В тази публикация обсъждаме изчерпателно 2 прости 12V 2 amp SMPS верига, използвайки IC UC2842. Ние изучаваме 2 amp усилвател с обратна връзка чрез оценка на различни формули, които предоставят точните детайли за избор на намотката на трансформатора и спецификациите на частите.

Дизайн # 1: Въведение

Първият дизайн е базиран на универсалната IC VIPer53-E.

VIPer53-E е изграден с подобрен ШИМ контролер в текущ режим, който има високо напрежение MDMesh ™ Power MOSFET в същия пакет. VIPer53-E може да бъде намерен в няколко отделни пакета, DIP8 и PowerSO-10. Бенчмаркът несъмнено е офлайн захранване с широк обхват, което включва VIPer53-E, предназначен за вторично регулиране чрез управление на ШИМ контролера чрез опто- съединител. Честотата на превключване е 100 kHz, а общата изходна мощност е 24 W.

По-долу са дадени някои от основните характеристики на IC:

• SMPS захранване с общо предназначение
• Контрол на текущия режим заедно с променливо ограничаващо устройство
• Ефективност около добри 75%
• Изходът е защитен с късо съединение и защита от претоварване
• Превишаването на температурата също се контролира чрез вградена защита от термично изключване
• Съответства на EN55022 клас B EMI спецификация и стандарти на Blue Angel.

Схемата на предложената 12V 2 усилвателна схема, използваща VIPer53-E, може да бъде видяна на изображението по-долу:

ИЗТЕГЛЕТЕ ПЪЛЕН СПИСЪК НА ПХБ И ЧАСТИ

Основните условия на работа могат да бъдат проучени чрез следното изображение:

Подробности за трансформатора:

Детайлите за намотката на трансформатора с феритна сърцевина за горната SMPS верига могат да бъдат анализирани според данните, представени на следващата фигура:

Повече информация за VIPer53-E може да бъде проучена в тази статия

Дизайн # 2: Въведение

Следващият дизайн се основава на IC UC2842 от Texas Instruments , който може да се използва и за изграждане на висококачествен, твърдо състояние, много надеждна SMPS верига с номинална мощност 12V и с токов изход @ 2 ампера до 4 ампера.

Пълната електрическа схема на този дизайн може да бъде представена на следната фигура:

Нека се опитаме да разберем функциите и критичността на някои от основните компоненти, използвани в тази 12V 2 amp SMPS схема:

Cin Input Bulk кондензатор и минимално насипно напрежение:

Показаният насипен кондензатор Cin може да бъде вграден с помощта на един или няколко кондензатора паралелно, евентуално чрез използване на индуктор през тях, за да се елиминира шумът, генериран поради диференциално провеждане. Стойността на този кондензатор определя нивото на минималното насипно напрежение.

Ако се използва по-ниска стойност Cin за намаляване на минималното насипно напрежение, това може да доведе до повишен първичен пиков ток, претоварващ превключващите MOSFET и трансформатора.

“верига на оп усилвател на последовател на напрежение ”

Напротив, запазването на по-голямата стойност може да доведе до по-висок пиков ток на MOSFET и Trafo, което също не е приемливо, поради което трябва да се избере разумна стойност, както е посочено на диаграмата.
Това може да се направи, като се използва следната формула:

Тук Vin (min) посочва RMS стойността на минималното AC входно напрежение, което е около 85 V RMS.

fLINE (min) означава честотата на горната RMS стойност, която може да се приеме, че е 47Hz.

Във връзка с горното уравнение, за да се постигне минимална стойност от 75V обемно напрежение, при 85% ефективност, стойността на Cin ще трябва да бъде около 126uF, в нашия прототип 180uF беше установено, че е добре.

Изчисляване на коефициентите на завъртане на Tansformer:

За да започнете с изчисляването на оборота на трансформатора, трябва да се открие най-благоприятната честота на превключване.

Въпреки че IC UC2842 е специфициран да произвежда максимална честота от 500kHz, като се имат предвид всички възможни и свързани с ефективността параметри, беше решено да се избере и настрои устройството на около 110kHz.

Това позволи конструкцията да бъде сравнително добре балансирана по отношение на размера на трансформатора, размера на EMI филтъра и все пак да поддържа операциите в рамките на допустимите загуби.

Терминът Nps се отнася до първичната част на трансформатора и това може да се определи в зависимост от рейтинга на използвания MOSFET на драйвера, заедно с рейтинга на спецификациите на вторичния токоизправител.

За оптимален рейтинг на MOSFET първо трябва да изчислим пиковото насипно напрежение по отношение на максималната RMS стойност на напрежението, която в нашия случай е 265V AC. Следователно имаме:

За опростяване и ефективност на разходите, за този прототип на 12V 2 amp smps схема беше избран MOSFET с мощност 650V IRFB9N65A.

Ако считаме, че максималното напрежение на изтичане на MOSFET е около 80% от неговите спецификации и приемаме 30% като допустим скок на напрежението от максималното входящо захранване, резултантното отразено изходно напрежение може да се очаква да бъде по-ниско от 130 V, тъй като изразено в следното уравнение:

Следователно за 12V изход максималното съотношение на завъртане на първичен / вторичен трансформатор или NPS може да бъде изчислено, както е посочено в следното уравнение:

В нашия дизайн е включено коефициент на завъртане Nps = 10.

Тази намотка трябва да бъде изчислена по такъв начин, че да може да произвежда напрежение, което може да е малко по-високо от минималната спецификация на Vcc на IC, така че IC да може да работи при оптимални условия и стабилността да се поддържа в цялата верига.

Спомагателната намотка Npa може да се изчисли, както е показано в следната формула:

Спомагателната намотка в трансформатора се използва за отклонение и осигуряване на оперативното захранване на IC.

“какво прави променливият резистор ”

Сега за изходния диод напрежението върху него може да бъде еквивалентно на изходното напрежение и отразеното входно захранване, както е дадено по-долу:

За да се противодейства на скоковете на напрежението, дължащи се на явлението „звънене“, диод на Шотки, номиниран с блокиращо напрежение 60V или по-високо, се е почувствал необходим и използван в този дизайн.

Също така, за да се пази фактор на скок на ток с високо напрежение, това flyback конверторът е проектиран да работи с режим на непрекъсната проводимост (CCM).

Изчисляване на максималния работен цикъл:

Както беше обсъдено в горния параграф, след като изчислим NPS на трансформатора, необходимият максимален работен цикъл Dmax може да бъде изчислен чрез трансферната функция, разпределена за преобразуватели, базирани на CCM, подробностите могат да бъдат видени по-долу:

Индуктивност и пиков ток на трансформатора

В обсъжданата от нас схема 12V 2 amp smps, индуктивността на намагнитване на трансформатора Lp беше определена според параметрите на CCM. В този пример индуктивността е избрана така, че преобразувателят е в състояние да влезе в работната зона на CCM с около 10% натоварване и използвайки минимално насипно напрежение, за да запази пулсацията на изхода до най-ниското.