Progettazione del circuito di alimentazione 12V 1a con viper22a

I circuiti di alimentazione in modalità commutata (SMPS) sono spesso necessari in molti progetti elettronici per convertire la tensione di rete CA in un livello adeguato di tensione CC per il funzionamento del dispositivo. Questo tipo di convertitori AC-DC prende la tensione di rete 230V / 110V AC come ingresso e la converte in tensione DC di basso livello commutandola, da qui il nome alimentatore switching. Abbiamo già costruito alcuni circuiti SMPS in precedenza come questo circuito SMPS 5V 2A e circuito SMPS 12V 1A TNY268. Abbiamo persino costruito il nostro trasformatore SMPS che potrebbe essere utilizzato nei nostri progetti SMPS insieme al driver IC. In questo progetto costruiremo un altro circuito SMPS da 12 V 1 A utilizzando VIPer22A, che è un popolare circuito integrato per driver SMPS a basso costo di STMicroelectronics. Questo tutorial ti guiderà attraverso il circuito completo e ti spiegherà anchecome costruire il proprio trasformatore per circuito VIPER. Interessante, iniziamo.

Specifiche di progettazione dell'alimentatore VIPer22A

Come il precedente progetto basato su SMPS, diversi tipi di alimentatori funzionano in ambienti diversi e funzionano in uno specifico confine input-output. Anche questo SMPS ha una specifica. Pertanto, è necessario eseguire una corretta analisi delle specifiche prima di procedere con la progettazione effettiva.

Specifica di ingresso: questo sarà un SMPS nel dominio di conversione da CA a CC. Pertanto, l'ingresso sarà AC. In questo progetto, la tensione di ingresso è fissa. È secondo la tensione nominale europea. Quindi, la tensione CA in ingresso di questo SMPS sarà 220-240 V CA. È anche il voltaggio standard dell'India.

Specifiche di uscita: la tensione di uscita è selezionata come 12V con 1A di corrente nominale. Così, sarà uscita 12W. Poiché questo SMPS fornirà una tensione costante indipendentemente dalla corrente di carico, funzionerà in modalità CV (tensione costante). Inoltre, la tensione di uscita sarà costante e stabile alla tensione di ingresso più bassa con carico massimo (2 A) attraverso l'uscita.

Tensione di ondulazione in uscita: è altamente auspicabile che un buon alimentatore abbia una tensione di ondulazione inferiore a 30 mV picco-picco. La tensione di ripple target è la stessa per questo SMPS, meno di 30mV pk-pk ripple. Tuttavia, l'ondulazione dell'uscita SMPS dipende fortemente dalla struttura dell'SMPS, vengono utilizzati il ​​PCB e il tipo di condensatore. Abbiamo utilizzato un condensatore a bassa ESR di 105 gradi di Wurth Electronics e il ripple di uscita previsto sembra al di sotto.

Circuiti di protezione: esistono vari circuiti di protezione che possono essere impiegati in un SMPS per un funzionamento sicuro e affidabile. Il circuito di protezione protegge l'SMPS e il carico associato. A seconda del tipo, il circuito di protezione può essere collegato all'ingresso o all'uscita. Per questo SMPS, verrà utilizzata la protezione da sovratensioni in ingresso con una tensione di ingresso operativa massima di 275 V CA. Inoltre, per affrontare i problemi EMI, verrà utilizzato un filtro di modo comune per eliminare l'EMI generato. Sul lato uscita includeremo protezione da cortocircuito, protezione da sovratensione e protezione da sovracorrente.

Selezione del driver IC SMPS

Ogni circuito SMPS richiede un IC di gestione dell'alimentazione noto anche come IC di commutazione o IC SMPS o IC Drier. Riassumiamo le considerazioni di progettazione per selezionare il circuito integrato di gestione dell'alimentazione ideale che sarà adatto al nostro progetto. I nostri requisiti di progettazione sono

1. Uscita 12 W. 12V 1A a pieno carico.
2. Classificazione di input standard europea. 85-265 V CA a 50 Hz
3. Protezione contro le sovratensioni in ingresso. Massima tensione di ingresso 275VAC.
4. Protezione da cortocircuito, sovratensione e sovracorrente in uscita.
5. Operazioni a tensione costante.

Dai requisiti di cui sopra c'è un'ampia gamma di circuiti integrati tra cui scegliere, ma per questo progetto abbiamo selezionato il driver di potenza VIPer22A di STMicroelectronics. È un circuito integrato per driver di potenza a basso costo di STMicroelectronics.

Nell'immagine sopra, viene mostrata la potenza nominale tipica del circuito integrato VIPer22A. Tuttavia, non esiste una sezione specificata per la specifica di uscita di potenza del tipo a telaio aperto o adattatore. Realizzeremo l' SMPS in open frame e per il rating di input europeo. In tale segmento VIPer22A potrebbe fornire 20W di uscita. Lo useremo per 12W di uscita. Il pinout IC VIPer22A è mostrato nell'immagine sottostante.

Progettazione di un circuito di alimentazione VIPer22A

Il modo migliore per costruire il circuito è utilizzare il software Power Supply Design. È possibile scaricare la versione 2.24 del software VIPer Design per utilizzare VIPer22A, l'ultima versione di questo software non supporta più VIPer22A. È un eccellente software di progettazione di alimentatori di STMicroelectronics. Fornendo le informazioni sui requisiti di progettazione, è possibile generare lo schema completo del circuito di alimentazione. Di seguito è mostrato il circuito VIPer22A per questo progetto generato dal software

Prima di entrare direttamente nella costruzione della parte prototipo, esploriamo il funzionamento del circuito. Il circuito ha le seguenti sezioni:

1. Protezione contro sovratensioni in ingresso e SMPS
2. Filtro di ingresso
3. Conversione AC-DC
4. Circuito del driver o circuito di commutazione
5. Circuito a pinza.
6. Magnetica e isolamento galvanico.
7. Filtro EMI
8. Raddrizzatore secondario
9. Sezione filtro
10. Sezione Feedback.

Protezione da sovratensioni in ingresso e da guasti SMPS.

Questa sezione è composta da due componenti, F1 e RV1. F1 è un fusibile ad azione lenta da 1A 250VAC e RV1 è un MOV (Metal Oxide Varistor) da 7mm 275V. Durante un picco di alta tensione (più di 275 V CA), il MOV si è cortocircuitato e brucia il fusibile di ingresso. Tuttavia, a causa della funzione di intervento lento, il fusibile resiste alla corrente di spunto attraverso l'SMPS.

Filtro di ingresso

Il condensatore C3 è un condensatore di filtro linea 250VAC. È un condensatore di tipo X simile a quello che abbiamo utilizzato nel nostro progetto di circuito di alimentazione senza trasformatore.

Conversione AC-DC.

La conversione CA CC viene eseguita utilizzando il diodo raddrizzatore a ponte completo DB107. È un diodo raddrizzatore da 1000 V 1 A. Il filtraggio avviene utilizzando il condensatore da 22uF 400V. Tuttavia, durante questo prototipo, abbiamo utilizzato un valore di condensatore molto elevato. Invece di 22uF, abbiamo usato un condensatore da 82uF a causa della disponibilità del condensatore. Tale condensatore di alto valore non è richiesto per il funzionamento del circuito. 22uF 400V è sufficiente per una potenza nominale di 12W.

Circuito del driver o circuito di commutazione.

VIPer22A richiede alimentazione dall'avvolgimento di polarizzazione del trasformatore. Dopo aver ottenuto la tensione di polarizzazione, VIPer inizia a passare attraverso il trasformatore utilizzando un mosfet ad alta tensione integrato. D3 viene utilizzato per convertire l'uscita di polarizzazione CA in CC e il resistore R1, 10 Ohm viene utilizzato per controllare la corrente di spunto. Il condensatore di filtro è un 4.7uF 50V per attenuare l'ondulazione CC.

Circuito a pinza

Il trasformatore funge da enorme induttore attraverso il driver di alimentazione IC VIPer22. Pertanto, durante il ciclo di spegnimento, il trasformatore crea picchi di alta tensione dovuti all'induttanza di dispersione del trasformatore. Questi picchi di tensione ad alta frequenza sono dannosi per il circuito integrato del driver di alimentazione e possono causare guasti al circuito di commutazione. Pertanto, questo deve essere soppresso dal morsetto del diodo attraverso il trasformatore. D1 e D2 sono usati per il circuito di bloccaggio. D1 è il diodo TVS e D2 è un diodo di recupero ultraveloce. D1 viene utilizzato per bloccare la tensione mentre D2 viene utilizzato come diodo di blocco. Secondo il progetto, la tensione di serraggio mirata (VCLAMP) è di 200 V. Pertanto, P6KE200A è selezionato e per problemi relativi al blocco ultraveloce, UF4007 è selezionato come D2.

Magnetica e isolamento galvanico.

Il trasformatore è un trasformatore ferromagnetico e non solo converte l'alta tensione CA in bassa tensione CA, ma fornisce anche isolamento galvanico. Ha tre ordini di avvolgimento. Avvolgimento primario, ausiliario o bias e avvolgimento secondario.

Filtro EMI.

Il filtraggio EMI viene eseguito dal condensatore C4. Aumenta l'immunità del circuito per ridurre l'elevata interferenza EMI. È un condensatore di classe Y con una tensione nominale di 2 kV.

Raddrizzatore secondario e circuito soppressore.

L'uscita dal trasformatore viene raddrizzata e convertita in CC utilizzando D6, un diodo raddrizzatore Schottky. Poiché la corrente di uscita è 2A, a questo scopo viene selezionato un diodo da 3A 60V. SB360 è un diodo Schottky da 3 A 60 V.

Sezione filtro.

C6 è il condensatore di filtro. È un condensatore a bassa ESR per una migliore reiezione delle ondulazioni. Inoltre, viene utilizzato un post-filtro LC dove L2 e C7 forniscono una migliore reiezione delle ondulazioni attraverso l'uscita.

Sezione Feedback.

La tensione di uscita viene rilevata da U3 TL431 e R6 e R7. Dopo aver rilevato la linea, U2, il fotoaccoppiatore viene controllato e l'isolamento galvanico della porzione di rilevamento del feedback secondario con il controller del lato primario. Il PC817 è un accoppiatore ottico. Ha due lati, un transistor e un LED al suo interno. Controllando il LED, il transistor è controllato. Poiché la comunicazione avviene per via ottica, non ha alcun collegamento elettrico diretto, soddisfacendo quindi l'isolamento galvanico anche sul circuito di retroazione.

Ora, poiché il LED controlla direttamente il transistor, fornendo una polarizzazione sufficiente attraverso il LED dell'accoppiatore ottico, è possibile controllare il transistor dell'accoppiatore ottico, più specificamente il circuito di pilotaggio. Questo sistema di controllo è impiegato dal TL431. Un regolatore di shunt. Poiché il regolatore shunt ha un divisore di resistenza su di esso pin di riferimento, può controllare il led Optocoupler che è collegato attraverso di esso. Il pin di feedback ha una tensione di riferimento di 2,5 V.. Pertanto, il TL431 può essere attivo solo se la tensione ai capi del partitore è sufficiente. Nel nostro caso, il partitore di tensione è impostato su un valore di 5V. Pertanto, quando l'uscita raggiunge i 5 V, il TL431 riceve 2,5 V sul pin di riferimento e quindi attiva il LED dell'accoppiatore ottico che controlla il transistor dell'accoppiatore ottico e controlla indirettamente il TNY268PN. Se la tensione non è sufficiente all'uscita il ciclo di commutazione viene immediatamente sospeso.

Innanzitutto, la TNY268PN attiva il primo ciclo di commutazione e quindi rileva il suo pin EN. Se tutto va bene, continuerà il passaggio, in caso contrario, riproverà dopo un po 'di tempo. Questo ciclo continua fino a quando tutto diventa normale, prevenendo così problemi di cortocircuito o sovratensione. Questo è il motivo per cui viene chiamata topologia flyback, poiché la tensione di uscita viene rimandata al driver per le operazioni relative al rilevamento. Inoltre, il ciclo di prova è chiamato modalità operativa singhiozzo in condizione di errore.

Costruzione del trasformatore di commutazione per circuito VIPER22ASMPS

Vediamo lo schema di costruzione del trasformatore generato. Questo diagramma è ottenuto dal software di progettazione degli alimentatori di cui abbiamo discusso in precedenza.

Il Core è E25 / 13/7 con un traferro di 0,36 mm. L'induttanza primaria è 1 mH. Per la costruzione di questo trasformatore, sono necessarie le seguenti cose. Se sei nuovo nella costruzione di trasformatori, leggi l'articolo su come costruire il tuo trasformatore SMPS.

1. Nastro in poliestere
2. E25 / 13/7 Coppie di anime con traferro di 0,36 mm.
3. Filo di rame 30 AWG
4. Cavo di rame 43 AWG (abbiamo utilizzato 36 AWG causa indisponibilità)
5. 23 AWG (abbiamo usato anche 36 AWG per questo)
6. Bobina orizzontale o verticale (abbiamo usato la bobina orizzontale)
7. Una penna per tenere la bobina durante l'avvolgimento.

Passaggio 1: tenere il nucleo con una penna, avviare il filo di rame 30 AWG dal pin 3 della bobina e continuare 133 giri in senso orario fino al perno 1. Applicare 3 strati di nastro di poliestere.

Passaggio 2: avviare l'avvolgimento Bias utilizzando un filo di rame 43 AWG dal pin 4 e continuare fino ai 31 giri e terminare l'avvolgimento sul pin 5. Applicare 3 strati di nastro di poliestere.

Avviare l'avvolgimento Bias utilizzando un filo di rame 43 AWG dal pin 4 e continuare fino a 31 giri e terminare l'avvolgimento sul pin 5. Applicare 3 strati di nastro di poliestere.

Passaggio 3: avviare l'avvolgimento secondario dal pin 10 e continuare l'avvolgimento in senso orario di 21 giri. Applicare 4 strati di nastro in poliestere.

Passaggio 4: fissare il nucleo con la fessura con il nastro adesivo avvolgendolo fianco a fianco. Ciò ridurrà le vibrazioni durante il trasferimento del flusso ad alta densità.

Una volta completata la costruzione, il trasformatore viene testato con un misuratore LCR per misurare il valore di induttanza delle bobine. Lo strumento mostra 913 mH che è vicino all'induttanza primaria di 1 mH.

Costruzione del circuito SMPS VIPer22A:

Verificata la taratura del trasformatore si può procedere con la saldatura di tutti i componenti su una scheda Vero come da schema elettrico. La mia scheda una volta terminato il lavoro di saldatura era simile a questa sotto

Test del circuito VIPer22A per SMPS 12V 1A:

Per testare il circuito ho collegato il lato di ingresso all'alimentazione di rete tramite un VARIAC per controllare la tensione di rete AC in ingresso. Nell'immagine sottostante, viene mostrata la tensione di uscita a 225 V CA.

Come puoi vedere sul lato di uscita, otteniamo 12,12 V che è vicino alla tensione di uscita 12V desiderata. La lavorazione completa è mostrata nel video allegato in fondo a questa pagina. Spero che tu abbia capito il tutorial e imparato a costruire i tuoi circuiti SMPS con un trasformatore fatto a mano. Se hai domande, lasciale nella sezione commenti qui sotto.