2 Circuite SMPS compacte de 12 V 2 amperi pentru driver LED

În această postare discutăm în mod cuprinzător un circuit SMPS cu 2 amp 12V 2 amp simplu folosind IC UC2842. Studiem un design flyback de 2 amperi prin evaluarea diferitelor formule, care oferă detalii exacte de selecție pentru înfășurarea transformatorului și specificațiile pieselor.

Design # 1: Introducere

Primul design se bazează pe versatilul IC VIPer53-E.

VIPer53-E este construit cu un controler PWM în modul curent îmbunătățit, care are un MOSFET de putere de înaltă tensiune MDMesh ™ în cadrul aceluiași pachet. VIPer53-E poate fi găsit în câteva pachete distincte, DIP8 și PowerSO-10. Placa de referință este, fără îndoială, o sursă de alimentare cu gamă largă offline, care include VIPer53-E conceput pentru reglarea secundară prin acționarea controlerului PWM printr-un opto- cuplaj. Frecvența de comutare este de 100 kHz și puterea totală de ieșire este de 24 W.

Mai jos sunt prezentate câteva dintre principalele caracteristici ale IC:

• Alimentare cu scop general bazată pe SMPS
• Controlul modului curent împreună cu facilitatea de limitare variabilă
• Eficiență în jur de 75%
• Ieșirea este protejată cu un protecție la scurtcircuit și la suprasarcină
• Supratemperatura este, de asemenea, controlată printr-o protecție termică încorporată
• Respectă specificațiile EMI de clasă B EN55022 și standardele Blue Angel.

Schema circuitului circuitului propus de 12V 2 amperi folosind VIPer53-E ar putea fi observată în imaginea de mai jos:

DESCĂRCARE PCB COMPLET ȘI LISTA PIEȚELOR

Principalele condiții de funcționare pot fi studiate prin următoarea imagine:

Detalii despre transformator:

Detaliile despre înfășurarea transformatorului de miez de ferită pentru circuitul SMPS de mai sus ar putea fi analizate conform datelor furnizate în figura următoare:

Mai multe informații despre VIPer53-E pot fi studiate în acest articol

Design # 2: Introducere

Următorul design se bazează pe IC UC2842 de la Texas Instruments , care poate fi, de asemenea, utilizat pentru construirea unui circuit SMPS de înaltă calitate, în stare solidă, foarte fiabil, evaluat la 12V și cu o ieșire de curent @ 2 amperi la 4 amperi.

Schema completă a circuitului acestui design poate fi prezentată în următoarea figură:

Să încercăm să înțelegem funcțiile și aspectele critice ale câtorva dintre componentele principale utilizate în acest circuit SMPS de 12 V 2 amperi:

Cin Input Condensator în vrac și tensiune minimă în vrac:

Condensatorul în vrac afișat Cin poate fi încorporat folosind unul sau câțiva condensatori în paralel, posibil folosind un inductor peste ele pentru a elimina zgomotul generat din cauza conducerii diferențiale. Valoarea acestui condensator decide nivelul tensiunii volumice minime.

Dacă se utilizează o valoare mai mică Cin pentru a reduce tensiunea minimă în vrac, s-ar putea duce la creșterea suprasolicitării curentului de vârf primar al mosfetelor de comutare și, de asemenea, al transformatorului.

Dimpotrivă, menținerea valorii mai mari ar putea duce la un curent de vârf mai mare pe mosfet și trafo, ceea ce, de asemenea, nu este acceptabil, prin urmare ar trebui aleasă o valoare rezonabilă, așa cum este indicată în diagramă.
Se poate face folosind următoarea formulă:

Aici Vin (min) indică valoarea RMS a tensiunii minime de intrare AC care este în jur de 85 V RMS.

fLINE (min) indică frecvența valorii RMS de mai sus, care poate fi presupusă a fi 47Hz.

Cu referire la ecuația de mai sus, pentru a atinge o valoare a tensiunii volumice minime de 75V, la o eficiență de 85%, valoarea Cin va trebui să fie în jur de 126uF, în prototipul nostru 180uF s-a dovedit a fi foarte bine.

Calculul raporturilor de rotație Tansformer:

Pentru a începe cu calculul virajului transformatorului, trebuie găsită cea mai favorabilă frecvență de comutare.

Deși IC UC2842 este specificat pentru a produce o frecvență maximă de 500 kHz, având în vedere toți parametrii fezabili și de eficiență, s-a decis selectarea și setarea dispozitivului la aproximativ 110 kHz.

Acest lucru a permis ca proiectarea să fie în mod rezonabil echilibrată în ceea ce privește dimensiunea transformatorului, dimensiunea filtrului EMI și să mențină operațiunile în limitele pierderilor tolerabile.

Termenul Nps se referă la primarul transformatorului și acest lucru poate fi determinat în funcție de ratingul mosfetului driver utilizat împreună cu ratingul specificațiilor diodei redresoare secundare.

Pentru o evaluare optimă a MOSFET, trebuie mai întâi să calculăm tensiunea maximă în vrac, cu referire la valoarea maximă a tensiunii RMS, care este de 265V intrare CA în cazul nostru. Prin urmare, avem:

Din motive de simplitate și eficiență din punct de vedere al costurilor, a fost selectat un mosfet IRFB9N65A de 650 V pentru acest prototip de circuit de 12 V 2 amp SMPS.

Dacă considerăm că tensiunea maximă de tensiune pe canalul de refulare a mosfetului este de aproximativ 80% din specificațiile sale și luând 30% ca vârf de tensiune admisibilă de la sursa maximă de intrare în vrac, se poate aștepta ca tensiunea de ieșire reflectată să fie mai mică de 130V ca exprimată în următoarea ecuație:

Prin urmare, pentru o ieșire de 12V, raportul maxim de transformare primar / secundar al transformatorului sau NPS poate fi calculat așa cum se indică în următoarea ecuație:

În proiectarea noastră a fost încorporat un raport de rotație de Nps = 10.

Această înfășurare trebuie calculată astfel încât să poată produce o tensiune care poate fi puțin mai mare decât specificația minimă Vcc a CI, astfel încât IC să funcționeze în condiții optime și stabilitatea să fie menținută pe tot circuitul.

Bobina auxiliară Npa poate fi calculată după cum se arată în următoarea formulă:

Înfășurarea auxiliară din transformator este utilizată pentru polarizarea și furnizarea sursei de funcționare a CI.

Acum, pentru dioda de ieșire, tensiunea de tensiune pe aceasta poate fi echivalentă cu tensiunea de ieșire și sursa de intrare reflectată, după cum se arată mai jos:

Pentru a contracara vârfurile de tensiune datorate fenomenului de „sonerie”, o diodă Schottky evaluată cu o tensiune de blocare de 60V sau mai mare a fost considerată necesară și utilizată în acest design.

De asemenea, pentru a ține departe factorul de vârf al curentului de înaltă tensiune, acesta este este proiectat convertorul flyback pentru a lucra cu un mod de conducție continuă (CCM).

Calculul ciclului maxim de funcționare:

Așa cum s-a discutat în paragraful de mai sus, odată ce calculăm NPS al transformatorului, ciclul de funcționare maxim necesar Dmax poate fi calculat prin funcția de transfer alocată pentru convertoarele bazate pe CCM, detaliile pot fi observate mai jos:

Inductanța transformatorului și curentul de vârf

În circuitul nostru discutat de 12 V 2 amperi, inductanța de magnetizare a transformatorului Lp a fost determinată conform parametrilor CCM. În acest exemplu, inductanța a fost aleasă astfel încât convertorul să poată intra în zona de lucru CCM cu o încărcare de aproximativ 10% și utilizând tensiunea minimă în vrac pentru a menține ondularea de ieșire la cea mai mică.

Pentru mai multe detalii privind diversele specificații tehnice și formule, puteți studia foaie de date originală aici