2 Compact 12V 2 Amp SMPS Circuit for LED Driver

Σε αυτήν την ανάρτηση συζητούμε διεξοδικά ένα κύκλωμα 2 απλών 12V 2 amp SMPS χρησιμοποιώντας το IC UC2842. Μελετούμε μια σχεδίαση flyback 2 amp αξιολογώντας διάφορους τύπους, οι οποίοι παρέχουν τις ακριβείς λεπτομέρειες επιλογής για την περιέλιξη του μετασχηματιστή και τις προδιαγραφές ανταλλακτικών.

Σχέδιο # 1: Εισαγωγή

Η πρώτη σχεδίαση βασίζεται στο ευέλικτο IC VIPer53-E.

Το VIPer53-E είναι κατασκευασμένο με έναν βελτιωμένο ελεγκτή PWM τρέχουσας λειτουργίας που διαθέτει MDMesh ™ Power MOSFET υψηλής τάσης μέσα στο ίδιο πακέτο. Το VIPer53-E μπορεί να βρεθεί σε μερικά ξεχωριστά πακέτα, DIP8 και PowerSO-10. Η πλακέτα αναφοράς είναι αναμφίβολα μια παροχή ηλεκτρικού ρεύματος ευρείας εμβέλειας που περιλαμβάνει το VIPer53-E σχεδιασμένο για δευτερεύουσα ρύθμιση, χρησιμοποιώντας τον ελεγκτή PWM μέσω ενός οπτο- συνδέων. Η συχνότητα μεταγωγής είναι 100 kHz και η συνολική ισχύς εξόδου είναι 24 W.

Παρακάτω δίνονται μερικά από τα κύρια χαρακτηριστικά του IC:

• Τροφοδοσία γενικής χρήσης με βάση SMPS
• Τρέχων έλεγχος λειτουργίας μαζί με μεταβλητή δυνατότητα περιορισμού
• Απόδοση περίπου 75%
• Η έξοδος προστατεύεται με προστασία βραχυκυκλώματος και υπερφόρτωσης
• Η υπερθέρμανση ελέγχεται επίσης μέσω ενσωματωμένης θερμικής προστασίας
• Συμμορφώνεται με τις προδιαγραφές EN55022 Class B EMI και τα πρότυπα Blue Angel.

Το διάγραμμα κυκλώματος του προτεινόμενου κυκλώματος 12V 2 amp που χρησιμοποιεί VIPer53-E θα μπορούσε να δει στην παρακάτω εικόνα:

ΛΗΨΗ ΠΛΗΡΗΣ ΛΙΣΤΑ PCB και ΜΕΡΩΝ

Οι κύριες συνθήκες λειτουργίας μπορούν να μελετηθούν μέσω της ακόλουθης εικόνας:

Λεπτομέρειες μετασχηματιστή:

Οι λεπτομέρειες περιέλιξης του μετασχηματιστή φερρίτη πυρήνα για το παραπάνω κύκλωμα SMPS θα μπορούσαν να αναλυθούν σύμφωνα με τα δεδομένα που παρέχονται στην ακόλουθη εικόνα:

Μπορείτε να μελετήσετε περισσότερες πληροφορίες για το VIPer53-E σε αυτό το άρθρο

Σχεδιασμός # 2: Εισαγωγή

Ο επόμενος σχεδιασμός βασίζεται στο IC UC2842 από την Texas Instruments , το οποίο μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή υψηλής ποιότητας, στερεάς κατάστασης, πολύ αξιόπιστου κυκλώματος SMPS με ονομαστική τιμή 12V και με έξοδο ρεύματος @ 2 amp έως 4 amp.

Το πλήρες διάγραμμα κυκλώματος αυτού του σχεδιασμού μπορεί να είναι το ακόλουθο σχήμα:

Ας προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε τις λειτουργίες και τις κρίσεις μερικών από τα κύρια συστατικά που χρησιμοποιούνται σε αυτό το κύκλωμα SMPS 12V 2 amp:

Μαζικός πυκνωτής εισόδου Cin και ελάχιστη μαζική τάση:

Ο φαινόμενος χύδην πυκνωτής Cin μπορεί να ενσωματωθεί χρησιμοποιώντας έναν ή μερικούς πυκνωτές παράλληλα, πιθανώς χρησιμοποιώντας έναν επαγωγέα απέναντί ​​τους για την εξάλειψη του θορύβου που παράγεται λόγω της αγωγής διαφορικού τρόπου. Η τιμή αυτού του πυκνωτή αποφασίζει το επίπεδο της ελάχιστης τάσης χύδην.

Εάν μια χαμηλότερη τιμή Cin χρησιμοποιείται για τη μείωση της ελάχιστης τάσης χύδην, ενδέχεται να έχει ως αποτέλεσμα την υπερφόρτωση του πρωτεύοντος πρωτεύοντος ρεύματος υπερφόρτωσης των mosfets μεταγωγής και του μετασχηματιστή.

Αντίθετα, η διατήρηση της τιμής μεγαλύτερης μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα υψηλότερο ρεύμα αιχμής στο mosfet και το trafo, το οποίο επίσης δεν είναι αποδεκτό, επομένως θα πρέπει να επιλεγεί μια λογική τιμή όπως φαίνεται στο διάγραμμα.
Μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:

Εδώ το Vin (min) υποδεικνύει την τιμή RMS της ελάχιστης τάσης εισόδου AC που είναι περίπου 85 V RMS.

fLINE (min) υποδηλώνει τη συχνότητα της παραπάνω τιμής RMS η οποία μπορεί να υποτεθεί ότι είναι 47Hz.

Αναφορικά με την παραπάνω εξίσωση, προκειμένου να επιτευχθεί μια ελάχιστη τιμή τάσης 75V χύδην, σε απόδοση 85%, η τιμή Cin θα πρέπει να είναι περίπου 126uF, στο πρωτότυπό μας 180uF βρέθηκε να είναι μια χαρά.

Υπολογισμός των αναλογιών στροφής Tansformer:

Για να ξεκινήσετε με τον υπολογισμό της στροφής του μετασχηματιστή, πρέπει να βρείτε την πιο ευνοϊκή συχνότητα μεταγωγής.

Αν και το IC UC2842 έχει καθοριστεί για να παράγει μέγιστη συχνότητα 500kHz, λαμβάνοντας υπόψη όλες τις εφικτές και σχετικές με την απόδοση παραμέτρους, αποφασίστηκε να επιλεγεί και να ρυθμιστεί η συσκευή στα 110kHz.

Αυτό επέτρεψε στον σχεδιασμό να είναι αρκετά καλά ισορροπημένος όσον αφορά το μέγεθος του μετασχηματιστή, τη διάσταση του φίλτρου EMI και να διατηρεί τις λειτουργίες εντός των ανεκτών απωλειών.

Ο όρος Nps αναφέρεται στο πρωτεύον του μετασχηματιστή και αυτό μπορεί να προσδιοριστεί ανάλογα με την βαθμολογία του προγράμματος οδήγησης mosfet που χρησιμοποιείται μαζί με την βαθμολογία των δευτερευόντων προδιαγραφών διόδων ανορθωτή.

Για βέλτιστη βαθμολογία mosfet, πρέπει πρώτα να υπολογίσουμε την μέγιστη τάση χύμα με αναφορά στη μέγιστη τιμή τάσης RMS που είναι 265V AC AC στην περίπτωσή μας. Επομένως έχουμε:

Για λόγους απλότητας και οικονομικής απόδοσης, επιλέχθηκε ένα Mosfet IRFB9N65A με βαθμολογία 650V για αυτό το πρωτότυπο κυκλώματος 12V 2 amp smps.

Εάν θεωρήσουμε ότι η μέγιστη τάση τάσης στην αποστράγγιση mosfet είναι περίπου 80% των προδιαγραφών της και λαμβάνοντας το 30% ως επιτρεπόμενη ακίδα τάσης από τη μέγιστη τροφοδοσία μαζικής εισόδου, η προκύπτουσα ανακλώμενη τάση εξόδου μπορεί να αναμένεται να είναι χαμηλότερη από 130V ως εκφράζεται στην ακόλουθη εξίσωση:

Επομένως, για έξοδο 12V, ο μέγιστος λόγος στροφής πρωτογενούς / δευτερεύοντος μετασχηματιστή ή το NPS μπορεί να υπολογιστεί όπως υποδεικνύεται στην ακόλουθη εξίσωση:

Στο σχεδιασμό μας έχει ενσωματωθεί αναλογία στροφής Nps = 10.

Αυτή η περιέλιξη πρέπει να υπολογίζεται με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορεί να παράγει τάση που μπορεί να είναι λίγο υψηλότερη από την ελάχιστη προδιαγραφή Vcc του IC, έτσι ώστε το IC να μπορεί να λειτουργεί υπό βέλτιστες συνθήκες και να διατηρείται η σταθερότητα σε όλο το κύκλωμα.

Το βοηθητικό Npa περιέλιξης μπορεί να υπολογιστεί όπως φαίνεται στον ακόλουθο τύπο:

Η βοηθητική περιέλιξη στον μετασχηματιστή χρησιμοποιείται για πόλωση και παροχή της λειτουργικής τροφοδοσίας στο IC.

Τώρα για τη δίοδο εξόδου, η τάση τάσης σε αυτήν μπορεί να είναι ισοδύναμη με την τάση εξόδου και την ανακλώμενη τροφοδοσία εισόδου, όπως δίνεται παρακάτω:

Προκειμένου να αντιμετωπιστούν οι αιχμές τάσης λόγω φαινομένου «κουδουνίσματος», μια δίοδος Schottky με ονομαστική τάση 60V ή υψηλότερη θεωρήθηκε απαραίτητη και χρησιμοποιήθηκε σε αυτόν τον σχεδιασμό.

Επίσης, για να διατηρήσετε τον παράγοντα αιχμής υψηλής τάσης, αυτό Έχει σχεδιαστεί ο μετατροπέας flyback για να δουλεύετε με συνεχή λειτουργία αγωγιμότητας (CCM).

Υπολογισμός του μέγιστου κύκλου λειτουργίας:

Όπως συζητήθηκε στην παραπάνω παράγραφο, μόλις υπολογίσουμε το NPS του μετασχηματιστή, ο απαιτούμενος μέγιστος κύκλος λειτουργίας Dmax μπορεί να υπολογιστεί μέσω της λειτουργίας μεταφοράς όπως έχει εκχωρηθεί για μετατροπείς που βασίζονται σε CCM, οι λεπτομέρειες μπορούν να παρατηρηθούν παρακάτω:

Επαγωγή μετασχηματιστή και μέγιστο ρεύμα

Στο κύκλωμα 12V 2 amp smps που συζητήσαμε, η επαγωγιμότητα μαγνητισμού Lp προσδιορίστηκε σύμφωνα με τις παραμέτρους CCM. Σε αυτό το παράδειγμα η επαγωγή επιλέχθηκε έτσι ώστε ο μετατροπέας να μπορεί να μπει στη ζώνη εργασίας CCM με φορτίο περίπου 10% και χρησιμοποιώντας την ελάχιστη τάση χύδην προκειμένου να διατηρηθεί η κυματισμός εξόδου στο χαμηλότερο.

Για περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τις διάφορες τεχνικές προδιαγραφές και τους τύπους μπορείτε να μελετήσετε το πρωτότυπο δελτίο δεδομένων εδώ