Viper22a kullanarak 12V 1a güç kaynağı devresi tasarımı

Anahtarlamalı mod güç kaynağı devreleri (SMPS), çoğu elektronik tasarımda, AC şebeke voltajını cihazın çalışması için uygun DC voltaj seviyesine dönüştürmek için sıklıkla gereklidir. Bu tip AC-DC dönüştürücüler, giriş olarak 230V / 110V AC şebeke gerilimini alır ve onu değiştirerek düşük seviyeli DC gerilimine dönüştürür, dolayısıyla adı anahtarlamalı güç kaynağıdır. Daha önce bu 5V 2A SMPS devresi ve 12V 1A TNY268 SMPS devresi gibi birkaç SMPS devresi inşa ettik. Hatta sürücü IC ile birlikte SMPS tasarımlarımızda kullanılabilecek kendi SMPS transformatörümüzü bile yaptık. Bu projede, STMicroelectronics'in popüler bir düşük maliyetli SMPS sürücü IC'si olan VIPer22A'yı kullanarak başka bir 12V 1A SMPS devresi inşa edeceğiz. Bu eğitim sizi tüm devre boyunca götürecek ve ayrıca açıklayacaktır.VIPER devresi için kendi transformatörünüzü nasıl oluşturabilirsiniz. İlginç doğru, başlayalım.

VIPer22A Güç Kaynağı Tasarım Özellikleri

Önceki SMPS tabanlı projede olduğu gibi, farklı güç kaynakları farklı ortamlarda çalışır ve belirli bir giriş-çıkış sınırında çalışır. Bu SMPS'nin de bir özelliği vardır. Bu nedenle, gerçek tasarıma geçmeden önce uygun spesifikasyon analizinin yapılması gerekir.

Giriş özelliği: Bu, AC'den DC'ye dönüşüm etki alanında bir SMPS olacaktır. Bu nedenle, giriş AC olacaktır. Bu projede giriş voltajı sabitlenmiştir. Avrupa standart voltaj derecesine göredir. Dolayısıyla bu SMPS'nin giriş AC voltajı 220-240VAC olacaktır. Aynı zamanda Hindistan'ın standart voltaj değeridir.

Çıkış özellikleri: Çıkış voltajı 1A akım değerinde 12V olarak seçilir. Böylece 12W çıkış olacaktır. Bu SMPS, yük akımından bağımsız olarak sabit voltaj sağlayacağından CV (Sabit Voltaj) modunda çalışacaktır. Ayrıca, çıkış voltajı, çıkış boyunca maksimum yük (2A) ile en düşük giriş voltajında ​​sabit ve sabit olacaktır.

Çıkış dalgalanma gerilimi: İyi bir güç kaynağının 30mV pk-pk'den daha düşük bir dalgalanma gerilimine sahip olması oldukça arzu edilir. Hedeflenen dalgalanma voltajı, bu SMPS için aynıdır, 30mV pk-pk dalgalanmasından daha azdır. Bununla birlikte, SMPS çıkış dalgalanması büyük ölçüde SMPS yapısına, PCB'ye ve kullanılan kondansatör tipine bağlıdır. Wurth Electronics'ten 105 derecelik düşük ESR kapasitör kullandık ve beklenen çıkış dalgalanması aşağıda görünüyor.

Koruma devreleri: Güvenli ve güvenilir bir çalışma için bir SMPS'de kullanılabilen çeşitli koruma devreleri vardır. Koruma devresi, SMPS'yi ve ilgili yükü korur. Türüne bağlı olarak, koruma devresi girişe veya çıkışa bağlanabilir. Bu SMPS için, giriş aşırı gerilim koruması 275VAC maksimum çalışma giriş Voltajı ile kullanılacaktır. Ayrıca, EMI sorunlarının üstesinden gelmek için, oluşturulan EMI'yi boşaltmak için ortak bir mod filtresi kullanılacaktır. Çıkış tarafında kısa devre koruması, aşırı voltaj koruması ve aşırı akım koruması dahil edeceğiz.

SMPS Sürücü IC'nin Seçimi

Her SMPS devresi, anahtarlamalı IC veya SMPS IC veya Kurutucu IC olarak da bilinen bir Güç Yönetimi IC'si gerektirir. Tasarımımıza uygun ideal Güç Yönetimi IC'sini seçmek için tasarım hususlarını özetleyelim. Tasarım gereksinimlerimiz

1. 12W çıktı. Tam yükte 12V 1A.
2. Avrupa Standardı giriş derecesi. 50 Hz'de 85-265VAC
3. Giriş aşırı gerilim koruması. Maksimum giriş voltajı 275VAC.
4. Çıkış kısa devresi, aşırı voltaj ve aşırı akım koruması.
5. Sabit voltaj işlemleri.

Yukarıdaki gereksinimler arasından seçim yapabileceğiniz çok çeşitli IC'ler vardır, ancak bu proje için STMicroelectronics'in VIPer22A güç sürücüsünü seçtik. STMicroelectronics'in çok düşük maliyetli bir güç sürücüsü IC'sidir.

Yukarıdaki resimde VIPer22A IC'nin tipik güç derecesi gösterilmektedir. Ancak, açık çerçeve veya adaptör tipi güç çıkışı özellikleri için belirli bir bölüm yoktur. Biz yapacaktır açık çerçevedeki AGK ve Avrupa girdi değerlendirmesi için. Böyle bir segmentte VIPer22A, 20W çıkış sağlayabilir. 12W çıkış için kullanacağız. VIPer22A IC bacak yapısı aşağıdaki resimde verilmiştir.

VIPer22APower kaynağı devresinin tasarlanması

Devreyi kurmanın en iyi yolu, Güç Kaynağı Tasarımı yazılımını kullanmaktır. VIPer22A'yı kullanmak için VIPer Tasarım Yazılımı Sürüm 2.24'ü indirebilirsiniz, bu yazılımın en son sürümü artık VIPer22A'yı desteklememektedir. STMicroelectronics'in mükemmel güç kaynağı tasarım yazılımıdır. Tasarım gereksinimi bilgisi sağlanarak, tam güç kaynağı devre şeması oluşturulabilir. VIPer22A devresi yazılımı ile üretilen bu proje için aşağıda gösterilmiştir

Doğrudan prototip parçasını oluşturmaya geçmeden önce, devre çalışmasını inceleyelim. Devre aşağıdaki bölümlere sahiptir -

1. Giriş dalgalanması ve SMPS hata koruması
2. Giriş Filtresi
3. AC-DC dönüşümü
4. Sürücü devresi veya Anahtarlama devresi
5. Kelepçe devresi.
6. Manyetik ve galvanik izolasyon.
7. EMI filtresi
8. İkincil Doğrultucu
9. Filtre Bölümü
10. Geri bildirim bölümü.

Giriş dalgalanması ve SMPS hata koruması.

Bu bölüm, F1 ve RV1 olmak üzere iki bileşenden oluşur. F1, 1A 250VAC yavaş atan bir sigortadır ve RV1, 7mm 275V MOV (Metal Oksit Varistörü) 'dir. Yüksek voltaj dalgalanması sırasında (275VAC'den fazla), MOV kısa devre oldu ve giriş Sigortasını attı. Bununla birlikte, yavaş darbe özelliği nedeniyle, sigorta SMPS üzerinden ani akımlara dayanır.

Giriş Filtresi

C3 kondansatörü, 250VAC hat filtre kondansatörüdür. Transformatörsüz güç kaynağı devre tasarımımızda kullandığımıza benzer X tipi kondansatördür.

AC-DC dönüşümü.

AC DC dönüşümü, DB107 tam köprü doğrultucu diyot kullanılarak yapılır. 1000V 1A dereceli doğrultucu diyottur. Filtreleme, 22uF 400V kapasitör kullanılarak yapılır. Ancak bu prototip sırasında çok büyük bir kapasitör değeri kullandık. 22uF yerine, kapasitörün mevcudiyeti nedeniyle 82uF kapasitör kullandık. Devrenin çalışması için bu kadar yüksek değerli kondansatör gerekli değildir. 12W çıkış değeri için 22uF 400V yeterlidir.

Sürücü devresi veya anahtarlama devresi.

VIPer22A, transformatörün ön sargısından güç gerektirir. Ön gerilim voltajını aldıktan sonra VIPer, dahili bir yüksek voltajlı mosfet kullanarak transformatörde geçiş yapmaya başlar. D3, AC öngerilim çıkışını bir DC'ye dönüştürmek için kullanılır ve R1, 10 Ohm direnç, ani akımı kontrol etmek için kullanılır. Filtre kondansatörü, DC dalgalanmasını düzeltmek için 4,7uF 50V'dir.

Kelepçe devresi

Transformatör, IC VIPer22 güç sürücüsü boyunca büyük bir indüktör görevi görür. Bu nedenle, kapatma çevrimi sırasında, transformatör, transformatörün kaçak endüktansı nedeniyle yüksek voltaj yükselmeleri oluşturur. Bu yüksek frekanslı voltaj yükselmeleri, güç sürücüsü IC için zararlıdır ve anahtarlama devresinin arızalanmasına neden olabilir. Bu nedenle, bunun transformatör boyunca diyot kelepçesi tarafından bastırılması gerekir. Kelepçe devresi için D1 ve D2 kullanılır. D1, TVS diyotudur ve D2, ultra hızlı bir kurtarma diyotudur. D1, gerilimi sıkıştırmak için kullanılırken, D2 bir engelleme diyotu olarak kullanılır. Tasarım gereği hedeflenen kenetleme gerilimi (VCLAMP) 200V'dur. Bu nedenle, P6KE200A seçilir ve ultra hızlı engellemeyle ilgili sorunlar için, UF4007, D2 olarak seçilir.

Manyetik ve galvanik izolasyon.

Transformatör ferromanyetik bir transformatördür ve sadece yüksek voltajlı AC'yi düşük voltajlı bir AC'ye dönüştürmekle kalmaz, aynı zamanda galvanik izolasyon sağlar. Üç sarma düzeni vardır. Birincil, Yardımcı veya Önyargı sargısı ve İkincil sargı.

EMI filtresi.

EMI filtreleme, C4 kapasitör tarafından yapılır. Yüksek EMI parazitini azaltmak için devrenin bağışıklığını artırır. Bu bir olan Y-Sınıf kapasitör 2kV bir voltaj değerine sahip.

İkincil Doğrultucu ve söndürücü devresi.

Transformatörden gelen çıktı, bir Schottky doğrultucu diyot olan D6 kullanılarak doğrultulur ve DC'ye dönüştürülür. Çıkış akımı 2A olduğu için bu amaçla 3A 60V diyot seçilmiştir. SB360, 3A 60V dereceli Schottky diyottur.

Filtre Bölümü.

C6 filtre kapasitördür. Daha iyi dalgalanma reddi için Düşük ESR kapasitördür. Ayrıca, L2 ve C7'nin çıktıda daha iyi dalgalanma reddi sağladığı durumlarda bir LC son filtresi kullanılır.

Geri bildirim bölümü.

Çıkış voltajı U3 TL431 ve R6 ve R7 tarafından algılanır. Hat U2'yi algıladıktan sonra, Optocoupler kontrol edilir ve ikincil geri besleme algılama bölümünü birincil yan denetleyici ile galvanik olarak izole eder. PC817 bir Optokuplörü olduğunu. İki tarafı, bir transistörü ve içinde bir LED'i vardır. LED kontrol edilerek, transistör kontrol edilir. İletişim optik olarak yapıldığından doğrudan elektrik bağlantısı yoktur, dolayısıyla geri besleme devresindeki galvanik izolasyonu da sağlar.

Şimdi, LED, Optocoupler LED boyunca yeterli önyargı sağlayarak transistörü doğrudan kontrol ettiğinden, Optocoupler transistörünü, daha spesifik olarak sürücü devresini kontrol edebilir. Bu kontrol sistemi TL431 tarafından kullanılmaktadır. Bir şönt regülatörü. Şönt regülatör, referans pini boyunca bir direnç bölücüye sahip olduğundan, karşısına bağlanan Optocoupler ledini kontrol edebilir. Geri besleme piminin referans voltajı 2,5V'dir.. Bu nedenle, TL431 yalnızca bölücüdeki voltaj yeterliyse aktif olabilir. Bizim durumumuzda, voltaj bölücü 5V değerine ayarlanmıştır. Bu nedenle, çıkış 5V'ye ulaştığında, TL431 referans pini üzerinden 2.5V alır ve böylece Optocoupler'ın transistörünü kontrol eden ve dolaylı olarak TNY268PN'yi kontrol eden Optocoupler LED'ini etkinleştirir. Çıkış boyunca voltaj yeterli değilse, anahtarlama döngüsü derhal askıya alınır.

TNY268PN önce ilk anahtarlama döngüsünü etkinleştirir ve ardından EN pinini algılar. Her şey yolundaysa, geçişe devam edecek, değilse, bir süre sonra bir kez daha deneyecektir. Bu döngü, her şey normale dönene kadar devam eder, böylece kısa devre veya aşırı gerilim sorunlarını önler. Bu nedenle, ilgili işlemleri algılamak için çıkış voltajı sürücüye geri gönderildiği için geri dönüş topolojisi olarak adlandırılır. Ayrıca, deneme döngüsüne, hata durumunda bir hıçkırık çalışma modu denir.

VIPER22ASMPS Devresi için Anahtarlama Trafosu Yapısı

Üretilen trafo yapı şemasını görelim. Bu şema, daha önce tartıştığımız güç kaynağı tasarım yazılımından elde edilmiştir.

Çekirdek 0,36 mm hava boşluğu ile E25 / 13 / 7'dir. Birincil endüktans 1mH'dir. Bu transformatörün yapımı için aşağıdaki şeylere ihtiyaç vardır. Eğer yeni iseniz trafo inşaatı Kendi SMPS trafosu kurmak nasıl makaleyi okuyun.

1. Polyester Bant
2. 0,36 mm hava boşluğuna sahip E25 / 13/7 Çekirdek çiftleri.
3. 30 AWG bakır tel
4. 43 AWG bakır tel (Kullanılamadığı için 36 AWG kullandık)
5. 23 AWG (Bunun için de 36 AWG kullandık)
6. Yatay veya Dikey Bobin (Yatay Bobin Kullandık)
7. Sarma sırasında Bobini tutmak için bir Kalem.

Adım 1: Çekirdeği bir kalem kullanarak tutun, bobinin 3 numaralı piminden 30 AWG bakır teli başlatın ve 1 numaralı pime saat yönünde 133 tur devam edin. 3 kat polyester bant uygulayın.

Adım 2: 4. pimden 43 AWG bakır tel kullanarak Eğilimli sargıyı başlatın ve 31 tura devam edin ve pim 5'te sarımı bitirin. 3 kat polyester bant uygulayın.

4. pimden 43 AWG bakır tel kullanarak Eğilimli sargıyı başlatın ve 31 tura devam edin ve sarımı pim 5'te bitirin. 3 kat polyester bant uygulayın.

Adım 3: İkincil sargıyı pim 10'dan başlatın ve 21 Tur saat yönünde sarmaya devam edin. 4 kat polyester bant uygulayın.

Adım 4: Aralıklı göbeği kanal bandı ile yan yana sararak sabitleyin. Bu, yüksek yoğunluklu akı transferi sırasında titreşimi azaltacaktır.

Yapı tamamlandıktan sonra transformatör, bobinlerin endüktans değerini ölçmek için bir LCR ölçer ile test edilir. Sayaç, 1mH birincil endüktansa yakın olan 913 mH gösteriyor.

VIPer22A SMPS devresini oluşturma:

Doğrulanan trafo derecelendirmesiyle, bir Vero kartındaki tüm bileşenleri devre şemasında verildiği gibi lehimlemeye devam edebiliriz. Lehimleme işi bittiğinde tahtam aşağıdaki gibi görünüyordu

VIPer22A devresinin 12V 1A SMPS için test edilmesi:

Devreyi test etmek için, giriş AC şebeke voltajını kontrol etmek için giriş tarafını bir VARIAC aracılığıyla şebeke güç kaynağına bağladım. Aşağıdaki resimde 225VAC'de çıkış voltajı gösterilmektedir.

Çıkış tarafında görebileceğiniz gibi, istenen 12V çıkış voltajına yakın olan 12.12V elde ediyoruz. Tam çalışma, bu sayfanın altına eklenen videoda gösterilmektedir. Umarım öğreticiyi anladınız ve el yapımı bir transformatör ile kendi SMPS devrelerinizi nasıl oluşturacağınızı öğrendiniz. Herhangi bir sorunuz varsa, aşağıdaki yorum bölümüne bırakın.