תכנון מעגל אספקת חשמל 12V 1a באמצעות viper22a

מעגלי אספקת חשמל במצב מתג (SMPS) נדרשים לרוב בתכנונים אלקטרוניים רבים כדי להמיר את מתח הרשת החשמלי לרמת מתח DC המתאימה להפעלת המכשיר. סוג זה של ממירי AC-DC לוקח את מתח החשמל 230V / 110V כקלט וממיר אותו למתח DC ברמה נמוכה על ידי החלפתו, ומכאן אספקת החשמל למתג שם. בנינו כבר כמה מעגלי SMPS קודם לכן כמו מעגל SMPS 5V 2A ומעגל SMPS 12V 1A TNY268. אפילו בנינו שנאי SMPS משלנו שיוכלו לשמש בעיצובי ה- SMPS שלנו יחד עם IC הנהג. בפרויקט זה נבנה מעגל SMPS נוסף של 12 וולט 1A באמצעות ה- VIPer22A, המהווה מעבד IC פופולרי של SMPS בעלות נמוכה מ- STMicroelectronics. הדרכה זו תעביר אותך דרך המעגל השלם וגם תסבירכיצד לבנות שנאי משלך למעגל VIPER. מעניין נכון בוא נתחיל.

מפרט עיצוב ספקי כוח VIPer22A

כמו בדומה לפרויקט הקודם מבוסס SMPS, סוגים שונים של אספקת חשמל פועלים בסביבות שונות ועובדים בגבול ספציפי של קלט-פלט. ל- SMPS זה יש גם מפרט. לכן, יש לבצע ניתוח מפרט נכון לפני שתמשיך בתכנון בפועל.

מפרט קלט: זה יהיה SMPS בתחום ההמרה AC ל- DC. לכן הקלט יהיה AC. בפרויקט זה מתח הקלט קבוע. זה בהתאם לדירוג המתח האירופי. לכן, מתח הכניסה של קלט ה- SMPS הזה יהיה 220-240 וולט. זהו גם דירוג המתח הסטנדרטי של הודו.

מפרט יציאה: מתח המוצא נבחר כ 12 וולט עם דירוג זרם 1A. לפיכך, זה יהיה פלט 12W. מכיוון ש- SMPS זה יספק מתח קבוע ללא קשר לזרם העומס, הוא יעבוד במצב CV (מתח קבוע). כמו כן, מתח המוצא יהיה קבוע ויציב במתח הכניסה הנמוך ביותר עם עומס מרבי (2A) על פני הפלט.

מתח אדוות יציאה: רצוי מאוד שלספק כוח טוב יהיה מתח אדווה של פחות מ -30 mV pk-pk. מתח האדווה הממוקד זהה עבור ה- SMPS הזה, פחות מ- 30mV pk-pk אדווה. עם זאת, אדווה פלט של SMPS תלויה מאוד בבניית SMPS, במעגל המעגל ובסוג הקבל משמשים. השתמשנו בקבל ESR נמוך של דירוג 105 מעלות מבית Wurth Electronics ונראה כי אדוות הפלט הצפויה למטה.

מעגלי הגנה: ישנם מעגלי הגנה שונים שניתן להשתמש בהם ב- SMPS לצורך פעולה בטוחה ואמינה. מעגל ההגנה מגן על ה- SMPS כמו גם על העומס הנלווה. בהתאם לסוג, ניתן לחבר את מעגל ההגנה על פני הקלט או על פני הפלט. עבור SMPS זה, נעשה שימוש בהגנה מפני נחשולי כניסה עם מתח כניסה מקסימלי לתפעול של 275 וולט. כמו כן, כדי להתמודד עם בעיות EMI, ישמש מסנן מצב משותף למחיקת EMI שנוצר. בצד הפלט אנחנו נכלול הגנה לקצר, מתח יתר הגנה, ואת הגנת יתר נוכחית.

בחירת IC IC Driver Driver

כל מעגל SMPS דורש IC לניהול כוח המכונה גם החלפת IC או IC IC SMPS או IC מייבש יותר. בואו נסכם את שיקולי העיצוב לבחירת ה- IC האיכותי לניהול כוח המתאים לעיצוב שלנו. דרישות העיצוב שלנו הן

1. פלט 12W. 12V 1A בעומס מלא.
2. דירוג קלט תקני אירופאי. 85-265 וולט ב 50 הרץ
3. הגנת נחשול קלט. מתח כניסה מרבי 275 וולט.
4. פלט קצר, מתח יתר והגנה על זרם יתר.
5. פעולות מתח קבועות.

מהדרישות שלעיל יש מגוון רחב של מכשירי IC לבחירה, אך עבור פרויקט זה בחרנו, מנהל ההתקן VIPer22A מבית STMicroelectronics. זהו נהג חשמל בעל עלות נמוכה מאוד מ- STMicroelectronics.

בתמונה שלעיל מוצג דירוג ההספק האופייני של VIPer22A IC. עם זאת, אין סעיף מוגדר למפרט פלט כוח מסוג מסגרת פתוחה או מתאם. אנו נכין את ה- SMPS במסגרת פתוחה ולדירוג הקלט האירופי. בקטע כזה VIPer22A יכול לספק פלט של 20 וואט. נשתמש בו להפקת 12W. ה- Pinout IC של VIPer22A ניתן בתמונה למטה.

תכנון מעגל אספקת חשמל VIPer22AP

הדרך הטובה ביותר לבנות את המעגל היא באמצעות תוכנת עיצוב אספקת חשמל. ניתן להוריד את תוכנת VIPer Design גרסה 2.24 לשימוש ב- VIPer22A, הגרסה האחרונה של תוכנה זו אינה תומכת עוד ב- VIPer22A. זוהי תוכנת מעצבת אספקת חשמל מעולה מבית STMicroelectronics. על ידי מתן מידע על דרישות התכנון, ניתן ליצור את הדיאגרמה המלאה של אספקת החשמל. מעגל VIPer22A לפרויקט הזה שנוצר על ידי התוכנה מוצג להלן

לפני שנכנס היישר לבניית חלק האב-טיפוס, בואו נחקור את פעולת המעגלים. במעגל יש את הסעיפים הבאים -

1. נחשול קלט והגנה על תקלות SMPS
2. מסנן קלט
3. המרת AC-DC
4. מעגל נהג או מעגל מיתוג
5. מעגל מהדק.
6. מגנטיות ובידוד גלווני.
7. פילטר EMI
8. מיישר משני
9. קטע סינון
10. מדור משוב.

נחשול קלט והגנה על תקלות SMPS.

סעיף זה מורכב משני רכיבים, F1 ו- RV1. F1 הוא נתיך מכה איטי 1A 250VAC ו- RV1 הוא MOV של 7mm 275V (Varistor תחמוצת מתכת). במהלך נחשול מתח גבוה (יותר מ 275 וולט), ה- MOV נעשה קצר ומתקיע את נתיך הקלט. עם זאת, בשל תכונת המכה האיטית, הנתיך עמיד בפני זרם הזרימה דרך ה- SMPS.

מסנן קלט

הקבל C3 הוא קבל מסנן בקו 250 וולט. זהו קבלים מסוג X הדומים לזה שהשתמשנו בתכנון השנאי שלנו ללא מעגלי אספקת חשמל.

המרת AC-DC.

המרת AC DC נעשית באמצעות דיודת מיישר גשר מלא DB107. זוהי דיודת מיישר מדורגת 1000V 1A. הסינון נעשה באמצעות קבל 400 וולט 22uF. עם זאת, במהלך אב טיפוס זה השתמשנו בערך גדול מאוד של קבלים. במקום 22uF השתמשנו בקבל 82uF בגלל זמינות הקבל. קבל בעל ערך גבוה כזה אינו נדרש להפעלת המעגל. 22uF 400V מספיק לדירוג פלט של 12W.

מעגל נהג או מעגל מיתוג.

VIPer22A דורש כוח מהטיה המוטה של השנאי. לאחר קבלת מתח ההטיה, VIPer מתחיל לעבור על השנאי באמצעות מוסקט מתח מובנה. D3 משמש להמרת תפוקת הטיה של זרם חילופין ל- DC והנגד R1, 10 אוהם משמש לבקרת זרם הזרימה. קבלים המסננים הם 4.7uF 50V להחלקת אדווה DC.

מעגל מהדק

השנאי משמש משרן ענק על פני מניע הכוח IC VIPer22. לכן, במהלך כיבוי מחזור, השנאי יוצר קוצים של מתח גבוה בגלל השראת הדליפה של השנאי. קוצים מתח בתדירות גבוהה אלה מזיקים לנהג החשמל IC ועלולים לגרום לכשל במעגל המיתוג. לכן, זה צריך להיות מדוכא על ידי מהדק הדיודה על פני השנאי. D1 ו- D2 משמשים למעגל המהדק. D1 היא דיודת TVS ו- D2 היא דיודת התאוששות מהירה במיוחד. D1 משמש להידוק המתח ואילו D2 משמש כדיודה חוסמת. בהתאם לתכנון, מתח ההידוק הממוקד (VCLAMP) הוא 200 וולט. לכן, P6KE200A נבחר ולבעיות הקשורות לחסימה מהירה במיוחד, UF4007 נבחר כ- D2.

מגנטיות ובידוד גלווני.

השנאי הוא שנאי פרומגנטי והוא לא רק ממיר את מתח המתח הגבוה לזרם מתח נמוך אלא גם מספק בידוד גלווני. יש לו שלוש צווי מפותלים. סלילה ראשונית, עזר או הטיה והתפתלות משנית.

פילטר EMI.

סינון EMI נעשה על ידי הקבל C4. זה מגביר את חסינות המעגל כדי להפחית את הפרעות ה- EMI הגבוהות. זהו קבלים מסוג Y עם דירוג מתח של 2kV.

מיישר משני ומעגל סנובור.

הפלט מהשנאי מתוקן ומומר ל DC באמצעות D6, דיודת מיישר שוטקי. מכיוון שזרם המוצא הוא 2A, נבחרה דיודה 3A 60V למטרה זו. SB360 הוא 3A 60V דיודה שוטקי מדורגת.

קטע סינון.

C6 הוא קבל המסנן. זהו קבל ESR נמוך לדחיית אדווה טובה יותר. כמו כן, נעשה שימוש במסנן פוסט LC בו L2 ו- C7 מספקים דחיית אדווה טובה יותר על פני הפלט.

מדור משוב.

מתח המוצא מורגש על ידי U3 TL431 ו- R6 ו- R7. לאחר חישת הקו, U2, מצמד האופטי נשלט ומבודד באופן גלווני את חלק חישת המשוב המשנית עם בקר הצד הראשי. ה- PC817 הוא מצמד אופטי. יש לו שני צדדים, טרנזיסטור ונורית LED בתוכו. על ידי שליטה על ה- LED, הטרנזיסטור נשלט. מכיוון שהתקשורת נעשית באופן אופטי, אין לה חיבור חשמלי ישיר, ולכן מספק את הבידוד הגלווני גם במעגל המשוב.

כעת, כאשר ה- LED שולט ישירות בטרנזיסטור, על ידי מתן מספיק הטיה על פני ה- LED של מצמד האופטי, ניתן לשלוט על הטרנזיסטור של מצמד האופטי, ליתר דיוק מעגל הנהג. מערכת בקרה זו משמשת את TL431. מווסת שאנט. מכיוון שלווסת השאנט יש מחלק נגדים על פני סיכת הייחוס שלו, הוא יכול לשלוט על הוביל מצמד האופטי המחובר לרוחבו. לסיכת המשוב מתח ייחוס של 2.5 וולט. לכן, ה- TL431 יכול להיות פעיל רק אם המתח על פני המחלק מספיק. במקרה שלנו, מחלק המתח מוגדר לערך 5V. לכן, כאשר הפלט מגיע ל -5 וולט TL431 מקבל 2.5 וולט על פני סיכת הייחוס ובכך מפעיל את הנורית של מצמד האופטי השולט בטרנזיסטור של מצמד האופטי ושולט בעקיפין על TNY268PN. אם המתח אינו מספיק על פני הפלט מחזור המעבר מושעה באופן מיידי.

ראשית, TNY268PN מפעיל את המחזור הראשון של המעבר ואז חש את סיכת ה- EN שלו. אם הכל בסדר, הוא ימשיך במיתוג, אם לא, הוא ינסה שוב לאחר זמן מה. לולאה זו ממשיכה עד שהכל נהיה נורמלי, ובכך מונע בעיות בקצר או במתח יתר. זו הסיבה שזה נקרא טופולוגיית flyback, שכן מתח המוצא מועבר חזרה לנהג לצורך פעולות הקשורות לחישה. כמו כן, לולאת הניסיון נקראת מצב פעולה של שיהוק במצב הכשל.

בניית שנאי מיתוג למעגל VIPER22ASMPS

בואו נראה את תרשים בניית השנאי שנוצר. תרשים זה מתקבל מתוכנת תכנון אספקת החשמל עליה דנו קודם.

הליבה היא E25 / 13/7 עם פער אוויר של 0.36 מ"מ. ההשראה הראשונית היא 1mH. לצורך בניית שנאי זה, יש צורך בדברים הבאים. אם אתה חדש בבניית שנאים אנא קרא את המאמר כיצד לבנות שנאי SMPS משלך.

1. סרט פוליאסטר
2. זוגות ליבה E25 / 13/7 עם פער אוויר של 0.36 מ"מ.
3. חוט נחושת 30 AWG
4. 43 חוט נחושת AWG (השתמשנו ב 36 AWG עקב אי זמינות)
5. 23 AWG (השתמשנו גם ב- 36 AWG בשביל זה)
6. סליל אופקי או אנכי (השתמשנו בסליל אופקי)
7. עט לאחיזת הסליל במהלך סלילה.

שלב 1: החזק את הליבה באמצעות עט, התחל 30 חוט נחושת AWG מסיכה 3 של הסיסה והמשיך 133 סיבובים בכיוון השעון אל סיכה 1. החל 3 שכבות של סרט פוליאסטר.

שלב 2: התחל את סלילת הטיה באמצעות חוט נחושת 43 AWG מסיכה 4 והמשיך ל -31 סיבובים וסיים את הליפוף בסיכה 5. החל 3 שכבות של סרט פוליאסטר.

התחל את סלילת הטיה באמצעות חוט נחושת 43 AWG מסיכה 4 והמשיך ל -31 סיבובים וסיים את הסלילה בסיכה 5. החל 3 שכבות של סרט פוליאסטר.

שלב 3: התחל את הסיבוב המשני מסיכה 10 והמשיך להתפתל בכיוון השעון של 21 סיבובים. מרחו 4 שכבות של סרט פוליאסטר.

שלב 4: אבטח את הליבה החורצת עם סרט הדבק העוטף זה לצד זה. זה יפחית את הרטט במהלך העברת שטף בצפיפות גבוהה.

לאחר ביצוע הבנייה השנאי נבדק עם מד LCR למדידת ערך ההשראות של הסלילים. המונה מציג 913 mH שהוא קרוב להשראות הראשונית של 1mH.

בניית מעגל ה- SMPS VIPer22A:

עם אימות הדירוג של שנאי אנו יכולים להמשיך בהלחמת כל הרכיבים על לוח ורו כמפורט בתרשים המעגל. הלוח שלי לאחר שעבודת הלחמה הסתיימה נראה כך למטה

בדיקת VIPer22A מעגל עבור 12V 1A SMPS:

כדי לבדוק את המעגל חיברתי את צד הקלט לאספקת החשמל דרך VARIAC כדי לשלוט על מתח הרשת הזרם. בתמונה למטה מוצג מתח המוצא של 225 וולט.

כפי שניתן לראות בצד היציאה אנו מקבלים 12.12 וולט שהוא קרוב למתח היציאה הרצוי 12 וולט. העבודה המלאה מוצגת בסרטון המצורף בתחתית עמוד זה. מקווה שהבנתם את ההדרכה ולמדתם כיצד לבנות מעגלי SMPS משלכם בעזרת שנאי בעבודת יד. אם יש לך שאלות השאיר אותן בסעיף ההערות למטה.