- VIPer22A-virtalähteen suunnittelutiedot
- SMPS-ohjainpiirin valinta
- Suunnittelu VIPer22AP-virtalähde
- Kytkentämuuntajan rakentaminen VIPER22ASMPS-piirille
- VIPer22A-piirin testaaminen 12V 1A SMPS: lle:
Kytkettyjen virtalähteiden piirejä (SMPS) tarvitaan useimmiten monissa elektronisissa malleissa vaihtamaan verkkojännite sopivaksi tasajännitteeksi laitteen toimimiseksi. Tämäntyyppiset AC-DC-muuntimet ottavat 230 V: n / 110 V: n verkkojännitteen sisääntulona ja muuntavat sen matalalle tasajännitteelle vaihtamalla sitä, joten nimi kytkentätilan virtalähde. Olemme aiemmin rakentaneet muutamia SMPS-piirejä, kuten tämä 5V 2A SMPS -piiri ja 12V 1A TNY268 SMPS-piiri. Rakensimme jopa oman SMPS-muuntajan, jota voitaisiin käyttää SMPS-malleissamme yhdessä ohjaimen IC: n kanssa. Tässä projektissa rakennamme toisen 12 V: n 1 A: n SMPS-piirin käyttämällä VIPer22A: ta, joka on STMicroelectronicsin suosima edullisten SMPS-ohjainten IC. Tämä opetusohjelma vie sinut läpi koko piirin ja selittää myöskuinka rakentaa oma muuntaja VIPER-piiriä varten. Mielenkiintoista heti aloitetaan.
VIPer22A-virtalähteen suunnittelutiedot
Samoin kuin edellisessä SMPS-pohjaisessa projektissa, erilaiset virtalähteet toimivat eri ympäristöissä ja tietyllä tulo- ja lähtörajalla. Tällä SMPS: llä on myös eritelmä. Siksi asianmukainen määrittelyanalyysi on tehtävä ennen varsinaisen suunnittelun jatkamista.
Tulomäärittely: Tämä on SMPS AC / DC-muunnosalueella. Siksi tulo on vaihtovirta. Tässä projektissa tulojännite on kiinteä. Se vastaa eurooppalaisen standardin mukaista jänniteluokitusta. Joten tämän SMPS: n tulovirtajännite on 220-240 VAC. Se on myös Intian vakiojännite.
Lähtötiedot: Lähtöjännitteeksi valitaan 12 V 1A: n virralla. Siten se on 12 W: n teho. Koska tämä SMPS tarjoaa vakiojännitteen kuormavirrasta riippumatta, se toimii CV-tilassa ( vakiojännite ). Lähtöjännite on myös vakio ja vakaa pienimmällä tulojännitteellä maksimikuormituksella (2A) lähdön poikki.
Lähtön aaltoilujännite: On erittäin toivottavaa, että hyvän virtalähteen pulssijännite on alle 30 mV pk-pk. Kohdennettu aaltoilujännite on sama tälle SMPS: lle, alle 30 mV pk-pk aaltoilu. SMPS-lähdön aaltoilu riippuu kuitenkin suuresti SMPS-rakenteesta, käytetään piirilevyä ja kondensaattorin tyyppiä. Käytimme matalan ESR-kondensaattorin, Wurth Electronicsin 105 asteen luokitusta, ja odotettu tuotannon aaltoilu näyttää olevan alle.
Suojapiirit: SMPS: ssä voidaan käyttää useita suojapiirejä turvallisen ja luotettavan toiminnan varmistamiseksi. Suojapiiri suojaa SMPS: ää ja siihen liittyvää kuormaa. Tyypistä riippuen suojapiiri voidaan liittää tulon tai lähdön yli. Tämän SMPS, tulo ylijännitesuojaus käytetään enintään toiminta tulojännite 275Vac. Lisäksi EMI-ongelmien käsittelemiseksi käytetään yhteisen tilan suodatinta generoidun EMI: n tyhjentämiseksi. Lähtöpuolella on oikosulkusuoja, ylijännitesuoja ja ylivirtasuoja.
SMPS-ohjainpiirin valinta
Jokainen SMPS-piiri vaatii virranhallinta-IC: n, joka tunnetaan myös nimellä kytkentä-IC tai SMPS-IC tai kuivaus-IC. Yhteenvetona suunnittelunäkökohdista valitaan ihanteellinen virranhallinta-IC, joka sopii suunnitteluun. Suunnitteluvaatimuksemme ovat
- 12 W: n lähtö. 12V 1A täydellä kuormalla.
- European Standard -tuloluokitus. 85-265 VAC 50 Hz: ssä
- Syötä ylijännitesuoja. Suurin tulojännite 275 VAC.
- Lähtö oikosulku-, ylijännite- ja ylivirtasuojaus.
- Jatkuva jännite.
Yllä olevista vaatimuksista on laaja valikoima IC: itä, joista valita, mutta tähän projektiin olemme valinneet STMicroelectronicsin VIPer22A- virtalähteen. Se on erittäin halpa virtalähde IC STMicroelectronicsilta.
Yllä olevassa kuvassa näkyy VIPer22A IC: n tyypillinen teholuokitus. Ei kuitenkaan ole määritelty osiota avoimen kehyksen tai sovittimen tyyppiselle teholähdemääritykselle. Teemme SMPS: n avoimessa kehyksessä ja eurooppalaiselle tuloluokitukselle. Tällaisessa segmentissä VIPer22A voisi tuottaa 20 W: n tehon. Käytämme sitä 12 W: n lähtöön. VIPer22A IC pinout on annettu alla kuvan.
Suunnittelu VIPer22AP-virtalähde
Paras tapa rakentaa piiri on käyttää virtalähteen suunnitteluohjelmistoa. Voit ladata VIPer Design -ohjelmiston version 2.24 käyttääksesi VIPer22A: ta, tämän ohjelmiston uusin versio ei enää tue VIPer22A: ta. Se on erinomainen virtalähteen suunnitteluohjelmisto STMicroelectronicsilta. Antamalla suunnitteluvaatimuksia koskevat tiedot voidaan luoda täydellinen virtalähteen kytkentäkaavio. Ohjelmiston tuottama tämän projektin VIPer22A-piiri on esitetty alla
Ennen kuin siirrymme suoraan prototyyppiosan rakentamiseen, tutkitaan piirien toimintaa. Piirissä on seuraavat osat -
- Tulon ylijännite- ja SMPS-vikasuojaus
- Tulosuodatin
- AC-DC-muunnos
- Ohjainpiiri tai kytkentäpiiri
- Kiinnityspiiri.
- Magneetti ja galvaaninen eristys.
- EMI-suodatin
- Toissijainen tasasuuntaaja
- Suodatinosa
- Palaute-osio.
Tulon ylijännite- ja SMPS-vikasuojaus.
Tämä osa koostuu kahdesta osasta, F1 ja RV1. F1 on 1A 250VAC hidas sulake ja RV1 on 7mm 275V MOV (Metal Oxide Varistor). Suurjännitepiirin (yli 275 VAC) aikana MOV: n akku on lyhyt ja puhaltaa tulosulakkeen. Hidas puhallusominaisuuden takia sulake kestää syöksyvirtaa SMPS: n kautta.
Tulosuodatin
Kondensaattori C3 on 250 VAC linjasuodatinkondensaattori. Se on X-tyyppinen kondensaattori, joka on samanlainen kuin käytimme muuntajamme vähemmän virtalähdepiiriä.
AC-DC-muunnos.
Vaihtovirta-DC-muunnos tapahtuu DB107-täissillan tasasuuntaajan diodilla. Se on 1000 V 1A mitoitettu tasasuuntausdiodi. Suodatus tapahtuu 22uF 400V kondensaattorilla. Tämän prototyypin aikana käytimme kuitenkin erittäin suurta kondensaattorin arvoa. Sen sijaan 22uF, käytimme 82uF-kondensaattoria kondensaattorin saatavuuden vuoksi. Tällaista arvokasta kondensaattoria ei tarvita piirin toiminnalle. 22uF 400V riittää 12W: n lähtöteholle.
Kuljettajan piiri tai kytkentäpiiri.
VIPer22A vaatii virtaa muuntajan esijännityksestä. Saatuaan esijännitteen, VIPer alkaa vaihtaa muuntajaa käyttämällä sisäänrakennettua suurjännitemosfettia. D3 käytetään muuntaa AC bias lähtö DC ja R1, 10 ohmin vastus on käytetään ohjaamaan käynnistysvirran. Suodatinkondensaattori on 4,7 uF 50 V tasavirran aaltoilun tasoittamiseksi.
Kiinnityspiiri
Muuntaja toimii valtavana induktorina teho-ohjain IC VIPer22: n poikki. Siksi muuntaja muodostaa katkaisusyklin aikana suurjännitepiikkejä muuntajan vuotoinduktanssin vuoksi. Nämä suurtaajuusjännitepiikit ovat haitallisia voimanlähde-IC: lle ja voivat aiheuttaa kytkentäpiirin vian. Täten tämä on vaimennettava muuntajan poikki olevalla diodipuristimella. D1 ja D2 käytetään kiinnityspiiriin. D1 on TVS-diodi ja D2 on erittäin nopea palautumisdiodi. D1: tä käytetään jännitteen kiristämiseen, kun taas D2: ta käytetään estodiodina. Suunnittelun mukaan kohdennettu kiristysjännite (VCLAMP) on 200 V. Siksi P6KE200A on valittu ja erittäin nopeaan estämiseen liittyvissä asioissa UF4007 valitaan D2: ksi.
Magneetti ja galvaaninen eristys.
Muuntaja on ferromagneettinen muuntaja, ja se ei vain muuntaa suurjännitevirtaa pienjännitevirraksi, vaan tarjoaa myös galvaanisen eristyksen. Sillä on kolme purkavaa tilausta. Ensiö-, apu- tai esijännitys ja toissijainen käämitys.
EMI-suodatin.
EMI-suodatus tapahtuu C4-kondensaattorilla. Se lisää piirin immuniteettia suurten EMI-häiriöiden vähentämiseksi. Se on Y-luokan kondensaattori, jonka jännite on 2 kV.
Toissijainen tasasuuntaaja ja snubber-piiri.
Muuntajan ulostulo tasataan ja muunnetaan DC: ksi käyttämällä D6: ta, Schottky-tasasuuntaajadiodia. Koska lähtövirta on 2A, 3A 60V -diodi valitaan tähän tarkoitukseen. SB360 on 3A 60V -luokiteltu Schottky-diodi.
Suodatinosa.
C6 on suodatinkondensaattori. Se on matalan ESR-kondensaattori paremman aaltoilun hylkimiseksi. Lisäksi käytetään LC-jälkisuodatinta, jossa L2 ja C7 tarjoavat paremman aaltoilun hyljinnän ulostulossa.
Palaute-osio.
Lähtöjännite tunnistaa U3 TL431 ja R6 ja R7. Tunnistettuaan linja, U2, optoeristintä ohjataan ja eristetään galvaanisesti toissijainen takaisinkytkentäanturi ensisijaisella sivusäätimellä. PC817 on Optokytkimet. Siinä on kaksi puolta, transistori ja LED sisällä. Transistoria ohjataan ohjaamalla LEDiä. Koska tiedonsiirto tapahtuu optisesti, sillä ei ole suoraa sähköliitäntää, mikä täyttää myös takaisinkytkentäpiirin galvaanisen eristyksen.
Nyt kun LED ohjaa suoraan transistoria tarjoamalla riittävän esijännityksen Optocoupler LED: n poikki, voidaan ohjata Optocoupler-transistoria, tarkemmin sanottuna ohjainpiiriä. Tätä ohjausjärjestelmää käyttää TL431. Shunt-säädin. Koska shunttisäätimessä on vastuksenjakaja sen referenssitapin poikki, se voi ohjata sen yli kytkettyä Optocoupler-lediä. Takaisinkytkentätapin referenssijännite on 2,5 V. Siksi TL431 voi olla aktiivinen vain, jos jakajan poikki oleva jännite on riittävä. Meidän tapauksessamme jännitteenjakaja asetetaan arvoon 5V. Siksi, kun ulostulo saavuttaa 5 V, TL431 saa 2,5 V referenssitapin yli ja aktivoi siten optoerottimen LED: n, joka ohjaa optoerottimen transistoria ja ohjaa epäsuorasti TNY268PN: tä. Jos jännite ei ole riittävä ulostulossa, kytkentäjakso keskeytetään välittömästi.
Ensinnäkin TNY268PN aktivoi ensimmäisen kytkentäsyklin ja tunnistaa sen EN-nastan. Jos kaikki on kunnossa, se jatkaa vaihtamista, jos ei, se yrittää uudelleen jonkin ajan kuluttua. Tätä silmukkaa jatketaan, kunnes kaikki normalisoituu, mikä estää oikosulku- tai ylijänniteongelmat. Siksi sitä kutsutaan flyback-topologiaksi, koska lähtöjännite johdetaan takaisin kuljettajaan liittyvien toimintojen havaitsemiseksi. Yrityssilmukkaa kutsutaan myös hikka-toimintatilaksi vikatilanteessa.
Kytkentämuuntajan rakentaminen VIPER22ASMPS-piirille
Katsotaanpa luotu muuntajan rakennekaavio. Tämä kaavio saadaan virtalähteen suunnitteluohjelmistosta, josta keskustelimme aiemmin.
Ydin on E25 / 13/7 ja ilmarako 0,36 mm. Ensisijainen induktanssi on 1 mH. Tämän muuntajan rakentamiseen tarvitaan seuraavia asioita. Jos olet uusi muuntajan rakentamisessa, lue artikkeli oman SMPS-muuntajan rakentamisesta.
- Polyesteriteippi
- E25 / 13/7 Ydinparit 0,36 mm: n ilmarakolla.
- 30 AWG-kuparilanka
- 43 AWG: n kuparilanka (käytimme 36 AWG: tä, koska sitä ei ollut saatavilla)
- 23 AWG (käytimme myös tätä 36 AWG: tä)
- Vaaka- tai pystysuora puola (käytimme vaakasuuntaista puolaa)
- Kynä puolan pitämiseen käämityksen aikana.
Vaihe 1: Pidä ydintä kynällä, aloita 30 AWG-kuparilanka puolan tapista 3 ja jatka 133 kierrosta myötäpäivään tapiin 1. Levitä 3 kerrosta polyesteriteippiä.
Vaihe 2: Aloita Bias-käämi 43 AWG-kuparilangalla tapista 4 ja jatka 31 kierrosta ja lopeta käämitys tapissa 5. Levitä 3 kerrosta polyesteriteippiä.
Aloita Bias-käämi 43 AWG-kuparilangalla tapista 4 ja jatka 31 kierrosta ja lopeta käämitys tapissa 5. Levitä 3 kerrosta polyesteriteippiä.
Vaihe 3: Aloita toissijainen käämitys tapista 10 ja jatka myötäpäivään 21 kierrosta. Levitä 4 kerrosta polyesteriteippiä.
Vaihe 4: Kiinnitä aukkoydin nauhalla käärimällä vierekkäin. Tämä vähentää tärinää suuren tiheyden vuonsiirron aikana.
Kun rakennus on valmis, muuntaja testataan LCR-mittarilla kelojen induktanssiarvon mittaamiseksi. Mittari näyttää 913 mH, joka on lähellä 1 mH: n ensisijaista induktanssia.
VIPer22A SMPS -piirin rakentaminen:
Kun muuntajan luokitus on vahvistettu, voimme jatkaa kaikkien komponenttien juottamista Vero-piirilevylle piirikaavion mukaisesti. Lautani, kun juotostyö oli tehty, näytti tältä alla
VIPer22A-piirin testaaminen 12V 1A SMPS: lle:
Piirin testaamiseksi kytkin tulopuolen verkkovirtalähteeseen VARIAC: n kautta tulovirtajännitteen säätämiseksi. Alla olevassa kuvassa näkyy lähtöjännite 225 VAC: lla.
Kuten näet lähtöpuolella, saamme 12,12 V, joka on lähellä haluttua 12 V: n lähtöjännitettä. Täydellinen työskentely näkyy tämän sivun alaosassa olevassa videossa. Toivottavasti ymmärrät opetusohjelman ja opit rakentamaan omat SMPS-piirisi käsintehdyllä muuntajalla. Jos sinulla on kysyttävää, jätä ne alla olevaan kommenttiosioon.