Reka bentuk litar bekalan kuasa 12V 1a menggunakan viper22a

Litar bekalan kuasa mod suis (SMPS) paling kerap diperlukan dalam banyak reka bentuk elektronik untuk menukar voltan sesalur AC ke tahap voltan DC yang sesuai agar peranti dapat beroperasi. Jenis penukar AC-DC ini mengambil voltan utama AC 230V / 110V sebagai input dan menukarnya ke voltan DC tahap rendah dengan menukarnya, oleh itu bekalan kuasa mod suis nama. Kami telah membina beberapa litar SMPS lebih awal seperti litar SMPS 5V 2A dan litar SMPS 12V 1A TNY268 ini. Kami bahkan membina pengubah SMPS kami sendiri yang boleh digunakan dalam reka bentuk SMPS kami bersama dengan IC pemacu. Dalam projek ini kami akan membina litar SMPS 12V 1A lain menggunakan VIPer22A, yang merupakan IC pemacu SMPS kos rendah yang popular dari STMicroelectronics. Tutorial ini akan membawa anda melalui litar lengkap dan juga akan menerangkanbagaimana membina pengubah anda sendiri untuk litar VIPER. Menarik betul mari kita mulakan.

Spesifikasi Reka Bentuk Bekalan Kuasa VIPer22A

Sama seperti projek berasaskan SMPS sebelumnya, pelbagai jenis bekalan kuasa berfungsi di persekitaran yang berbeza dan berfungsi dalam batas input-output tertentu. SMPS ini juga mempunyai spesifikasi. Oleh itu, analisis spesifikasi yang tepat perlu dilakukan sebelum meneruskan reka bentuk yang sebenarnya.

Spesifikasi input: Ini akan menjadi SMPS dalam domain penukaran AC ke DC. Oleh itu, input akan menjadi AC. Dalam projek ini, voltan input tetap. Ini adalah mengikut penilaian voltan standard Eropah. Jadi, voltan AC input SMPS ini akan menjadi 220-240VAC. Ia juga merupakan penarafan voltan standard India.

Spesifikasi keluaran: Voltan keluaran dipilih sebagai 12V dengan penilaian semasa 1A. Oleh itu, ia akan menjadi output 12W. Oleh kerana SMPS ini akan memberikan voltan tetap tanpa mengira arus beban, ia akan berfungsi pada mod CV (Voltan Konstan). Juga, voltan output akan tetap dan stabil pada voltan input terendah dengan beban maksimum (2A) di seluruh output.

Voltan riak output: Sangat diinginkan bahawa bekalan kuasa yang baik mempunyai voltan riak kurang dari 30mV pk-pk. Voltan riak yang disasarkan adalah sama untuk SMPS ini, kurang dari riak pk-pk 30mV. Walau bagaimanapun, riak output SMPS sangat bergantung pada pembinaan SMPS, PCB dan jenis kapasitor digunakan. Kami menggunakan kapasitor ESR rendah dengan penarafan 105 darjah dari Wurth Electronics dan riak output yang dijangkakan seperti di bawah.

Litar perlindungan: Terdapat pelbagai litar perlindungan yang dapat digunakan dalam SMPS untuk operasi yang selamat dan boleh dipercayai. Litar perlindungan melindungi SMPS serta beban yang berkaitan. Bergantung pada jenisnya, litar perlindungan dapat dihubungkan melalui input atau seluruh output. Untuk SMPS ini, perlindungan lonjakan input akan digunakan dengan voltan input operasi maksimum 275VAC. Juga, untuk menangani masalah EMI, penapis mod biasa akan digunakan untuk mengosongkan EMI yang dihasilkan. Di bahagian Output kami akan merangkumi perlindungan litar pintas, perlindungan voltan berlebihan, dan perlindungan arus lebih.

Pemilihan IC Pemandu SMPS

Setiap litar SMPS memerlukan IC Pengurusan Daya yang juga dikenali sebagai IC beralih atau IC IC atau Drier IC. Mari kita ringkaskan pertimbangan reka bentuk untuk memilih IC Pengurusan Kuasa yang sesuai untuk reka bentuk kami. Keperluan Reka Bentuk kami adalah

1. Keluaran 12W. 12V 1A pada beban penuh.
2. Peringkat input Standard Eropah. 85-265VAC pada 50Hz
3. Perlindungan lonjakan input. Voltan input maksimum 275VAC.
4. Litar pintas output, perlindungan voltan dan arus lebihan.
5. Operasi voltan berterusan.

Dari keperluan di atas terdapat banyak IC untuk dipilih, tetapi untuk projek ini yang telah kami pilih, pemacu kuasa VIPer22A dari STMicroelectronics. Ia adalah IC pemacu kuasa kos rendah dari STMicroelectronics.

Dalam gambar di atas, kadaran kuasa khas VIPer22A IC ditunjukkan. Namun, tidak ada bahagian yang ditentukan untuk spesifikasi output daya jenis bingkai terbuka atau penyesuai. Kami akan menjadikan SMPS dalam bingkai terbuka dan untuk penilaian input Eropah. Dalam segmen tersebut VIPer22A dapat memberikan output 20W. Kami akan menggunakannya untuk output 12W. The VIPer22A IC pinout diberikan dalam imej di bawah.

Merancang rangkaian bekalan kuasa VIPer22AP

Kaedah terbaik untuk membina litar adalah dengan menggunakan perisian Power Supply Design. Anda boleh memuat turun VIPer Design Software Versi 2.24 untuk menggunakan VIPer22A, versi terbaru perisian ini tidak lagi menyokong VIPer22A. Ia adalah perisian reka bentuk bekalan kuasa yang sangat baik dari STMicroelectronics. Dengan memberikan maklumat keperluan reka bentuk, gambarajah litar bekalan kuasa yang lengkap dapat dihasilkan. The litar VIPer22A untuk projek ini yang dihasilkan oleh perisian ditunjukkan di bawah

Sebelum terus membina bahagian prototaip, mari kita meneroka operasi litar. Litar mempunyai bahagian berikut -

1. Lonjakan input dan perlindungan kesalahan SMPS
2. Penapis Input
3. Penukaran AC-DC
4. Litar pemandu atau litar Switching
5. Litar pengapit.
6. Magnetik dan pengasingan galvanik.
7. Penapis EMI
8. Rectifier Sekunder
9. Bahagian Penapis
10. Bahagian maklum balas.

Lonjakan input dan perlindungan kesalahan SMPS.

Bahagian ini terdiri daripada dua komponen, F1 dan RV1. F1 adalah sekering perlahan 1A 250VAC dan RV1 adalah MOV 7mm 275V (Metal Oxide Varistor). Semasa lonjakan voltan tinggi (lebih daripada 275VAC), MOV menjadi pendek dan meletupkan input Fuse. Namun, kerana ciri hembusan perlahan, fius menahan arus masuk melalui SMPS.

Penapis Input

Kapasitor C3 adalah kapasitor penapis garis 250VAC. Ia adalah kapasitor jenis X yang serupa dengan kapasitor yang kami gunakan dalam reka bentuk litar bekalan kuasa pengubah kami.

Penukaran AC-DC.

Penukaran AC DC dilakukan menggunakan diod penyearah jambatan penuh DB107. Ia adalah diod penyearah berkadar 1000V 1A. Penapisan dilakukan menggunakan kapasitor 22uF 400V. Walau bagaimanapun, semasa prototaip ini, kami menggunakan nilai kapasitor yang sangat besar. Sebaliknya 22uF, kami menggunakan kapasitor 82uF kerana ketersediaan kapasitor. Kapasitor bernilai tinggi seperti itu tidak diperlukan untuk operasi litar. 22uF 400V mencukupi untuk penilaian output 12W.

Litar pemacu atau litar pensuisan.

VIPer22A memerlukan kuasa dari penggulungan berat pengubah. Setelah mendapat voltan berat sebelah, VIPer mula menukar transformer menggunakan mosfet voltan tinggi terbina dalam. D3 digunakan untuk menukar output bias AC ke DC dan perintang R1, 10 Ohm digunakan untuk mengawal arus masuk. Kapasitor penapis ialah 4.7uF 50V untuk melancarkan riak DC.

Litar pengapit

Transformer bertindak sebagai induktor besar di seluruh pemacu kuasa IC VIPer22. Oleh itu, semasa mematikan kitaran, pengubah menghasilkan lonjakan voltan tinggi kerana aruhan kebocoran pengubah. Lonjakan voltan frekuensi tinggi ini berbahaya bagi IC pemacu kuasa dan boleh menyebabkan kegagalan litar pensuisan. Oleh itu, ini perlu ditekan oleh pengapit diod melintasi pengubah. D1 dan D2 digunakan untuk litar pengapit. D1 adalah diod TVS dan D2 adalah diod pemulihan yang sangat pantas. D1 digunakan untuk menjepit voltan sedangkan D2 digunakan sebagai diod penyekat. Sesuai reka bentuknya, voltan pengapit yang disasarkan (VCLAMP) adalah 200V. Oleh itu, P6KE200A dipilih dan untuk masalah berkaitan sekatan cepat, UF4007 dipilih sebagai D2.

Magnetik dan pengasingan galvanik.

Transformer adalah transformer feromagnetik dan ia bukan sahaja menukar AC voltan tinggi menjadi ac voltan rendah tetapi juga memberikan pengasingan galvanik. Ia mempunyai tiga perintah penggulungan. Penggulungan Primer, Tambahan atau Bias dan penggulungan Sekunder.

Penapis EMI.

Penapisan EMI dilakukan oleh kapasitor C4. Ia meningkatkan daya tahan litar untuk mengurangkan gangguan EMI yang tinggi. Ia adalah kapasitor Y-Class dengan penarafan voltan 2kV.

Rectifier Sekunder dan litar snubber.

Output dari transformer diperbaiki dan ditukar menjadi DC menggunakan D6, diod penyearah Schottky. Oleh kerana arus keluaran adalah 2A, dioda 3A 60V dipilih untuk tujuan ini. SB360 adalah dioda Schottky 3A 60V.

Bahagian Penapis.

C6 adalah kapasitor penapis. Ia adalah kapasitor ESR Rendah untuk penolakan riak yang lebih baik. Juga, pasca penapis LC digunakan di mana L2 dan C7 memberikan penolakan riak yang lebih baik di seluruh output.

Bahagian maklum balas.

Voltan keluaran dirasakan oleh U3 TL431 dan R6 dan R7. Setelah merasakan garisan, U2, Optocoupler dikawal dan secara galvanis mengasingkan bahagian pengesan maklum balas sekunder dengan pengawal sisi utama. The PC817 adalah Optocoupler. Ia mempunyai dua sisi, transistor dan LED di dalamnya. Dengan mengawal LED, transistor dikawal. Oleh kerana komunikasi dilakukan secara optik, ia tidak mempunyai sambungan elektrik langsung, oleh itu memuaskan pengasingan galvanik pada litar maklum balas juga.

Sekarang, kerana LED secara langsung mengawal transistor, dengan memberikan bias yang mencukupi melintasi LED Optocoupler, seseorang dapat mengawal transistor Optocoupler, lebih khusus rangkaian pemandu. Sistem kawalan ini digunakan oleh TL431. Pengawal selia. Oleh kerana pengatur shunt mempunyai pembahagi perintang pada pin rujukannya, ia dapat mengawal led Optocoupler yang bersambung di seberang. Pin maklum balas mempunyai voltan rujukan 2.5V. Oleh itu, TL431 boleh aktif hanya jika voltan di pembahagi mencukupi. Dalam kes kami, pembahagi voltan ditetapkan pada nilai 5V. Oleh itu, apabila output mencapai 5V, TL431 mendapat 2.5V merentasi pin rujukan dan dengan itu mengaktifkan LED Optocoupler yang mengawal transistor Optocoupler dan secara tidak langsung mengawal TNY268PN. Sekiranya voltan tidak mencukupi di seluruh output, kitaran pensuisan segera dihentikan.

Pertama, TNY268PN mengaktifkan pusingan pertama beralih dan kemudian merasakan pin ENnya. Sekiranya semuanya baik-baik saja, ia akan terus beralih, jika tidak, ia akan mencuba sekali lagi selepas beberapa ketika. Gelung ini berterusan sehingga semuanya menjadi normal, dengan itu mengelakkan masalah litar pintas atau voltan berlebihan. Inilah sebabnya mengapa ia disebut topologi flyback, kerana voltan output diturunkan kembali ke pemacu untuk merasakan operasi yang berkaitan. Juga, gelung mencuba dipanggil mod operasi cegukan pada keadaan kegagalan.

Pembinaan Switching Transformer untuk Litar VIPER22ASMPS

Mari lihat rajah pembinaan pengubah yang dihasilkan. Gambar rajah ini diperoleh daripada perisian reka bentuk bekalan kuasa yang telah kita bincangkan sebelumnya.

Inti adalah E25 / 13/7 dengan jurang udara 0.36mm. Induktansi utama ialah 1mH. Untuk pembinaan pengubah ini, perkara berikut diperlukan. Sekiranya anda baru dalam pembinaan transformer, sila baca artikel mengenai cara membina transformer SMPS anda sendiri.

1. Pita Poliester
2. Pasangan teras E25 / 13/7 dengan jurang udara 0.36mm.
3. 30 wayar tembaga AWG
4. 43 wayar tembaga AWG (Kami menggunakan 36 AWG kerana tidak ada)
5. 23 AWG (Kami menggunakan 36 AWG juga untuk ini)
6. Bobbin Horizontal atau Vertikal (Kami menggunakan Bobbin Horizontal)
7. Pena untuk memegang Bobbin semasa penggulungan.

Langkah 1: Pegang Inti menggunakan pen, mulakan 30 wayar tembaga AWG dari pin 3 gelendong dan teruskan 133 putaran mengikut arah jam ke pin 1. Sapukan 3 lapisan pita poliester.

Langkah 2: Mulakan penggulungan Bias menggunakan wayar tembaga 43 AWG dari pin 4 dan teruskan ke 31 putaran dan akhiri penggulungan pada pin 5. Sapukan 3 lapisan pita poliester.

Mulakan penggulungan Bias menggunakan wayar tembaga 43 AWG dari pin 4 dan teruskan ke 31 putaran dan akhiri penggulungan pada pin 5. Sapukan 3 lapisan pita poliester.

Langkah 3: Mulakan belitan sekunder dari pin 10 dan teruskan belitan mengikut arah jam 21 Putaran. Sapukan 4 lapisan pita poliester.

Langkah 4: Lekatkan inti yang tersekat dengan pembalut pita saluran berdampingan. Ini akan mengurangkan getaran semasa pemindahan fluks berkepadatan tinggi.

Setelah binaan selesai pengubah diuji dengan meter LCR untuk mengukur nilai induktansi gegelung. Meter menunjukkan 913 mH yang hampir dengan aruhan utama 1mH.

Membina litar SMPS VIPer22A:

Dengan penilaian pengubah dapat disahkan, kita dapat menyolder semua komponen pada papan Vero seperti yang diberikan dalam rajah litar. Papan saya setelah kerja pematerian selesai seperti di bawah ini

Menguji litar VIPer22A untuk 12V 1A SMPS:

Untuk menguji litar, saya menyambungkan sisi input ke bekalan kuasa utama melalui VARIAC untuk mengawal voltan utama AC input. Pada gambar di bawah, voltan output pada 225VAC ditunjukkan.

Seperti yang anda lihat di sebelah output, kita mendapat 12.12V yang hampir dengan voltan keluaran 12V yang diinginkan. Kerja lengkap ditunjukkan dalam video yang dilampirkan di bahagian bawah halaman ini. Harap anda memahami tutorial dan belajar bagaimana membina litar SMPS anda sendiri dengan pengubah buatan tangan. Sekiranya anda mempunyai sebarang pertanyaan, tinggalkan di bahagian komen di bawah.