V tomto príspevku sa komplexne zaoberáme 2 jednoduchými obvodmi SMPS s napätím 12 V a 2 ampéry pomocou IC UC2842. Študujeme návrh spätného chodu 2 ampérov hodnotením rôznych vzorcov, ktoré poskytujú presný výber podrobností pre vinutie transformátora a špecifikácie dielov.

Dizajn # 1: Úvod

Prvý dizajn je založený na univerzálnom IC VIPer53-E.

VIPer53-E je vyrobený s vylepšeným PWM radičom v prúdovom režime, ktorý má v rovnakom balíku vysokonapäťový MDMesh ™ Power MOSFET. VIPer53-E možno nájsť v niekoľkých samostatných balíkoch, DIP8 a PowerSO-10. Doska benchmarku je bezpochyby offline napájací zdroj so širokým rozsahom, ktorý obsahuje VIPer53-E určený na sekundárnu reguláciu pomocou ovládača PWM prostredníctvom opto- spojka. Spínacia frekvencia je 100 kHz a celkový výstupný výkon je 24 W.

Ďalej uvádzame niekoľko hlavných funkcií IC:

• Univerzálny napájací zdroj založený na SMPS
• Ovládanie aktuálneho režimu spolu s možnosťou variabilného obmedzenia
• Účinnosť okolo dobrých 75%
• Výstup je chránený proti skratu a ochrane proti preťaženiu
• Prehriatie je tiež regulované pomocou zabudovanej ochrany proti tepelnému vypnutiu
• Vyhovuje špecifikácii EMI EN55022 triedy B a štandardom Blue Angel.

Schéma zapojenia navrhovaného obvodu 12 V s 2 ampérmi pomocou VIPer53-E je možné vidieť na nasledujúcom obrázku:

VIPer53-E 12V 2 ampérový 24 Wattový obvod SMPS

STIAHNUŤ SI KOMPLETNÝ ZOZNAM DOSOVÝCH DOSIEK A DIELOV

Hlavné prevádzkové podmienky je možné študovať na nasledujúcom obrázku:

Detaily transformátora:

Podrobnosti o vinutí transformátora s feritovým jadrom pre vyššie uvedený obvod SMPS možno analyzovať podľa údajov uvedených na nasledujúcom obrázku:

Viac informácií o VIPer53-E je možné študovať v tomto článku

Dizajn # 2: Úvod

Budúci dizajn je založený na IC UC2842 od spoločnosti Texas Instruments , ktoré je možné použiť aj na výrobu vysoko kvalitného polovodičového veľmi spoľahlivého obvodu SMPS s napätím 12V a s prúdovým výstupom @ 2 A až 4 A.

Kompletnú schému zapojenia tohto návrhu je možné znázorniť na nasledujúcom obrázku:

Pokúsme sa porozumieť funkciám a kritickým bodom niekoľkých hlavných komponentov použitých v tomto obvode SMPS 12V s 2 ampérmi:

Veľkokapacitný kondenzátor vstupu Cin a minimálne hromadné napätie:

Zobrazený objemový kondenzátor Cin môže byť zabudovaný pomocou jedného alebo niekoľkých kondenzátorov paralelne, prípadne použitím induktora cez ne, aby sa eliminoval šum generovaný v dôsledku vedenia v diferenciálnom režime. Hodnota tohto kondenzátora rozhoduje o úrovni minimálneho objemového napätia.

Ak sa na zníženie minimálneho hromadného napätia použije nižšia hodnota Cin, môže to mať za následok zvýšený primárny špičkový prúd preťažujúci spínacie mosfety a tiež transformátor.

“ako funguje stator ”

Naopak, udržiavanie vyššej hodnoty môže viesť k vyššiemu špičkovému prúdu na mosfete a trafu, čo je tiež neprijateľné, preto by sa mala zvoliť primeraná hodnota uvedená v diagrame.
Môžete to urobiť pomocou nasledujúceho vzorca:

Vin (min.) Tu označuje RMS hodnotu minimálneho vstupného napätia striedavého prúdu, ktoré je okolo 85 V RMS.

fLINE (min) označuje frekvenciu vyššie uvedenej RMS hodnoty, o ktorej sa dá predpokladať, že je 47 Hz.

S odkazom na vyššie uvedenú rovnicu, aby sa dosiahla minimálna hodnota 75 V napätia, pri 85% účinnosti, bude musieť byť hodnota Cin okolo 126 uF, v našom prototype sa zistilo, že 180 uF je v poriadku.

Výpočet prevodových pomerov Tansformeru:

Na začiatok výpočtu otočenia transformátora je potrebné zistiť najpriaznivejšiu spínaciu frekvenciu.

Aj keď je špecifikované, že IC UC2842 produkuje maximálnu frekvenciu 500kHz, vzhľadom na všetky možné parametre a parametre súvisiace s účinnosťou sa rozhodlo vybrať a nastaviť zariadenie na približne 110kHz.

To umožnilo, aby bol návrh primerane dobre vyvážený z hľadiska veľkosti transformátora, rozmeru EMI filtra a stále udržiaval prevádzku v rámci prípustných strát.

Pojem Nps sa vzťahuje na primár transformátora, čo možno určiť v závislosti od použitého meniča mosfet spolu s hodnotením špecifikácií diódy sekundárneho usmerňovača.

Pre optimálne hodnotenie MOSFETu musíme najskôr vypočítať špičkové objemové napätie s ohľadom na maximálnu hodnotu napätia RMS, ktorá je v našom prípade 265V na vstupe AC. Preto máme:

Kvôli jednoduchosti a efektívnosti nákladov bol pre tento prototyp obvodu 12V 2 amp smps vybraný mosfet IRFB9N65A s hodnotením 650 V.

Ak považujeme maximálne namáhanie napätia na odtoku mosfetu za zhruba 80% jeho špecifikácií a pri zohľadnení 30% prípustného napäťového skoku z maximálneho hromadného vstupného napájania možno očakávať, že výsledné odrazené výstupné napätie bude nižšie ako 130 V, vyjadrené v tejto rovnici:

Preto pre výstup 12V možno vypočítať maximálny pomer otáčok primárneho / sekundárneho transformátora alebo NPS podľa nasledujúcej rovnice:

V našom dizajne je zakomponovaný pomer otáčok Nps = 10.

Toto vinutie musí byť vypočítané takým spôsobom, aby bolo schopné produkovať napätie, ktoré môže byť o niečo vyššie ako minimálna špecifikácia Vcc IC, aby IC bol schopný pracovať za optimálnych podmienok a aby sa udržala stabilita v celom obvode.

Pomocné vinutie Npa sa dá vypočítať podľa nasledujúceho vzorca:

Pomocné vinutie v transformátore sa používa na predpätie a zabezpečenie prevádzkového napájania integrovaného obvodu.

“čo je stator motora ”

Teraz pre výstupnú diódu môže byť napätie na nej ekvivalentné výstupnému napätiu a odrazenému vstupnému napájaniu, ako je uvedené nižšie:

Na potlačenie napäťových špičiek v dôsledku javu „zvonenia“ sa považovala za nevyhnutnú a v tomto prevedení použitá Schottkyho dióda s blokovacím napätím 60 V alebo vyšším.

Aby sa zabránilo vysokofrekvenčnému prúdovému špicovému faktoru, toto flyback prevodník je navrhnutý pracovať v režime nepretržitého vedenia (CCM).

Výpočet maximálneho pracovného cyklu:

Ako je uvedené v predchádzajúcom odseku, akonáhle vypočítame NPS transformátora, požadovaný maximálny pracovný cyklus Dmax možno vypočítať pomocou prenosovej funkcie pridelenej pre prevodníky založené na CCM, podrobnosti môžu byť uvedené ďalej:

Indukčnosť transformátora a špičkový prúd

V našom diskutovanom obvode 12V 2 amp smps bola magnetická indukčnosť transformátora Lp stanovená podľa parametrov CCM. V tomto príklade bola indukčnosť zvolená tak, aby sa prevodník dokázal dostať do pracovnej zóny CCM so zaťažením okolo 10% a s použitím minimálneho objemového napätia, aby udržal zvlnenie výstupu na najnižšej hodnote.