Схема блока питания 12В 1а с использованием viper22a

Схемы импульсного источника питания (SMPS) чаще всего требуются во многих электронных конструкциях для преобразования напряжения сети переменного тока в подходящий уровень напряжения постоянного тока для работы устройства. Этот тип преобразователей переменного тока в постоянный принимает сетевое напряжение 230 В / 110 В переменного тока в качестве входа и преобразует его в постоянное напряжение низкого уровня, переключая его, отсюда и название источника питания с переключателем. Ранее мы уже построили несколько схем SMPS, таких как эта схема SMPS 5V 2A и цепь SMPS 12V 1A TNY268. Мы даже создали наш собственный трансформатор SMPS, который можно было бы использовать в наших проектах SMPS вместе с ИС драйвера. В этом проекте мы построим еще одну схему SMPS 12 В 1A, используя VIPer22A, популярную недорогую ИС драйвера SMPS от STMicroelectronics. Это руководство проведет вас через полную схему, а также объясниткак построить собственный трансформатор для схемы VIPER. Интересное право приступим.

Технические характеристики источника питания VIPer22A

Как и в предыдущем проекте на основе SMPS, различные типы источников питания работают в разных средах и работают в определенных границах ввода-вывода. Этот SMPS также имеет спецификацию. Следовательно, перед тем, как приступить к фактическому проектированию, необходимо провести надлежащий анализ спецификации.

Спецификация входа: это будет SMPS в области преобразования переменного тока в постоянный. Следовательно, на входе будет переменный ток. В этом проекте входное напряжение фиксировано. Это соответствует европейскому стандарту номинального напряжения. Итак, входное переменное напряжение этого ИИП будет 220-240В. Это также стандартное номинальное напряжение Индии.

Выходные данные: Выходное напряжение выбрано в качестве 12V с 1А номинального тока. Таким образом, это будет выходная мощность 12 Вт. Поскольку этот SMPS будет обеспечивать постоянное напряжение независимо от тока нагрузки, он будет работать в режиме CV (постоянное напряжение). Кроме того, выходное напряжение будет постоянным и стабильным при самом низком входном напряжении при максимальной нагрузке (2 А) на выходе.

Пульсации выходного напряжения: крайне желательно, чтобы хороший источник питания имел пульсации напряжения менее 30 мВ пик-пик. Целевое напряжение пульсаций одинаково для этого SMPS, пульсации пик-пик менее 30 мВ. Однако пульсации на выходе SMPS сильно зависят от конструкции SMPS, печатной платы и типа используемого конденсатора. Мы использовали конденсатор с низким ESR и номиналом 105 градусов от Wurth Electronics, и ожидаемая пульсация на выходе ниже.

Цепи защиты: Существуют различные схемы защиты, которые можно использовать в SMPS для безопасной и надежной работы. Схема защиты защищает SMPS, а также связанную с ним нагрузку. В зависимости от типа схема защиты может быть подключена к входу или выходу. Для этого SMPS будет использоваться входная защита от перенапряжения с максимальным рабочим входным напряжением 275 В переменного тока. Кроме того, для решения проблем с электромагнитными помехами будет использоваться фильтр синфазных помех для подавления генерируемых электромагнитных помех. На стороне вывода мы будем включать в себя защиту от короткого замыкания, защита от перенапряжения и перегрузки по току.

Выбор микросхемы драйвера SMPS

Для каждой цепи SMPS требуется ИС управления питанием, также известная как ИС переключения, ИС SMPS или ИС осушителя. Подведем итоги проектных соображений, чтобы выбрать идеальную ИС управления питанием, которая будет подходить для нашей конструкции. Наши требования к дизайну:

1. Выход 12 Вт. 12В 1А при полной нагрузке.
2. Европейский стандарт входной мощности. 85-265 В переменного тока при 50 Гц
3. Защита от перенапряжения на входе. Максимальное входное напряжение 275 В переменного тока.
4. Выходная защита от короткого замыкания, перенапряжения и перегрузки по току.
5. Работа с постоянным напряжением.

Из вышеперечисленных требований существует широкий выбор микросхем, но для этого проекта мы выбрали драйвер питания VIPer22A от STMicroelectronics. Это очень недорогая микросхема драйвера питания от STMicroelectronics.

На изображении выше показана типичная номинальная мощность микросхемы VIPer22A. Тем не менее, нет специального раздела для спецификации выходной мощности с открытой рамой или адаптером. Мы сделаем SMPS в открытом корпусе и для европейского номинала ввода. В таком сегменте VIPer22A мог обеспечить выходную мощность 20 Вт. Мы будем использовать его для выхода 12 Вт. VIPer22A IC Распиновка приведена на рисунке ниже.

Проектирование схемы питания VIPer22AP

Лучший способ построить схему - использовать программное обеспечение Power Supply Design. Вы можете загрузить версию 2.24 программного обеспечения VIPer Design, чтобы использовать VIPer22A, последняя версия этого программного обеспечения больше не поддерживает VIPer22A. Это отличное программное обеспечение для проектирования блоков питания от STMicroelectronics. Предоставляя информацию о требованиях к конструкции, можно создать полную принципиальную схему источника питания. Схема VIPer22A для этого проекта, созданная с помощью программного обеспечения, показана ниже.

Прежде чем приступить к созданию прототипа, давайте рассмотрим работу схемы. Схема имеет следующие разделы -

1. Защита от импульсных перенапряжений и отказов SMPS
2. Входной фильтр
3. Преобразование AC-DC
4. Схема драйвера или схема переключения
5. Схема зажима.
6. Магнит и гальваническая развязка.
7. EMI фильтр
8. Вторичный выпрямитель
9. Раздел фильтра
10. Раздел обратной связи.

Защита от импульсных перенапряжений и отказов SMPS.

Этот раздел состоит из двух компонентов: F1 и RV1. F1 - это плавкий предохранитель с задержкой срабатывания 1 А, 250 В переменного тока, а RV1 - это 7-миллиметровый варистор на 275 В (металлооксидный варистор). Во время скачка высокого напряжения (более 275 В переменного тока) MOV резко замыкается и перегорает входной предохранитель. Однако благодаря функции медленного срабатывания предохранитель выдерживает пусковой ток через ИИП.

Входной фильтр

Конденсатор C3 представляет собой конденсатор сетевого фильтра 250 В переменного тока. Это конденсатор типа X, аналогичный тому, который мы использовали в нашей схеме бестрансформаторного источника питания.

Преобразование AC-DC.

Преобразование переменного тока в постоянный выполняется с использованием полного мостового выпрямительного диода DB107. Это выпрямительный диод с номиналом 1000 В, 1 А. Фильтрация осуществляется с помощью конденсатора емкостью 22 мкФ 400 В. Однако во время этого прототипа мы использовали конденсатор очень большой емкости. Вместо 22 мкФ мы использовали конденсатор 82 мкФ из-за наличия конденсатора. Конденсатор такой высокой емкости не требуется для работы схемы. 22 мкФ 400 В достаточно для номинальной выходной мощности 12 Вт.

Схема драйвера или схема переключения.

VIPer22A требует питания от обмотки смещения трансформатора. После получения напряжения смещения VIPer начинает переключение через трансформатор, используя встроенный высоковольтный МОП-транзистор. D3 используется для преобразования выхода переменного тока смещения в постоянный, а резистор R1, 10 Ом используется для управления пусковым током. Конденсатор фильтра - 4,7 мкФ 50 В для сглаживания пульсаций постоянного тока.

Схема зажима

Трансформатор действует как огромный индуктор на микросхему драйвера питания VIPer22. Следовательно, во время отключения трансформатор создает выбросы высокого напряжения из-за индуктивности рассеяния трансформатора. Эти высокочастотные скачки напряжения вредны для ИС драйвера питания и могут вызвать сбой в схеме переключения. Таким образом, это должно подавляться диодным зажимом на трансформаторе. D1 и D2 используются для цепи зажима. D1 - диод TVS, а D2 - диод сверхбыстрого восстановления. D1 используется для ограничения напряжения, а D2 используется как блокирующий диод. В соответствии с конструкцией заданное напряжение зажима (VCLAMP) составляет 200 В. Следовательно, P6KE200A выбран, а для проблем, связанных со сверхбыстрой блокировкой, UF4007 выбран как D2.

Магнит и гальваническая развязка.

Трансформатор представляет собой ферромагнитный трансформатор, который не только преобразует высокое напряжение переменного тока в низкое, но и обеспечивает гальваническую развязку. Имеет три порядка намотки. Первичная, вспомогательная или смещающая обмотка и вторичная обмотка.

Фильтр электромагнитных помех.

Фильтрация электромагнитных помех выполняется конденсатором C4. Это увеличивает невосприимчивость схемы, чтобы уменьшить высокие помехи EMI. Это конденсатор Y-класса с номинальным напряжением 2 кВ.

Вторичный выпрямитель и демпферная цепь.

Выходной сигнал трансформатора выпрямляется и преобразуется в постоянный ток с помощью выпрямительного диода Шоттки D6. Поскольку выходной ток составляет 2А, для этой цели выбран диод 3А 60В. SB360 - это диод Шоттки, рассчитанный на 3 А 60 В.

Раздел фильтра.

C6 - конденсатор фильтра. Это конденсатор с низким ESR для лучшего подавления пульсаций. Также используется пост-фильтр LC, где L2 и C7 обеспечивают лучшее подавление пульсаций на выходе.

Раздел обратной связи.

Выходное напряжение измеряется U3 TL431 и R6 и R7. После измерения линии U2 оптопара управляется и гальванически изолирует вторичный датчик обратной связи с контроллером первичной стороны. PC817 является оптрон. Он имеет две стороны, внутри транзистор и светодиод. Управляя светодиодом, можно управлять транзистором. Поскольку связь осуществляется оптически, она не имеет прямого электрического соединения, что обеспечивает гальваническую развязку цепи обратной связи.

Теперь, когда светодиод напрямую управляет транзистором, обеспечивая достаточное смещение через светодиод оптопары, можно управлять транзистором оптопары, а точнее схемой драйвера. Эта система управления используется TL431. Шунтирующий регулятор. По мере того как параллельный стабилизатор имеет резистор делитель через него контрольный штифт, он может контролировать оптрон светодиод, который соединен через него. Контактная обратная связь имеет опорное напряжение 2.5V. Следовательно, TL431 может быть активен только при достаточном напряжении на делителе. В нашем случае делитель напряжения установлен на значение 5В. Следовательно, когда выходное напряжение достигает 5 В, TL431 получает 2,5 В через опорный вывод и, таким образом, активирует светодиод оптопары, который управляет транзистором оптопары и косвенно управляет TNY268PN. Если на выходе недостаточно напряжения, цикл переключения немедленно приостанавливается.

Сначала TNY268PN активирует первый цикл переключения, а затем определяет свой вывод EN. Если все в порядке, он продолжит переключение, если нет, через некоторое время он попытается еще раз. Этот цикл продолжается до тех пор, пока все не нормализуется, что предотвращает проблемы с коротким замыканием или перенапряжением. Вот почему это называется топологией обратного хода, поскольку выходное напряжение возвращается к драйверу для измерения связанных операций. Кроме того, цикл попыток называется режимом икоты в случае отказа.

Конструкция коммутирующего трансформатора для схемы VIPER22ASMPS

Посмотрим на построенную схему построения трансформатора. Эта диаграмма получена из программного обеспечения для проектирования источников питания, которое мы обсуждали ранее.

Сердечник - E25 / 13/7 с воздушным зазором 0,36 мм. Первичная индуктивность составляет 1 мГн. Для постройки этого трансформатора необходимо следующее. Если вы новичок в строительстве трансформаторов, прочтите статью о том, как построить свой собственный трансформатор SMPS.

1. Лента полиэфирная
2. E25 / 13/7 Пары жил с воздушным зазором 0,36 мм.
3. Медный провод 30 AWG
4. Медный провод 43 AWG (мы использовали 36 AWG из-за отсутствия)
5. 23 AWG (для этого мы также использовали 36 AWG)
6. Горизонтальная или вертикальная шпулька (мы использовали горизонтальную шпульку)
7. Ручка для удержания шпульки во время намотки.

Шаг 1: Удерживая сердечник ручкой, начните медный провод 30 AWG от контакта 3 шпульки и продолжайте 133 оборота по часовой стрелке до контакта 1. Оберните 3 слоя полиэфирной ленты.

Шаг 2: Начните намотку смещения, используя медный провод 43 AWG от контакта 4, продолжайте до 31 витка и завершите обмотку на контакте 5. Нанесите 3 слоя полиэфирной ленты.

Начните намотку смещения, используя медный провод 43 AWG от контакта 4, продолжайте до 31 витка и завершите обмотку на контакте 5. Оберните 3 слоя полиэфирной ленты.

Шаг 3: запустите вторичную обмотку с вывода 10 и продолжите намотку 21 витка по часовой стрелке. Наклейте 4 слоя полиэфирной ленты.

Шаг 4: Закрепите сердечник с зазором рядом друг с другом изолентой. Это уменьшит вибрацию при передаче магнитного потока высокой плотности.

После завершения сборки трансформатор тестируется измерителем LCR для измерения значения индуктивности катушек. Измеритель показывает 913 мГн, что близко к первичной индуктивности 1 мГн.

Построение схемы ИИП VIPer22A:

Проверив номинальные параметры трансформатора, мы можем приступить к пайке всех компонентов на плате Vero, как показано на принципиальной схеме. Моя плата после завершения пайки выглядела так:

Тестирование схемы VIPer22A для ИИП 12В 1А:

Для проверки схемы я подключил входную сторону к источнику питания через VARIAC для управления входным напряжением сети переменного тока. На изображении ниже показано выходное напряжение 225 В переменного тока.

Как вы можете видеть на выходе, мы получаем 12,12 В, что близко к желаемому выходному напряжению 12 В. Полная работа показана в видео, прикрепленном внизу этой страницы. Надеюсь, вы поняли руководство и научились создавать собственные схемы SMPS с помощью трансформатора ручной работы. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в разделе комментариев ниже.