تصميم دائرة إمداد الطاقة 12 فولت 1 أ باستخدام viper22a

غالبًا ما تكون دارات إمداد الطاقة ذات الوضع المحول (SMPS) مطلوبة في العديد من التصميمات الإلكترونية لتحويل جهد التيار المتردد الرئيسي إلى مستوى مناسب من جهد التيار المستمر لتشغيل الجهاز. يأخذ هذا النوع من محولات التيار المتردد AC-DC جهد التيار المتردد 230 فولت / 110 فولت كمدخل ويحوله إلى جهد تيار مستمر منخفض المستوى عن طريق تبديله ، ومن هنا جاء اسم مصدر طاقة وضع التبديل. لقد قمنا بالفعل ببناء عدد قليل من دوائر SMPS في وقت سابق مثل دائرة 5V 2A SMPS ودائرة 12V 1A TNY268 SMPS. لقد قمنا حتى ببناء محول SMPS الخاص بنا والذي يمكن استخدامه في تصميمات SMPS جنبًا إلى جنب مع برنامج التشغيل IC. في هذا المشروع ، سنقوم ببناء دائرة أخرى 12 فولت 1 أمبير SMPS باستخدام VIPer22A ، وهو برنامج تشغيل SMPS ذو تكلفة منخفضة IC من STMicroelectronics. سيأخذك هذا البرنامج التعليمي خلال الدائرة الكاملة وسيشرح أيضًاكيفية بناء المحول الخاص بك لدائرة فايبر. مثيرة للاهتمام حق دعنا نبدأ.

مواصفات تصميم مصدر الطاقة VIPer22A

تمامًا مثل المشروع السابق القائم على SMPS ، تعمل أنواع مختلفة من إمدادات الطاقة في بيئات مختلفة وتعمل في حدود إدخال ومخرجات محددة. هذا SMPS له أيضًا مواصفات. لذلك ، يجب إجراء تحليل مناسب للمواصفات قبل متابعة التصميم الفعلي.

مواصفات الإدخال: سيكون هذا SMPS في مجال تحويل AC إلى DC. لذلك ، سيكون الإدخال AC. في هذا المشروع ، تم إصلاح جهد الدخل. إنه حسب تصنيف الجهد القياسي الأوروبي. لذا ، فإن جهد التيار المتردد للإدخال من SMPS سيكون 220-240VAC. إنه أيضًا تصنيف الجهد القياسي للهند.

مواصفات الإخراج: يتم تحديد جهد الخرج على أنه 12V مع 1A من التصنيف الحالي. وبالتالي ، سيكون خرج 12 واط. نظرًا لأن SMPS هذا سيوفر جهدًا ثابتًا بغض النظر عن تيار الحمل ، فإنه سيعمل في وضع CV (ثابت الجهد). أيضًا ، سيكون جهد الخرج ثابتًا وثابتًا عند أدنى جهد دخل مع أقصى حمل (2A) عبر الخرج.

جهد تموج الإخراج: من المرغوب فيه بشدة أن يكون لمصدر الطاقة الجيد جهد تموج أقل من 30mV pk-pk. جهد التموج المستهدف هو نفسه بالنسبة لهذا SMPS ، أقل من 30mV pk-pk ripple. ومع ذلك ، فإن تموج خرج SMPS يعتمد بشكل كبير على بناء SMPS ، ويستخدم ثنائي الفينيل متعدد الكلور ونوع المكثف. استخدمنا مكثف ESR منخفضًا بتصنيف 105 درجة من Wurth Electronics ويبدو أن تموج الإخراج المتوقع أدناه.

دوائر الحماية: هناك العديد من دوائر الحماية التي يمكن استخدامها في SMPS من أجل تشغيل آمن وموثوق. دائرة الحماية تحمي SMPS بالإضافة إلى الحمل المرتبط بها. اعتمادًا على النوع ، يمكن توصيل دائرة الحماية عبر الإدخال أو عبر الإخراج. بالنسبة إلى SMPS هذا ، سيتم استخدام الحماية من زيادة المدخلات مع جهد إدخال تشغيل أقصى يبلغ 275VAC. أيضًا ، للتعامل مع مشكلات EMI ، سيتم استخدام مرشح الوضع الشائع لإلغاء EMI الذي تم إنشاؤه. على الجانب الناتج نحن سوف تشمل حماية ماس كهربائى ، حماية الإفراط في الجهد ، و حماية الإفراط في الحالية.

اختيار SMPS Driver IC

تتطلب كل دائرة SMPS دائرة IC لإدارة الطاقة تُعرف أيضًا باسم التبديل IC أو SMPS IC أو Drier IC. دعنا نلخص اعتبارات التصميم لتحديد IC المثالي لإدارة الطاقة الذي سيكون مناسبًا لتصميمنا. متطلبات التصميم لدينا هي

1. خرج 12 واط. 12V 1A عند التحميل الكامل.
2. تصنيف المدخلات الأوروبية القياسية. 85-265VAC عند 50 هرتز
3. حماية زيادة المدخلات. أقصى جهد دخل 275VAC.
4. إخراج ماس كهربائى ، حماية من الجهد الزائد والتيار الزائد.
5. عمليات الجهد المستمر.

من المتطلبات المذكورة أعلاه ، هناك مجموعة واسعة من الدوائر المتكاملة للاختيار من بينها ، ولكن بالنسبة لهذا المشروع ، اخترنا محرك الطاقة VIPer22A من STMicroelectronics. إنه محرك IC ذو تكلفة منخفضة للغاية من شركة STMicroelectronics.

في الصورة أعلاه ، يظهر تصنيف الطاقة النموذجي لـ VIPer22A IC. ومع ذلك ، لا يوجد قسم محدد لمواصفات خرج الطاقة من نوع المحول أو الإطار المفتوح. سنجعل SMPS في إطار مفتوح ولتقييم المدخلات الأوروبية. في مثل هذا المقطع يمكن أن يوفر VIPer22A خرج 20 واط. سنستخدمه لإخراج 12 واط. و pinout VIPer22A IC يرد في الصورة أدناه.

تصميم دائرة إمداد الطاقة VIPer22AP

أفضل طريقة لبناء الدائرة هي باستخدام برنامج Power Supply Design. يمكنك تنزيل الإصدار 2.24 من برنامج VIPer Design Software لاستخدام VIPer22A ، ولم يعد الإصدار الأخير من هذا البرنامج يدعم VIPer22A. إنه برنامج تصميم مصدر طاقة ممتاز من STMicroelectronics. من خلال توفير معلومات متطلبات التصميم ، يمكن إنشاء مخطط دائرة إمداد الطاقة الكامل. يتم عرض دائرة VIPer22A لهذا المشروع التي تم إنشاؤها بواسطة البرنامج أدناه

قبل الشروع مباشرة في بناء جزء النموذج الأولي ، دعنا نستكشف عملية الدوائر. الدائرة بها الأقسام التالية -

1. زيادة المدخلات وحماية خطأ SMPS
2. مرشح المدخلات
3. تحويل AC-DC
4. دارة السائق أو دارة التبديل
5. دائرة المشبك.
6. المغناطيسية والعزل الجلفاني.
7. مرشح EMI
8. المعدل الثانوي
9. قسم التصفية
10. قسم الملاحظات.

زيادة المدخلات وحماية خطأ SMPS.

يتكون هذا القسم من مكونين ، F1 و RV1. F1 عبارة عن فتيل بطيء 1A 250VAC و RV1 هو 7 مم 275 فولت MOV (متغير أكسيد معدني). أثناء زيادة الجهد العالي (أكثر من 275 فولت تيار متردد) ، أصبحت MOV قصيرة جدًا وتفجر فتيل الإدخال. ومع ذلك ، نظرًا لخاصية النفخ البطيء ، فإن المصهر يقاوم تدفق التيار عبر SMPS.

مرشح المدخلات

المكثف C3 عبارة عن مكثف مرشح لخط 250VAC. إنه مكثف من النوع X مشابه للمكثف الذي استخدمناه في تصميم دائرة إمداد الطاقة للمحولات.

تحويل AC-DC.

يتم إجراء تحويل التيار المتردد DC باستخدام ثنائي مقوم الجسر الكامل DB107. وهو عبارة عن ديود معدل 1000V 1A. تتم عملية التصفية باستخدام مكثف 22 فائق التوهج 400 فولت. ومع ذلك ، خلال هذا النموذج الأولي ، استخدمنا قيمة كبيرة جدًا للمكثف. بدلاً من 22 فائق التوهج ، استخدمنا مكثف 82 فائق التوهج بسبب توفر المكثف. هذا المكثف ذو القيمة العالية غير مطلوب لتشغيل الدائرة. 22 فائق التوهج 400 فولت كافٍ لتصنيف الإخراج 12 وات.

دارة السائق أو تبديل الدائرة.

يتطلب VIPer22A الطاقة من الملف المتحيز للمحول. بعد الحصول على جهد التحيز ، يبدأ VIPer في التبديل عبر المحول باستخدام mosfet مدمج عالي الجهد. يستخدم D3 لتحويل ناتج تحيز التيار المتردد إلى تيار مستمر ويستخدم المقاوم R1 ، 10 أوم للتحكم في تيار التدفق. مكثف المرشح هو 4.7 فائق التوهج 50 فولت لتنعيم تموج التيار المستمر.

دائرة المشبك

يعمل المحول محثًا ضخمًا عبر محرك الطاقة IC VIPer22. لذلك ، أثناء دورة إيقاف التشغيل ، يقوم المحول بإنشاء ارتفاعات عالية الجهد بسبب تحريض التسرب للمحول. هذه المسامير في الجهد عالية التردد تضر بمحرك الطاقة IC ويمكن أن تسبب فشل دائرة التبديل. وبالتالي ، يجب قمع هذا بواسطة مشبك الصمام الثنائي عبر المحول. يتم استخدام D1 و D2 لدائرة المشبك. D1 هو الصمام الثنائي TVS و D2 هو الصمام الثنائي للاسترداد فائق السرعة. يستخدم D1 لتثبيط الجهد بينما يستخدم D2 كصمام ثنائي مسدود. حسب التصميم ، جهد التثبيت المستهدف (VCLAMP) هو 200 فولت. لذلك ، P6KE200A بالنسبة للمشكلات ذات الصلة بالحظر فائق السرعة ، يتم تحديد UF4007 باعتباره D2.

المغناطيسية والعزل الجلفاني.

المحول هو محول مغناطيسي حديدي ولا يقوم فقط بتحويل التيار المتردد عالي الجهد إلى تيار متردد منخفض الجهد ولكنه يوفر أيضًا عزلًا كلفانيًا. لديها ثلاثة أوامر متعرجة. الملف الابتدائي ، المساعد أو التحيز والملف الثانوي.

مرشح EMI.

يتم تصفية EMI بواسطة مكثف C4. يزيد من مناعة الدائرة لتقليل تداخل EMI العالي. إنه مكثف من الفئة Y بمعدل جهد 2 كيلو فولت.

المعدل الثانوي ودائرة التنفس.

يتم تصحيح الإخراج من المحول وتحويله إلى تيار مستمر باستخدام D6 ، وهو صمام ثنائي مقوم شوتكي. نظرًا لأن تيار الإخراج هو 2A ، يتم تحديد الصمام الثنائي 3A 60V لهذا الغرض. SB360 هو 3A 60V مصنف شوتكي ديود.

قسم التصفية.

C6 هو مكثف المرشح. إنه مكثف منخفض ESR لرفض تموج أفضل. أيضًا ، يتم استخدام مرشح لاحق LC حيث يوفر L2 و C7 رفضًا أفضل للتموج عبر الإخراج.

قسم الملاحظات.

يتم استشعار جهد الخرج بواسطة U3 TL431 و R6 و R7. بعد استشعار الخط ، U2 ، يتم التحكم في Optocoupler وعزل الجزء الثانوي لاستشعار التغذية المرتدة مع وحدة التحكم الجانبية الأساسية. و PC817 هو Optocoupler. لها وجهان ، ترانزستور و LED بداخلها. عن طريق التحكم في الصمام ، يتم التحكم في الترانزستور. نظرًا لأن الاتصال يتم بصريًا ، فلا يوجد اتصال كهربائي مباشر ، وبالتالي يرضي العزلة الجلفانية على دائرة التغذية المرتدة أيضًا.

الآن ، نظرًا لأن LED يتحكم مباشرة في الترانزستور ، من خلال توفير انحياز كافٍ عبر Optocoupler LED ، يمكن للمرء التحكم في ترانزستور Optocoupler ، وبشكل أكثر تحديدًا دائرة السائق. يتم استخدام نظام التحكم هذا بواسطة TL431. منظم تحويلة. نظرًا لأن منظم التحويل يحتوي على مقسم مقاوم عبر الدبوس المرجعي ، فيمكنه التحكم في Optocoupler LED المتصل عبره. دبوس التغذية الراجعة له جهد مرجعي 2.5 فولت. لذلك ، يمكن أن يكون TL431 نشطًا فقط إذا كان الجهد الكهربي عبر الحاجز كافياً. في حالتنا ، تم ضبط مقسم الجهد على قيمة 5V. لذلك ، عندما يصل الخرج إلى 5 فولت ، يحصل TL431 على 2.5 فولت عبر الدبوس المرجعي ، وبالتالي ينشط مصباح Optocoupler الذي يتحكم في ترانزستور Optocoupler ويتحكم بشكل غير مباشر في TNY268PN. إذا كان الجهد غير كافٍ عبر الإخراج ، يتم تعليق دورة التبديل على الفور.

أولاً ، ينشط TNY268PN الدورة الأولى من التبديل ثم يستشعر دبوس EN الخاص به. إذا كان كل شيء على ما يرام ، فسيستمر في التبديل ، وإذا لم يكن كذلك ، فسيحاول مرة أخرى بعد فترة. تستمر هذه الحلقة حتى يصبح كل شيء طبيعيًا ، مما يمنع حدوث ماس كهربائي أو مشاكل الجهد الزائد. هذا هو السبب في تسميته طوبولوجيا flyback ، حيث يتم إعادة جهد الخرج إلى السائق لاستشعار العمليات ذات الصلة. أيضًا ، تسمى حلقة المحاولة بوضع الفواق للتشغيل في حالة الفشل.

بناء محول التحويل لدائرة VIPER22ASMPS

دعنا نرى مخطط إنشاء المحولات التي تم إنشاؤها. تم الحصول على هذا الرسم التخطيطي من برنامج تصميم مزود الطاقة الذي ناقشناه سابقًا.

النواة E25 / 13/7 مع فجوة هوائية 0.36 مم. الحث الأساسي هو 1mH. لبناء هذا المحول ، هناك حاجة إلى الأشياء التالية. إذا كنت جديدًا في بناء المحولات ، فيرجى قراءة المقالة حول كيفية بناء محول SMPS الخاص بك.

1. شريط بوليستر
2. E25 / 13/7 أزواج أساسية مع فجوة هوائية 0.36 مم.
3. 30 AWG الأسلاك النحاسية
4. 43 سلك نحاسي AWG (استخدمنا 36 AWG بسبب عدم توفرها)
5. 23 AWG (استخدمنا 36 AWG أيضًا لهذا واحد)
6. بكرة أفقية أو عمودية (استخدمنا بكرة أفقية)
7. قلم لتثبيت المكوك أثناء اللف.

الخطوة 1: أمسك القلب باستخدام قلم ، وابدأ 30 سلكًا نحاسيًا AWG من السن 3 من البكرة واستمر 133 لفة في اتجاه عقارب الساعة إلى الدبوس 1. ضع 3 طبقات من شريط البوليستر.

الخطوة 2: ابدأ لف لف التحيز باستخدام سلك نحاسي 43 AWG من السن 4 واستمر حتى ال 31 لفة وانتهي الملف عند السن 5. ضع 3 طبقات من شريط البوليستر.

ابدأ ملف التحيز باستخدام سلك نحاسي 43 AWG من السن 4 واستمر حتى ال 31 لفة وقم بإنهاء اللف عند السن 5. ضع 3 طبقات من شريط البوليستر.

الخطوة 3: ابدأ اللف الثانوي من السن 10 واستمر في اللف في اتجاه عقارب الساعة بمقدار 21 لفة. ضع 4 طبقات من شريط البوليستر.

الخطوة 4: قم بتأمين القلب المسدود مع التفاف الشريط اللاصق جنبًا إلى جنب. سيؤدي ذلك إلى تقليل الاهتزاز أثناء نقل التدفق عالي الكثافة.

بمجرد الانتهاء من البناء ، يتم اختبار المحول باستخدام مقياس LCR لقياس قيمة المحاثة للملفات. يُظهر المقياس 913 mH وهو قريب من الحث الأساسي 1mH.

بناء دائرة VIPer22A SMPS:

مع التحقق من تصنيف المحولات ، يمكننا المضي قدمًا في لحام جميع المكونات الموجودة على لوحة Vero كما هو موضح في مخطط الدائرة. بدا لوحتي بمجرد الانتهاء من مهمة اللحام كما يلي

اختبار دائرة VIPer22A لـ 12V 1A SMPS:

لاختبار الدائرة ، قمت بتوصيل جانب الإدخال بمصدر الطاقة الرئيسي من خلال VARIAC للتحكم في جهد التيار المتردد للإدخال. في الصورة أدناه ، يظهر جهد الخرج عند 225VAC.

كما ترى على جانب الخرج ، نحصل على 12.12 فولت وهو قريب من جهد الخرج المطلوب 12 فولت. يتم عرض العمل الكامل في الفيديو المرفق أسفل هذه الصفحة. آمل أن تكون قد فهمت البرنامج التعليمي وتعلمت كيفية بناء دوائر SMPS الخاصة بك باستخدام محول مصنوع يدويًا. إذا كان لديك أي أسئلة ، فاتركها في قسم التعليقات أدناه.