12V 1a maitinimo grandinės projektavimas naudojant „viper22a“

Daugelyje elektroninių konstrukcijų dažniausiai reikalingos perjungto režimo maitinimo grandinės (SMPS), kad kintamosios srovės tinklo įtampa būtų paversta tinkamu nuolatinės srovės įtampos lygiu, kad prietaisas veiktų. Šio tipo kintamosios ir nuolatinės srovės keitikliai ima 230 V / 110 V kintamosios srovės tinklo įtampą kaip įvestį ir, keisdami, paverčia ją žemo lygio nuolatine įtampa, todėl vadinamas jungiklio režimo maitinimo šaltiniu. Mes jau anksčiau sukūrėme keletą SMPS grandinių, tokių kaip ši 5V 2A SMPS grandinė ir 12V 1A TNY268 SMPS grandinė. Mes netgi sukūrėme savo SMPS transformatorių, kuris galėtų būti naudojamas mūsų SMPS projektuose kartu su tvarkyklės IC. Šiame projekte mes pastatysime dar vieną 12 V 1A SMPS grandinę, naudodami „VIPer22A“, kuri yra populiari pigių SMPS tvarkyklių IC iš STMicroelectronics. Ši pamoka apims visą grandinę ir paaiškinskaip sukurti savo transformatorių VIPER grandinei. Įdomu, pradėkime.

„VIPer22A“ maitinimo šaltinio projektavimo specifikacijos

Kaip ir ankstesniame SMPS pagrįstame projekte, įvairių tipų maitinimas veikia skirtingose ​​aplinkose ir veikia tam tikroje įvesties-išvesties riboje. Šis SMPS taip pat turi specifikaciją. Todėl prieš pradedant tikrąjį projektą reikia atlikti tinkamą specifikacijų analizę.

Įvesties specifikacija: Tai bus SMPS kintamosios ir nuolatinės srovės konversijos srityje. Todėl įvestis bus kintama. Šiame projekte įėjimo įtampa yra fiksuota. Tai atitinka Europos standartinę įtampos normą. Taigi, šio SMPS įėjimo kintama įtampa bus 220–240 VAC. Tai taip pat yra standartinė Indijos įtampos kategorija.

Išvesties specifikacija: Išėjimo įtampa pasirenkama kaip 12V, esant 1A srovės galiai. Taigi, tai bus 12 W galia. Kadangi šis SMPS užtikrins pastovią įtampą, nepriklausomai nuo apkrovos srovės, jis veiks CV (pastovios įtampos) režimu. Be to, išėjimo įtampa bus pastovi ir pastovi esant mažiausiai įėjimo įtampai su didžiausia apkrova (2A) išėjime.

Išėjimo bangų įtampa: labai pageidautina, kad gero maitinimo šaltinio bangų įtampa būtų mažesnė nei 30 mV pk-pk. Šio SMPS tikslinė pulsacijos įtampa yra ta pati, mažesnė nei 30 mV pk-pk pulsacija. Tačiau SMPS išvesties bangavimas labai priklauso nuo SMPS konstrukcijos, naudojama PCB ir kondensatoriaus tipas. „ Wurth Electronics“ naudojome žemą ESR kondensatorių, kurio laipsnis 105 laipsnių, o laukiamas išėjimo pulsavimas atrodo žemiau.

Apsaugos grandinės: SMPS sistemoje galima naudoti įvairias apsaugos grandines saugiai ir patikimai. Apsaugos grandinė apsaugo SMPS, taip pat su tuo susijusią apkrovą. Priklausomai nuo tipo, apsaugos grandinę galima prijungti per įvestį arba išėjimą. Šiam SMPS bus naudojama apsauga nuo viršįtampių, kai maksimali darbinė įėjimo įtampa yra 275 VAC. Be to, norint išspręsti EMI problemas, bus naudojamas įprasto režimo filtras, kuris pašalins sugeneruotą EMI. Dėl išėjimo pusėje mes apimti Apsauga nuo trumpojo jungimo, apsauga nuo viršįtampio ir per dabartinę apsaugą.

SMPS tvarkyklės IC pasirinkimas

Kiekvienai SMPS grandinei reikalingas maitinimo valdymo IC, taip pat žinomas kaip perjungimo IC arba SMPS IC arba Drier IC. Apibendrinkime dizaino sumetimus, kad pasirinktume idealų energijos valdymo IC, kuris bus tinkamas mūsų dizainui. Mūsų projektavimo reikalavimai yra

1. 12 W galia. 12V 1A esant pilnai apkrovai.
2. Europos standarto įvesties reitingas. 85-265 VAC 50Hz dažniu
3. Įvesties apsauga nuo viršįtampių. Didžiausia įėjimo įtampa 275VAC.
4. Išėjimo trumpasis jungimas, apsauga nuo viršįtampio ir viršsrovės.
5. Nuolatinės įtampos operacijos.

Iš aukščiau išvardytų reikalavimų galima rinktis platų IC, tačiau šiam projektui pasirinkome „ VIPM22A“ maitinimo tvarkyklę iš „STMicroelectronics“. Tai labai pigios „STMicroelectronics“ maitinimo šaltinio valdiklis.

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodytas tipinis „ VIPer22A IC“ galingumo įvertinimas. Tačiau nėra nurodyto skirsnio atviro kadro ar adapterio tipo maitinimo išvesties specifikacijai. Mes padarysime SMPS atviru rėmu ir pagal Europos įvesties reitingą. Tokiame segmente „VIPer22A“ gali suteikti 20 W galingumą. Mes jį naudosime 12 W išėjimui. „ VIPer22A IC “ kištukas pateiktas žemiau esančiame paveikslėlyje.

VIPer22AP maitinimo grandinės projektavimas

Geriausias būdas sukurti grandinę yra naudojant maitinimo šaltinio projektavimo programinę įrangą. Galite naudoti „VIPer Design Software 2.24“ versiją, kad galėtumėte naudoti „VIPer22A“. Naujausia šios programinės įrangos versija nebepalaiko „VIPer22A“. Tai puiki „STMicroelectronics“ maitinimo šaltinio projektavimo programinė įranga. Pateikiant informaciją apie projektavimo reikalavimus, galima sukurti visą maitinimo grandinės schemą. Žemiau parodyta programinės įrangos sukurta šio projekto „ VIPer22A“ grandinė

Prieš eidami tiesiai į prototipo dalies kūrimą, panagrinėkime grandinės veikimą. Grandinėje yra šie skyriai -

1. Įvesties viršįtampio ir SMPS apsauga nuo gedimų
2. Įvesties filtras
3. AC-DC konversija
4. Vairuotojo grandinė arba perjungimo grandinė
5. Spaustuko grandinė.
6. Magnetika ir galvaninė izoliacija.
7. EMI filtras
8. Antrinis lygintuvas
9. Filtro skyrius
10. Atsiliepimų skiltis.

Įvesties viršįtampio ir SMPS apsauga nuo gedimų.

Šį skyrių sudaro du komponentai - F1 ir RV1. F1 yra 1A 250VAC lėtas saugiklis, o RV1 yra 7mm 275V MOV (metalo oksido varistorius). Aukštos įtampos šuolio metu (daugiau nei 275 VAC) MOV trumpam sustojo ir išpūtė įvesties saugiklį. Tačiau dėl lėto pūtimo funkcijos saugiklis atlaiko įsiurbimo srovę per SMPS.

Įvesties filtras

Kondensatorius C3 yra 250 VAC linijinio filtro kondensatorius. Tai yra X tipo kondensatorius, panašus į tą, kurį naudojome kurdami transformatorių be maitinimo grandinės.

AC-DC konversija.

Kintamosios srovės keitimas atliekamas naudojant DB107 viso tilto lygintuvo diodą. Tai 1000V 1A vardinis lygintuvo diodas. Filtravimas atliekamas naudojant 22uF 400V kondensatorių. Tačiau šio prototipo metu mes panaudojome labai didelę kondensatoriaus vertę. Vietoj 22uF, mes naudojome 82uF kondensatorių dėl kondensatoriaus prieinamumo. Toks didelės vertės kondensatorius nėra reikalingas grandinės veikimui. 12W išėjimui pakanka 22uF 400V.

Vairuotojo grandinė arba perjungimo grandinė.

„VIPer22A“ reikia maitinimo iš įtampos transformatoriaus apvijos. Gavęs šališką įtampą, VIPer pradeda perjungti transformatorių naudodamas įmontuotą aukštos įtampos „mosfet“. D3 naudojamas konvertuoti kintamosios srovės išėjimą į nuolatinę srovę, o R1, 10 omų rezistorius naudojamas įsiurbimo srovei valdyti. Filtro kondensatorius yra 4.7uF 50V, skirtas išlyginti nuolatinės srovės bangas.

Spaustuko grandinė

Transformatorius veikia didžiulį induktorių per maitinimo šaltinį IC VIPer22. Todėl per išjungimo ciklą transformatorius sukuria aukštos įtampos šuolius dėl transformatoriaus nuotėkio induktyvumo. Šie aukšto dažnio įtampos šuoliai yra kenksmingi maitinimo šaltinio IC ir gali sukelti perjungimo grandinės gedimą. Taigi, tai turi būti nuslopinta transformatoriaus diodų spaustuku. D1 ir D2 naudojami spaustuko grandinei. D1 yra TVS diodas, o D2 - ypač greitas atkūrimo diodas. D1 naudojamas įtampai užfiksuoti, o D2 naudojamas kaip blokavimo diodas. Pagal projektą, tikslinė užspaudimo įtampa (VCLAMP) yra 200 V. Todėl P6KE200A yra pasirinktas ir sprendžiant su itin greitu blokavimu susijusius klausimus, UF4007 pasirenkamas kaip D2.

Magnetika ir galvaninė izoliacija.

Transformatorius yra feromagnetinis transformatorius ir jis ne tik paverčia aukštos įtampos kintamąja srove į žemos įtampos kintamąja srove, bet ir užtikrina galvaninę izoliaciją. Ji turi tris vingiuotus užsakymus. Pagrindinė, pagalbinė arba šališkoji apvija ir antrinė apvija.

EMI filtras.

EMI filtravimą atlieka C4 kondensatorius. Tai padidina grandinės atsparumą, kad sumažintų didelius EMI trukdžius. Tai yra Y klasės kondensatorius, kurio įtampa yra 2kV.

Antrinis lygintuvas ir „snubber“ grandinė.

Transformatoriaus išvestis ištaisoma ir paverčiama nuolatine nuolatine srove naudojant D6 - Schottky lygintuvo diodą. Kadangi išėjimo srovė yra 2A, šiam tikslui pasirenkamas 3A 60V diodas. SB360 yra 3A 60V įvertintas „Schottky“ diodas.

Filtro skyrius.

C6 yra filtro kondensatorius. Tai mažo ESR kondensatorius, leidžiantis geriau atmesti pulsaciją. Taip pat naudojamas LC postfiltras, kai L2 ir C7 užtikrina geresnį pulsacijos atmetimą visoje išvestyje.

Atsiliepimų skiltis.

Išėjimo įtampą nustato U3 TL431 ir R6 ir R7. Pajutęs liniją U2, optinis jungiklis yra valdomas ir galvaniškai izoliuojantis antrinio grįžtamojo ryšio jutimo dalį pirminiu šoniniu valdikliu. PC817 yra Optiniai sujungėjai. Jame yra dvi pusės, tranzistorius ir šviesos diodas. Valdant šviesos diodą, tranzistorius valdomas. Kadangi ryšys vykdomas optiškai, jis neturi tiesioginio elektros jungties, todėl patenkina ir galvaninę izoliaciją grįžtamojo ryšio grandinėje.

Dabar, kai šviesos diodas tiesiogiai valdo tranzistorių, užtikrindamas pakankamą „Optocoupler“ šviesos diodų poslinkį, galima valdyti „ Optocoupler“ tranzistorių, tiksliau - tvarkyklės grandinę. Šią valdymo sistemą naudoja TL431. Šunto reguliatorius. Kadangi šunto reguliatorius turi rezistoriaus daliklį per atskaitos kaištį, jis gali valdyti per jį sujungtą „Optocoupler“ laidą. Grįžtamojo kaiščio atskaitos įtampa yra 2,5 V. Todėl TL431 gali būti aktyvus tik tuo atveju, jei įtampa per daliklį yra pakankama. Mūsų atveju įtampos daliklis yra nustatytas į 5 V vertę. Todėl, kai išėjimas pasiekia 5 V, TL431 gauna 2,5 V per atskaitos kaištį ir taip įjungia „Optocoupler“ šviesos diodą, kuris valdo „Optocoupler“ tranzistorių ir netiesiogiai valdo „TNY268PN“. Jei išėjime nepakanka įtampos, perjungimo ciklas nedelsiant sustabdomas.

Pirma, TNY268PN suaktyvina pirmąjį perjungimo ciklą ir tada nujaučia jo EN kaištį. Jei viskas gerai, jis tęs perjungimą, jei ne, po kurio laiko bandys dar kartą. Ši kilpa tęsiama tol, kol viskas normalizuosis, taip išvengiant trumpojo jungimo ar viršįtampio problemų. Štai kodėl ji vadinama „ flyback“ topologija, nes išėjimo įtampa grįžta į vairuotoją, kad jis suprastų susijusias operacijas. Be to, bandymo ciklas vadinamas žagsėjimo režimu gedimo sąlygomis.

VIPER22ASMPS grandinės perjungimo transformatoriaus statyba

Pažiūrėkime sugeneruotą transformatoriaus konstrukcijos diagramą. Ši schema gaunama iš maitinimo šaltinio projektavimo programinės įrangos, kurią mes aptarėme anksčiau.

Šerdis yra E25 / 13/7, o oro tarpas yra 0,36 mm. Pagrindinis induktyvumas yra 1mH. Norint pastatyti šį transformatorių, reikia šių dalykų. Jei dar nesinaudojote transformatorių statyba, perskaitykite straipsnį apie tai, kaip sukurti savo SMPS transformatorių.

1. Poliesterio juosta
2. E25 / 13/7 šerdies poros su 0,36 mm oro tarpu.
3. 30 AWG varinė viela
4. 43 AWG varinė viela (Mes naudojome 36 AWG dėl to, kad jos nebuvo)
5. 23 AWG (šiam naudojome ir 36 AWG)
6. Horizontalus arba vertikalus ritė (mes naudojome horizontalų ritinį)
7. Rašiklis, skirtas laikyti špagatą vyniojant.

1 žingsnis: Laikykite šerdį švirkštimo priemone, pradėkite 30 AWG varinės vielos iš 3 ritės kaiščio ir tęskite 133 posūkius pagal laikrodžio rodyklę prie kaiščio 1. Užklijuokite 3 sluoksnius poliesterio juostos.

2 žingsnis: pradėkite „Bias“ apviją naudodami 43 AWG varinę vielą iš 4 kaiščio ir tęskite 31 posūkį, o apviją baigkite 5 kaiščiu. Užklijuokite 3 sluoksnius poliesterio juostos.

Pradėkite „Bias“ apviją naudodami 43 AWG varinę vielą iš 4 kaiščio ir tęskite 31 posūkį, o apviją baigkite 5 kaiščiu. Užklijuokite 3 sluoksnius poliesterio juostos.

3 žingsnis: pradėkite antrinę apviją nuo kaiščio 10 ir tęskite 21 posūkio sukimąsi pagal laikrodžio rodyklę. Užklijuokite 4 sluoksnius poliesterio juostos.

4 žingsnis: Pritvirtinkite šerdį lipnia juosta, apvyniojama viena šalia kitos. Tai sumažins vibraciją perduodant didelio tankio srautus.

Atlikus statybą, transformatorius išbandomas su LCR matuokliu, kad būtų galima išmatuoti ritių induktyvumo vertę. Skaitiklis rodo 913 mH, kuris yra artimas 1mH pirminiam induktyvumui.

„VIPer22A SMPS“ grandinės sukūrimas:

Patikrinę transformatoriaus reitingą, galime tęsti visų komponentų litavimą ant „Vero“ plokštės, kaip nurodyta schemoje. Mano lenta, kai buvo atliktas litavimo darbas, atrodė taip žemiau

12V 1A SMPS VIPer22A grandinės testavimas:

Norėdami patikrinti grandinę, aš prijungiau įvesties pusę prie maitinimo tinklo per VARIAC, kad galėčiau valdyti įvesties kintamosios srovės tinklo įtampą. Žemiau esančiame paveikslėlyje parodyta išėjimo įtampa esant 225 VAC.

Kaip matote išėjimo pusėje, gauname 12,12 V, kuris yra artimas norimai 12 V išėjimo įtampai. Visas darbas parodytas vaizdo įraše, pridėtame šio puslapio apačioje. Tikimės, kad supratote pamoką ir išmokote sukurti savo SMPS grandines su rankų darbo transformatoriumi. Jei turite klausimų, palikite juos komentarų skiltyje žemiau.