12V 1a voedingscircuitontwerp met viper22a

Geschakelde voedingscircuits (SMPS) zijn meestal vereist in veel elektronische ontwerpen om de AC-netspanning om te zetten naar een geschikt niveau van DC-spanning zodat het apparaat kan werken. Dit type AC-DC converters neemt de 230V / 110V AC netspanning als ingang en zet deze om naar een laag niveau gelijkspanning door deze te schakelen, vandaar de naam switch mode power supply. We hebben al eerder een paar SMPS-circuits gebouwd, zoals dit 5V 2A SMPS-circuit en 12V 1A TNY268 SMPS-circuit. We hebben zelfs onze eigen SMPS-transformator gebouwd die samen met de driver-IC in onze SMPS-ontwerpen kon worden gebruikt. In dit project zullen we nog een 12V 1A SMPS-circuit bouwen met behulp van de VIPer22A, een populaire goedkope SMPS-driver-IC van STMicroelectronics. Deze tutorial neemt je mee door het hele circuit en legt ook uithoe u uw eigen transformator voor VIPER-circuit kunt bouwen. Interessant, laten we beginnen.

Ontwerpspecificaties van de VIPer22A-voeding

Net als bij het vorige op SMPS gebaseerde project, werken verschillende soorten stroomvoorziening in verschillende omgevingen en binnen een specifieke input-outputgrens. Deze SMPS heeft ook een specificatie. Daarom moet de juiste specificatie-analyse worden uitgevoerd voordat u verder gaat met het daadwerkelijke ontwerp.

Invoerspecificatie: dit is een SMPS in het AC naar DC-conversiedomein. Daarom is de invoer AC. In dit project ligt de ingangsspanning vast. Het is conform de Europese standaardspanning. De AC-ingangsspanning van deze SMPS is dus 220-240VAC. Het is ook de standaardspanning van India.

Uitgangsspecificatie: De uitgangsspanning is geselecteerd als 12V met 1A stroomsterkte. Het zal dus 12W-uitvoer zijn. Omdat deze SMPS een constante spanning levert, ongeacht de belastingsstroom, werkt deze in de CV-modus (constante spanning). Ook is de uitgangsspanning constant en stabiel op de laagste ingangsspanning met maximale belasting (2A) over de uitgang.

Rimpelspanning uitgang: Het is zeer gewenst dat een goede voeding een rimpelspanning heeft van minder dan 30mV pk-pk. De beoogde rimpelspanning is hetzelfde voor deze SMPS, minder dan 30mV pk-pk rimpel. De SMPS-outputrimpel is echter sterk afhankelijk van de SMPS-constructie, de printplaat en het type condensator dat wordt gebruikt. We hebben een lage ESR-condensator van 105 graden van Wurth Electronics gebruikt en de verwachte outputrimpel lijkt onder.

Beveiligingscircuits: Er zijn verschillende beveiligingscircuits die in een SMPS kunnen worden gebruikt voor een veilige en betrouwbare werking. Het beveiligingscircuit beschermt zowel de SMPS als de bijbehorende belasting. Afhankelijk van het type kan een beveiligingscircuit over de ingang of over de uitgang worden aangesloten. Voor deze SMPS wordt ingangsstroombeveiliging gebruikt met een maximale ingangsspanning van 275 VAC. Om EMI-problemen op te lossen, wordt ook een common-mode filter gebruikt om de gegenereerde EMI te onderdrukken. Aan de uitgangszijde zullen we kortsluitbeveiliging, overspanningsbeveiliging en overstroombeveiliging opnemen.

Selectie van de SMPS Driver IC

Elk SMPS-circuit vereist een energiebeheer-IC, ook wel schakel-IC of SMPS-IC of droger-IC genoemd. Laten we de ontwerpoverwegingen samenvatten om de ideale energiebeheer-IC te selecteren die geschikt is voor ons ontwerp. Onze ontwerpvereisten zijn

1. 12W uitgang. 12V 1A bij volledige belasting.
2. Europese standaard ingangsclassificatie. 85-265VAC bij 50Hz
3. Input overspanningsbeveiliging. Maximale ingangsspanning 275VAC.
4. Kortsluiting, overspanning en overstroombeveiliging.
5. Operaties met constante spanning.

Van de bovenstaande vereisten is er een breed scala aan IC's om uit te kiezen, maar voor dit project hebben we de VIPer22A power driver van STMicroelectronics geselecteerd. Het is een zeer goedkope power driver IC van STMicroelectronics.

In de bovenstaande afbeelding wordt het typische vermogen van VIPer22A IC weergegeven. Er is echter geen gespecificeerde sectie voor specificatie van het vermogen van het open frame of adaptertype. We maken de SMPS in open frame en voor de Europese input rating. In een dergelijk segment zou VIPer22A 20W output kunnen leveren. We zullen het gebruiken voor 12W-uitvoer. De VIPer22A IC-pinout wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding.

Ontwerp van een VIPer22Avoedingscircuit

De beste manier om het circuit te bouwen, is door Power Supply Design-software te gebruiken. U kunt de VIPer Design Software versie 2.24 downloaden om VIPer22A te gebruiken, de nieuwste versie van deze software ondersteunt VIPer22A niet langer. Het is uitstekende ontwerpsoftware voor stroomtoevoer van STMicroelectronics. Door de informatie over de ontwerpvereisten te verstrekken, kan het volledige schakelschema van de stroomvoorziening worden gegenereerd. Het VIPer22A-circuit voor dit project gegenereerd door de software wordt hieronder weergegeven

Laten we, voordat we direct beginnen met het bouwen van het prototypedeel, de werking van de schakelingen bekijken. Het circuit heeft de volgende secties -

1. Bescherming tegen ingangsschommelingen en SMPS-fouten
2. Invoerfilter
3. AC-DC-conversie
4. Stuurcircuit of schakelcircuit
5. Klem circuit.
6. Magnetics en galvanische isolatie.
7. EMI-filter
8. Secundaire gelijkrichter
9. Filter sectie
10. Feedback sectie.

Bescherming tegen ingangsschommelingen en SMPS-fouten.

Dit gedeelte bestaat uit twee componenten, F1 en RV1. F1 is een 1A 250VAC trage zekering en RV1 is een 7 mm 275V MOV (Metal Oxide Varistor). Tijdens een hoge spanningspiek (meer dan 275VAC), werd de MOV dood kort en springt de ingangszekering door. Vanwege de langzame slagfunctie is de zekering echter bestand tegen inschakelstroom door de SMPS.

Invoerfilter

De condensator C3 is een 250VAC lijnfiltercondensator. Het is een condensator van het X-type, vergelijkbaar met degene die we hebben gebruikt in ons transformatorloze voedingscircuitontwerp.

AC-DC-conversie.

De AC DC-conversie wordt gedaan met behulp van DB107 volledige bruggelijkrichterdiode. Het is een gelijkrichterdiode van 1000V 1A. Het filteren gebeurt met behulp van de 22uF 400V condensator. Tijdens dit prototype hebben we echter een zeer grote condensatorwaarde gebruikt. In plaats van 22uF hebben we een condensator van 82uF gebruikt vanwege de beschikbaarheid van de condensator. Een dergelijke hoogwaardige condensator is niet vereist voor de werking van het circuit. 22uF 400V is voldoende voor een uitgangsvermogen van 12W.

Stuurcircuit of schakelcircuit.

VIPer22A vereist stroom van de voorspanning van de transformator. Nadat de bias-spanning is verkregen, begint VIPer over de transformator te schakelen met behulp van een ingebouwde hoogspannings-mosfet. D3 wordt gebruikt voor het omzetten van de AC-bias-uitgang naar een DC en de R1, 10 Ohm-weerstand wordt gebruikt voor het regelen van de inschakelstroom. De filtercondensator is een 4.7uF 50V voor het egaliseren van de DC-rimpel.

Klem circuit

De transformator fungeert als een enorme inductor over de stroomdriver IC VIPer22. Daarom veroorzaakt de transformator tijdens de uitschakelcyclus hoge spanningspieken als gevolg van de lekinductie van de transformator. Deze hoogfrequente spanningspieken zijn schadelijk voor de power driver IC en kunnen storingen in het schakelcircuit veroorzaken. Dit moet dus worden onderdrukt door de diodeklem over de transformator. D1 en D2 worden gebruikt voor het klemcircuit. D1 is de TVS-diode en D2 is een ultrasnelle hersteldiode. D1 wordt gebruikt voor het afklemmen van de spanning, terwijl D2 wordt gebruikt als een blokkeerdiode. Volgens het ontwerp is de beoogde klemspanning (VCLAMP) 200V. Daarom P6KE200A is geselecteerd en voor problemen die verband houden met ultrasnel blokkeren, wordt UF4007 geselecteerd als D2.

Magnetics en galvanische isolatie.

De transformator is een ferromagnetische transformator en zet niet alleen de hoogspanning wisselstroom om naar een laagspanning wisselstroom, maar zorgt ook voor galvanische isolatie. Het heeft drie afwikkelopdrachten. Primaire, hulp- of biaswikkeling en de secundaire wikkeling.

EMI-filter.

EMI-filtering wordt gedaan door de C4-condensator. Het verhoogt de immuniteit van het circuit om de hoge EMI-interferentie te verminderen. Het is een Y-Klasse condensator met een nominale spanning van 2 kV.

Secundaire gelijkrichter en snubbercircuit.

De output van de transformator wordt gelijkgericht en omgezet in DC met behulp van D6, een Schottky-gelijkrichterdiode. Omdat de uitgangsstroom 2A is, wordt voor dit doel 3A 60V-diode geselecteerd. SB360 is een 3A 60V geschatte Schottky-diode.

Filter sectie.

C6 is de filtercondensator. Het is een lage ESR-condensator voor een betere rimpelonderdrukking. Er wordt ook een LC-postfilter gebruikt waarbij L2 en C7 zorgen voor een betere rimpelonderdrukking over de uitvoer.

Feedback sectie.

De uitgangsspanning wordt gedetecteerd door de U3 TL431 en R6 en R7. Na het detecteren van de lijn, U2, wordt de optocoupler aangestuurd en wordt het secundaire feedback-detectiegedeelte galvanisch geïsoleerd met de primaire zijcontroller. De PC817 is een Optocoupler. Het heeft twee kanten, een transistor en een LED erin. Door de LED aan te sturen, wordt de transistor aangestuurd. Omdat de communicatie optisch verloopt, heeft het geen directe elektrische verbinding en voldoet daarom ook aan de galvanische isolatie op het feedbackcircuit.

Nu de LED de transistor rechtstreeks bestuurt, door voldoende voorspanning over de Optocoupler-LED te geven, kan men de Optocoupler-transistor, meer specifiek het stuurcircuit, besturen. Dit controlesysteem wordt gebruikt door de TL431. Een shuntregelaar. Omdat de shuntregelaar een weerstandsverdeler over zijn referentiepen heeft, kan deze de Optocoupler-led besturen die erop is aangesloten. De feedbackpin heeft een referentiespanning van 2,5V. Daarom kan de TL431 alleen actief zijn als de spanning over de verdeler voldoende is. In ons geval is de spanningsdeler ingesteld op een waarde van 5V. Daarom, wanneer de output 5V bereikt, krijgt de TL431 2,5V over de referentiepin en activeert zo de Optocoupler's LED die de transistor van de Optocoupler bestuurt en indirect de TNY268PN aanstuurt. Als de spanning over de uitgang niet voldoende is, wordt de schakelcyclus onmiddellijk onderbroken.

Ten eerste activeert de TNY268PN de eerste schakelcyclus en detecteert vervolgens zijn EN-pin. Als alles in orde is, zal het doorgaan met overschakelen, zo niet, dan zal het na enige tijd opnieuw proberen. Deze lus wordt voortgezet totdat alles normaal wordt, waardoor problemen met kortsluiting of overspanning worden voorkomen. Dit is de reden waarom het flyback-topologie wordt genoemd, omdat de uitgangsspanning wordt teruggevlogen naar de bestuurder voor detectie-gerelateerde bewerkingen. Ook wordt de try-lus een hiccup-werkingsmodus genoemd op de foutconditie.

Constructie van schakeltransformator voor VIPER22ASMPS-circuit

Laten we eens kijken naar het gegenereerde constructiediagram van de transformator. Dit diagram is verkregen uit de ontwerpsoftware voor de voeding die we eerder hebben besproken.

De kern is E25 / 13/7 met een luchtspleet van 0,36 mm. De primaire inductie is 1mH. Voor de constructie van deze transformator zijn de volgende zaken nodig. Als u nieuw bent bij het bouwen van een transformator, lees dan het artikel over het bouwen van uw eigen SMPS-transformator.

1. Polyester tape
2. E25 / 13/7 Aderparen met 0,36 mm luchtspleet.
3. 30 AWG koperdraad
4. 43 AWG koperdraad (we gebruikten 36 AWG vanwege onbeschikbaarheid)
5. 23 AWG (we gebruikten ook 36 AWG voor deze)
6. Horizontale of verticale spoel (we gebruikten horizontale spoel)
7. Een pen om de spoel vast te houden tijdens het opwinden.

Stap 1: Houd de kern vast met een pen, start 30 AWG koperdraad vanaf pin 3 van de spoel en ga 133 slagen met de klok mee verder tot pin 1. Breng 3 lagen polyester tape aan.

Stap 2: Start de biaswikkeling met 43 AWG koperdraad vanaf pin 4 en ga verder tot de 31 windingen en beëindig de wikkeling bij pin 5. Breng 3 lagen polyester tape aan.

Start de biaiswikkeling met 43 AWG koperdraad vanaf pin 4 en ga verder tot de 31 windingen en beëindig de wikkeling bij pin 5. Breng 3 lagen polyester tape aan.

Stap 3: Start de secundaire wikkeling vanaf pin 10 en ga verder met de klok mee met 21 omwentelingen. Breng 4 lagen polyester tape aan.

Stap 4: Zet de tussenruimte vast met de ducttape naast elkaar. Dit vermindert de trilling tijdens fluxoverdracht met hoge dichtheid.

Zodra de opbouw is voltooid, wordt de transformator getest met een LCR-meter om de inductantiewaarde van de spoelen te meten. De meter geeft 913 mH weer, wat dicht bij de primaire inductantie van 1 mH ligt.

Het VIPer22A SMPS-circuit bouwen:

Als de rating van de transformator is geverifieerd, kunnen we doorgaan met het solderen van alle componenten op een Vero-bord zoals aangegeven in het schakelschema. Mijn bord nadat het soldeerwerk was gedaan, zag er als volgt uit

VIPer22A-circuit testen voor 12V 1A SMPS:

Om het circuit te testen heb ik de ingangszijde op de netvoeding aangesloten via een VARIAC om de AC-netspanning te regelen. In de onderstaande afbeelding wordt de uitgangsspanning bij 225VAC weergegeven.

Zoals je aan de outputzijde kunt zien, krijgen we 12.12V wat dicht bij de gewenste 12V uitgangsspanning ligt. De volledige werking wordt getoond in de video die onderaan deze pagina is bijgevoegd. Ik hoop dat je de tutorial hebt begrepen en hebt geleerd hoe je je eigen SMPS-circuits kunt bouwen met een handgemaakte transformator. Als u vragen heeft, laat deze dan achter in de commentaarsectie hieronder.