasnovi transformatorja brez napajanja.

Pretvorba AC-DC.

Pretvorba izmeničnega toka v enosmerno napetost se izvede s polnilno diodo DB107. Je 1000V 1A usmerniška dioda. Filtriranje poteka z uporabo 22uF 400V kondenzatorja. Vendar smo med tem prototipom uporabili zelo veliko vrednost kondenzatorja. Namesto 22uF smo zaradi razpoložljivosti kondenzatorja uporabili 82uF kondenzator. Tak kondenzator visoke vrednosti ni potreben za delovanje vezja. 22uF 400V zadostuje za 12W izhodno moč.

Voznikovo vezje ali preklopno vezje.

VIPer22A zahteva napajanje iz prednapetostnega navitja transformatorja. Ko dobi napetost prednapetosti, VIPer začne preklapljati transformator s pomočjo vgrajenega visokonapetostnega MOSFET-a. D3 se uporablja za pretvorbo izhoda izmeničnega toka v enosmerni tok, upor R1, 10 Ohm pa za nadzor vklopnega toka. Kondenzator filtra je 4,7uF 50V za glajenje enosmernega valovanja.

Vpenjalno vezje

Transformator deluje na velik induktor v gonilniku moči IC VIPer22. Zato med izklopnim ciklom transformator ustvarja visokonapetostne konice zaradi indukcijske upornosti transformatorja. Ti visokofrekvenčni napetostni konici so škodljivi za IC gonilnika napajanja in lahko povzročijo okvaro stikalnega vezja. Tako je treba to preprečiti z diodno objemko čez transformator. D1 in D2 se uporabljata za vpenjalno vezje. D1 je dioda TVS, D2 pa ultrahitro obnovitvena dioda. D1 se uporablja za vpenjanje napetosti, D2 pa kot blokirna dioda. Glede na zasnovo je ciljna vpenjalna napetost (VCLAMP) 200V. Zato P6KE200A je izbran in za ultrahitre težave, povezane z blokiranjem, je UF4007 izbran kot D2.

Magnetika in galvanska izolacija.

Transformator je feromagnetni transformator in ne le pretvori visokonapetostni izmenični tok v nizkonapetostni izmenični tok, temveč zagotavlja tudi galvansko izolacijo. Ima tri zaporedja navijanja. Primarno, pomožno ali pristransko navitje in sekundarno navitje.

EMI filter.

EMI filtriranje izvaja kondenzator C4. Poveča odpornost vezja za zmanjšanje motenj EMI. Je kondenzator razreda Y z napetostjo 2kV.

Sekundarni usmernik in snuber vezje.

Izhod iz transformatorja se popravi in ​​pretvori v enosmerni tok z uporabo D6, usmerjevalne diode Schottky. Ker je izhodni tok 2A, je v ta namen izbrana 3A 60V dioda. SB360 je 3A 60V Schottky dioda.

Oddelek za filtriranje.

C6 je kondenzator filtra. Je kondenzator z nizkim ESR za boljšo zavrnitev valovanja. Uporablja se tudi LC naknadni filter, kjer L2 in C7 zagotavljata boljšo zavrnitev valovanja skozi izhod.

Oddelek za povratne informacije.

Izhodno napetost zaznavajo U3 TL431 ter R6 in R7. Po zaznavanju črte U2 se optični sklopnik krmili in galvansko izolira sekundarni del zaznavanja povratnih informacij s primarnim stranskim krmilnikom. PC817 je Optocoupler. Ima dve strani, tranzistor in LED v njem. Z upravljanjem LED je tranzistor krmiljen. Ker komunikacija poteka optično, nima neposredne električne povezave, zato zadošča tudi galvanski izolaciji na povratnem vezju.

Zdaj, ko LED dioda neposredno nadzoruje tranzistor, lahko z zagotavljanjem zadostne pristranskosti čez Optocoupler LED upravljamo Optocoupler tranzistor, natančneje gonilniško vezje. Ta nadzorni sistem uporablja TL431. Regulator premika. Ker ima regulator premika uporni delilnik na referenčnem zatiču, lahko krmili optični vodnik, ki je povezan preko njega. Povratni zatič ima referenčno napetost 2,5 V. Zato je lahko TL431 aktiven le, če je napetost na delilniku zadostna. V našem primeru je napetostni delilnik nastavljen na vrednost 5V. Torej, ko izhod doseže 5 V, TL431 dobi 2,5 V prek referenčnega zatiča in tako aktivira LED optičnega sklopnika, ki nadzoruje tranzistor optičnega sklopnika in posredno nadzoruje TNY268PN. Če napetost na izhodu ne zadostuje, se preklopni cikel takoj ustavi.

Najprej TNY268PN aktivira prvi cikel preklopa in nato zazna svoj zatič EN. Če je vse v redu, bo nadaljevalo s preklopom, če ne, bo čez nekaj časa poskusilo še enkrat. Ta zanka se nadaljuje, dokler se vse ne normalizira, s čimer se preprečijo težave s kratkim stikom ali prenapetostjo. Zato se imenuje povratna topologija, saj se izhodna napetost preusmeri nazaj v gonilnik za zaznavanje s tem povezanih operacij. Tudi poskusna zanka se imenuje način kolcanja v primeru okvare.

Izdelava preklopnega transformatorja za vezje VIPER22ASMPS

Poglejmo ustvarjeni diagram konstrukcije transformatorja. Ta diagram dobimo iz programske opreme za načrtovanje napajanja, o kateri smo že govorili.

Jedro je E25 / 13/7 z zračno režo 0,36 mm. Primarna induktivnost je 1mH. Za izdelavo tega transformatorja so potrebne naslednje stvari. Če ste nov v konstrukciji transformatorjev, preberite članek o tem, kako zgraditi svoj transformator SMPS.

1. Trak iz poliestra
2. E25 / 13/7 jedrni pari z zračno režo 0,36 mm.
3. 30 bakrenih žic AWG
4. 43 AWG bakrena žica (uporabili smo 36 AWG zaradi nerazpoložljivosti)
5. 23 AWG (tudi za to smo uporabili 36 AWG)
6. Vodoravna ali navpična kleka (uporabili smo vodoravno klekljano)
7. Pero za držanje kleklja med navijanjem.

Korak 1: Jedro primite s peresom, zaženite bakreno žico 30 AWG od zatiča 3 klekljanja in nadaljujte 133 obratov v smeri urnega kazalca na zatič 1. Nanesite 3 plasti poliestrskega traku.

2. korak: Zavite navitje Bias z bakreno žico 43 AWG iz zatiča 4 in nadaljujte do 31 zavojev ter zaključite navitje pri zatiču 5. Nanesite 3 plasti poliestrskega traku.

Zaženite navitje Bias z uporabo bakrene žice 43 AWG od zatiča 4 in nadaljujte do 31 zavojev ter navite do konca navitja 5. Nanesite 3 plasti poliestrskega traku.

3. korak: Zaženite sekundarno navitje od zatiča 10 in nadaljujte z navijanjem 21 vrtljajev v smeri urnega kazalca. Nanesite 4 plasti poliestrskega traku.

Korak 4: Zaprite jedro z lepilnim trakom, ki se zavije drug ob drugega. To bo zmanjšalo vibracije med prenosom toka visoke gostote.

Ko je gradnja končana, se transformator preskusi z merilnikom LCR za merjenje vrednosti induktivnosti tuljav. Merilnik kaže 913 mH, kar je blizu 1 mH primarne induktivnosti.

Izdelava vezja VIPer22A SMPS:

S preverjeno oceno transformatorja lahko nadaljujemo s spajkanjem vseh komponent na plošči Vero, kot je navedeno v vezju. Moja plošča po končanem spajkanju je bila spodaj videti tako

Testiranje vezja VIPer22A za 12V 1A SMPS:

Za preizkus vezja sem priključil vhodno stran na omrežno napajanje prek VARIAC za nadzor vhodne izmenične napetosti omrežja. Na spodnji sliki je prikazana izhodna napetost pri 225VAC.

Kot lahko vidite na izhodni strani dobimo 12,12V, kar je blizu želene 12V izhodne napetosti. Celotno delo je prikazano v videoposnetku na dnu te strani. Upam, da ste razumeli vadnico in se naučili, kako z ročno izdelanim transformatorjem zgraditi lastna vezja SMPS. Če imate kakršna koli vprašanja, jih pustite v spodnjem oddelku za komentarje.