Desain rangkaian power supply 12V 1a menggunakan viper22a

Sirkuit catu daya mode sakelar (SMPS) paling sering dibutuhkan dalam banyak desain elektronik untuk mengubah tegangan listrik AC ke tingkat tegangan DC yang sesuai agar perangkat dapat beroperasi. Jenis konverter AC-DC ini mengambil tegangan listrik AC 230V / 110V sebagai input dan mengubahnya menjadi tegangan DC level rendah dengan mengubahnya, maka disebut catu daya mode sakelar. Kami telah membangun beberapa sirkuit SMPS sebelumnya seperti sirkuit SMPS 5V 2A dan sirkuit SMPS 12V 1A TNY268 ini. Kami bahkan membangun transformator SMP kami sendiri yang dapat digunakan dalam desain SMP kami bersama dengan IC driver. Dalam proyek ini kami akan membangun sirkuit SMPS 12V 1A lainnya menggunakan VIPer22A, yang merupakan IC driver SMPS berbiaya rendah yang populer dari STMicroelectronics. Tutorial ini akan membawa Anda melalui rangkaian lengkap dan juga akan menjelaskanbagaimana membangun trafo Anda sendiri untuk sirkuit VIPER. Menarik kan, mari kita mulai.

Spesifikasi Desain Catu Daya VIPer22A

Sama seperti proyek berbasis SMPS sebelumnya, berbagai jenis catu daya bekerja di lingkungan yang berbeda dan bekerja dalam batasan input-output tertentu. SMP ini juga memiliki spesifikasi. Oleh karena itu, analisis spesifikasi yang tepat perlu dilakukan sebelum melanjutkan dengan desain sebenarnya.

Spesifikasi input: Ini akan menjadi domain konversi SMP di AC ke DC. Oleh karena itu, inputnya adalah AC. Dalam proyek ini, tegangan input ditetapkan. Itu sesuai dengan peringkat tegangan standar Eropa. Jadi tegangan input AC dari SMP ini adalah 220-240VAC. Ini juga merupakan peringkat tegangan standar India.

Spesifikasi keluaran: Tegangan keluaran dipilih sebagai 12V dengan nilai arus 1A. Jadi, ini akan menjadi output 12W. Karena SMP ini akan memberikan tegangan konstan terlepas dari arus beban, ia akan bekerja pada mode CV (Tegangan Konstan). Selain itu, tegangan keluaran akan konstan dan stabil pada tegangan masukan terendah dengan beban maksimum (2A) di keluaran.

Tegangan riak keluaran: Sangat diinginkan bahwa catu daya yang baik memiliki tegangan riak kurang dari 30mV pk-pk. Tegangan riak yang ditargetkan sama untuk SMP ini, kurang dari 30mV riak pk-pk. Namun, riak keluaran SMPS sangat bergantung pada konstruksi SMPS, PCB, dan jenis kapasitor yang digunakan. Kami menggunakan kapasitor ESR rendah dengan peringkat 105 derajat dari Wurth Electronics dan riak keluaran yang diharapkan tampaknya di bawah.

Sirkuit perlindungan: Ada berbagai sirkuit perlindungan yang dapat digunakan dalam SMP untuk operasi yang aman dan andal. Sirkuit proteksi melindungi SMP serta beban terkait. Tergantung pada jenisnya, sirkuit proteksi dapat dihubungkan melintasi input atau melintasi output. Untuk SMPS ini, proteksi lonjakan input akan digunakan dengan tegangan input operasi maksimum 275VAC. Selain itu, untuk menangani masalah EMI, filter mode umum akan digunakan untuk mengosongkan EMI yang dihasilkan. Di sisi Keluaran kita akan menyertakan proteksi hubung singkat, proteksi tegangan berlebih, dan proteksi arus berlebih.

Pemilihan IC Pengemudi SMPS

Setiap rangkaian SMPS membutuhkan IC Manajemen Daya yang juga dikenal sebagai IC switching atau IC SMPS atau IC Drier. Mari kita simpulkan pertimbangan desain untuk memilih IC Manajemen Daya yang ideal yang akan cocok untuk desain kita. Persyaratan Desain kami adalah

1. Keluaran 12W. 12V 1A pada beban penuh.
2. Peringkat input Standar Eropa. 85-265VAC pada 50Hz
3. Perlindungan lonjakan input. Tegangan input maksimum 275VAC.
4. Output sirkuit pendek, proteksi tegangan berlebih dan arus berlebih.
5. Operasi tegangan konstan.

Dari persyaratan di atas ada berbagai macam IC untuk dipilih, tetapi untuk proyek ini kami telah memilih, driver daya VIPer22A dari STMicroelectronics. Ini adalah IC driver daya berbiaya sangat rendah dari STMicroelectronics.

Pada gambar di atas, peringkat daya khas IC VIPer22A ditampilkan. Namun, tidak ada bagian yang ditentukan untuk bingkai terbuka atau spesifikasi keluaran daya tipe adaptor. Kami akan membuat SMP dalam bingkai terbuka dan untuk peringkat masukan Eropa. Di segmen seperti itu, VIPer22A dapat menyediakan output 20W. Kami akan menggunakannya untuk output 12W. The VIPer22A IC pinout diberikan pada gambar di bawah.

Merancang sirkuit catu daya VIPer22APower

Cara terbaik untuk membangun sirkuit adalah dengan menggunakan software Power Supply Design. Anda dapat mendownload VIPer Design Software Versi 2.24 untuk menggunakan VIPer22A, versi terbaru software ini tidak lagi mendukung VIPer22A. Ini adalah perangkat lunak desain catu daya yang sangat baik dari STMicroelectronics. Dengan memberikan info persyaratan desain, diagram rangkaian catu daya lengkap dapat dibuat. The VIPer22A sirkuit untuk proyek ini dihasilkan oleh perangkat lunak yang ditunjukkan di bawah ini

Sebelum langsung membuat bagian prototipe, mari kita jelajahi operasi sirkuit. Sirkuit memiliki bagian-bagian berikut -

1. Lonjakan input dan perlindungan kesalahan SMPS
2. Filter Input
3. Konversi AC-DC
4. Sirkuit driver atau sirkuit Switching
5. Sirkuit penjepit.
6. Magnet dan isolasi galvanik.
7. Filter EMI
8. Penyearah Sekunder
9. Bagian Filter
10. Bagian umpan balik.

Lonjakan input dan perlindungan kesalahan SMPS.

Bagian ini terdiri dari dua komponen, F1 dan RV1. F1 adalah sekering slow blow 1A 250VAC dan RV1 adalah MOV (Metal Oxide Varistor) 7mm 275V. Selama lonjakan tegangan tinggi (lebih dari 275VAC), MOV menjadi mati pendek dan putus sekring input. Namun, karena fitur slow blow, sekring menahan arus masuk melalui SMPS.

Filter Input

Kapasitor C3 adalah kapasitor filter saluran 250VAC. Ini adalah kapasitor tipe X yang mirip dengan yang kami gunakan dalam desain rangkaian catu daya kurang transformator kami.

Konversi AC-DC.

Konversi AC DC dilakukan dengan menggunakan dioda penyearah jembatan penuh DB107. Ini adalah dioda penyearah pengenal 1000V 1A. Penyaringan dilakukan dengan menggunakan kapasitor 22uF 400V. Namun, selama prototipe ini, kami menggunakan nilai kapasitor yang sangat besar. Sebagai gantinya 22uF, kami menggunakan kapasitor 82uF karena ketersediaan kapasitor. Kapasitor bernilai tinggi seperti itu tidak diperlukan untuk pengoperasian rangkaian. 22uF 400V cukup untuk rating output 12W.

Sirkuit driver atau sirkuit switching.

VIPer22A membutuhkan daya dari belitan bias transformator. Setelah mendapatkan tegangan bias, VIPer mulai beralih melintasi trafo menggunakan mosfet tegangan tinggi built-in. D3 digunakan untuk mengubah output bias AC menjadi DC dan resistor R1, 10 Ohm digunakan untuk mengendalikan arus masuk. Kapasitor filter adalah 4.7uF 50V untuk menghaluskan riak DC.

Sirkuit penjepit

Trafo bertindak sebagai induktor besar di driver daya IC VIPer22. Oleh karena itu, selama mematikan-siklus, trafo menciptakan lonjakan tegangan tinggi karena induktansi kebocoran trafo. Lonjakan tegangan frekuensi tinggi ini berbahaya bagi IC driver daya dan dapat menyebabkan kegagalan rangkaian switching. Jadi, ini perlu ditekan oleh penjepit dioda yang melintasi transformator. D1 dan D2 digunakan untuk sirkuit penjepit. D1 adalah dioda TVS dan D2 adalah dioda pemulihan sangat cepat. D1 digunakan untuk menjepit tegangan sedangkan D2 digunakan sebagai dioda pemblokiran. Sesuai desain, tegangan penjepit yang ditargetkan (VCLAMP) adalah 200V. Oleh karena itu, P6KE200A dipilih dan untuk masalah terkait pemblokiran ultra-cepat, UF4007 dipilih sebagai D2.

Magnet dan isolasi galvanik.

Trafo adalah trafo feromagnetik dan tidak hanya mengubah AC tegangan tinggi menjadi ac tegangan rendah tetapi juga menyediakan isolasi galvanik. Ini memiliki tiga perintah berliku. Belitan Primer, Bantu atau Bias dan belitan Sekunder.

Filter EMI.

Penyaringan EMI dilakukan oleh kapasitor C4. Ini meningkatkan kekebalan sirkuit untuk mengurangi gangguan EMI yang tinggi. Ini adalah kapasitor Y-Class dengan peringkat tegangan 2kV.

Rectifier Sekunder dan sirkuit snubber.

Output dari transformator diperbaiki dan diubah menjadi DC menggunakan D6, dioda penyearah Schottky. Karena arus keluaran adalah 2A, dioda 3A 60V dipilih untuk tujuan ini. SB360 adalah dioda Schottky dengan rating 3A 60V.

Bagian Filter.

C6 adalah kapasitor filter. Ini adalah kapasitor ESR Rendah untuk penolakan riak yang lebih baik. Selain itu, filter pasca LC digunakan di mana L2 dan C7 memberikan penolakan riak yang lebih baik di seluruh output.

Bagian umpan balik.

Tegangan keluaran dirasakan oleh U3 TL431 dan R6 dan R7. Setelah merasakan garis, U2, Optocoupler dikontrol dan secara galvanis mengisolasi bagian penginderaan umpan balik sekunder dengan pengontrol sisi utama. The PC817 adalah Optocoupler. Ini memiliki dua sisi, transistor dan LED di dalamnya. Dengan mengontrol LED, transistor dikontrol. Karena komunikasi dilakukan secara optik, ia tidak memiliki sambungan listrik langsung, sehingga isolasi galvanik pada rangkaian umpan balik juga memuaskan.

Sekarang, karena LED secara langsung mengontrol transistor, dengan memberikan bias yang cukup di seluruh LED Optocoupler, seseorang dapat mengontrol transistor Optocoupler, lebih khusus lagi rangkaian driver. Sistem kontrol ini digunakan oleh TL431. Pengatur shunt. Karena regulator shunt memiliki pembagi resistor di atasnya, ia dapat mengontrol led Optocoupler yang terhubung melewatinya. Pin umpan balik memiliki tegangan referensi 2.5V. Oleh karena itu, TL431 hanya dapat aktif jika tegangan yang melintasi pembagi cukup. Dalam kasus kami, pembagi tegangan diatur ke nilai 5V. Oleh karena itu, ketika output mencapai 5V, TL431 mendapatkan 2.5V melintasi pin referensi dan dengan demikian mengaktifkan LED Optocoupler yang mengontrol transistor Optocoupler dan secara tidak langsung mengontrol TNY268PN. Jika tegangan tidak cukup di seluruh output, siklus switching segera ditangguhkan.

Pertama, TNY268PN mengaktifkan siklus pertama peralihan dan kemudian merasakan pin EN-nya. Jika semuanya baik-baik saja, itu akan melanjutkan peralihan, jika tidak, itu akan mencoba sekali lagi setelah beberapa saat. Loop ini dilanjutkan sampai semuanya menjadi normal, sehingga mencegah masalah korsleting atau tegangan berlebih. Inilah sebabnya mengapa disebut topologi flyback, karena tegangan keluaran dialirkan kembali ke driver untuk merasakan operasi terkait. Juga, loop percobaan disebut mode operasi cegukan pada kondisi kegagalan.

Pembangunan Switching Transformer untuk Sirkuit VIPER22ASMPS

Mari kita lihat diagram konstruksi trafo yang dihasilkan. Diagram ini diperoleh dari perangkat lunak desain catu daya yang telah kita bahas sebelumnya.

Core adalah E25 / 13/7 dengan celah udara 0,36mm. Induktansi utama adalah 1mH. Untuk pembangunan trafo ini diperlukan hal-hal sebagai berikut. Jika Anda baru mengenal konstruksi trafo, harap baca artikel tentang cara membuat trafo SMP Anda sendiri.

1. Pita Poliester
2. Pasangan E25 / 13/7 Core dengan celah udara 0,36mm.
3. 30 kawat tembaga AWG
4. 43 kawat tembaga AWG (Kami menggunakan 36 AWG karena tidak tersedia)
5. 23 AWG (Kami juga menggunakan 36 AWG untuk yang ini)
6. Bobbin Horizontal atau Vertikal (Kami menggunakan Bobbin Horizontal)
7. Pena untuk memegang Bobbin selama pemutaran.

Langkah 1: Pegang Inti menggunakan pena, mulai kabel tembaga 30 AWG dari pin 3 kumparan dan lanjutkan 133 putaran searah jarum jam ke pin 1. Terapkan 3 lapis pita poliester.

Langkah 2: Mulai gulungan Bias menggunakan kawat tembaga 43 AWG dari pin 4 dan lanjutkan ke 31 putaran dan akhiri gulungan pada pin 5. Terapkan 3 lapis pita poliester.

Mulai lilitan Bias menggunakan kawat tembaga 43 AWG dari pin 4 dan lanjutkan ke 31 putaran dan akhiri lilitan pada pin 5. Terapkan 3 lapis pita poliester.

Langkah 3: Mulai belitan sekunder dari pin 10 dan lanjutkan belitan 21 Putaran searah jarum jam. Aplikasikan 4 lapis pita poliester.

Langkah 4: Kencangkan inti yang terbuka dengan pembungkus lakban secara berdampingan. Ini akan mengurangi getaran selama transfer fluks dengan densitas tinggi.

Setelah pembangunan selesai, trafo diuji dengan meteran LCR untuk mengukur nilai induktansi kumparan. Meteran menunjukkan 913 mH yang dekat dengan induktansi primer 1mH.

Membangun sirkuit SMPS VIPer22A:

Dengan peringkat trafo yang diverifikasi, kita dapat melanjutkan dengan menyolder semua komponen pada papan Vero seperti yang diberikan dalam diagram rangkaian. Papan saya setelah pekerjaan menyolder selesai terlihat seperti ini di bawah ini

Menguji sirkuit VIPer22A untuk SMP 12V 1A:

Untuk menguji rangkaian, saya menghubungkan sisi input ke catu daya utama melalui VARIAC untuk mengontrol tegangan listrik AC input. Pada gambar di bawah ini, tegangan keluaran pada 225VAC ditampilkan.

Seperti yang Anda lihat di sisi output, kami mendapatkan 12.12V yang dekat dengan tegangan output 12V yang diinginkan. Pekerjaan lengkap ditunjukkan dalam video yang dilampirkan di bagian bawah halaman ini. Harap Anda memahami tutorial dan belajar bagaimana membangun sirkuit SMP Anda sendiri dengan trafo buatan tangan. Jika Anda memiliki pertanyaan, tinggalkan di bagian komentar di bawah.