In diesem Beitrag diskutieren wir ausführlich eine 2 einfache 12V 2 Ampere SMPS-Schaltung unter Verwendung des IC UC2842. Wir untersuchen ein 2-Ampere-Flyback-Design, indem wir verschiedene Formeln bewerten, die die genauen Auswahldetails für die Transformatorwicklung und die Teilespezifikationen liefern.

Design # 1: Einführung

Das erste Design basiert auf dem vielseitigen IC VIPer53-E.

Der VIPer53-E ist mit einem verbesserten PWM-Controller im Strommodus ausgestattet, der einen Hochspannungs-MDMesh ™ -Leistungs-MOSFET im selben Gehäuse enthält. Der VIPer53-E ist in verschiedenen Paketen erhältlich: DIP8 und PowerSO-10. Das Benchmark-Board ist zweifellos ein Offline-Netzteil mit großer Reichweite, zu dem auch der VIPer53-E gehört, der für die Sekundärregelung ausgelegt ist, indem der PWM-Controller über eine Opto- Koppler. Die Schaltfrequenz beträgt 100 kHz und die Gesamtausgangsleistung 24 W.

Nachfolgend sind einige der Hauptmerkmale des IC aufgeführt:

• SMPS-basiertes Allzwecknetzteil
• Stromregelung zusammen mit variabler Begrenzungsmöglichkeit
• Wirkungsgrad um gut 75%
• Der Ausgang ist durch einen Kurzschluss- und Überlastschutz gesichert
• Die Übertemperatur wird auch durch einen eingebauten thermischen Abschaltschutz geregelt
• Entspricht den EMI-Spezifikationen der Klasse B EN55022 und den Standards des Blauen Engels.

Das Schaltbild der vorgeschlagenen 12-V-2-Ampere-Schaltung unter Verwendung von VIPer53-E ist in der folgenden Abbildung zu sehen:

VIPer53-E 12V 2 Ampere 24 Watt SMPS-Schaltung

KOMPLETTE LISTE DER TEILE UND TEILE HERUNTERLADEN

Die wichtigsten Betriebsbedingungen können anhand des folgenden Bildes untersucht werden:

Transformator Details:

Die Wicklungsdetails des Ferritkerntransformators für die obige SMPS-Schaltung könnten gemäß den in der folgenden Abbildung angegebenen Daten analysiert werden:

Weitere Informationen zu VIPer53-E können studiert werden In diesem Artikel

Design # 2: Einführung

Das nächste Design basiert auf dem IC UC2842 von Texas Instruments Dies kann auch zum Aufbau einer hochwertigen, sehr zuverlässigen Festkörper-SMPS-Schaltung mit einer Nennspannung von 12 V und einem Stromausgang von 2 bis 4 Ampere verwendet werden.

Der vollständige Schaltplan dieses Entwurfs kann in der folgenden Abbildung dargestellt werden:

Versuchen wir, die Funktionen und Kritikalitäten einiger der Hauptkomponenten dieser 12-V-2-Ampere-SMPS-Schaltung zu verstehen:

Cin Input Bulk-Kondensator und minimale Bulk-Spannung:

Der gezeigte Volumenkondensator Cin kann unter Verwendung eines einzelnen oder einiger paralleler Kondensatoren eingebaut werden, möglicherweise unter Verwendung eines Induktors über ihnen, um Rauschen zu eliminieren, das aufgrund der Differenzmodenleitung erzeugt wird. Der Wert dieses Kondensators bestimmt den Pegel der minimalen Volumenspannung.

Wenn ein niedrigerer Wert Cin verwendet wird, um die minimale Volumenspannung zu reduzieren, kann dies dazu führen, dass ein erhöhter primärer Spitzenstrom die Schaltmosfets und auch den Transformator überlastet.

“Pick-and-Place-Roboterarm ”

Im Gegenteil, wenn der Wert größer gehalten wird, kann dies zu einem höheren Spitzenstrom auf dem Mosfet und dem Verkehr führen, was ebenfalls nicht akzeptabel ist. Daher sollte ein angemessener Wert gewählt werden, wie im Diagramm angegeben.
Dies kann unter Verwendung der folgenden Formel erfolgen:

Hier gibt Vin (min) den Effektivwert der minimalen AC-Eingangsspannung an, der bei 85 V RMS liegt.

fLINE (min) bezeichnet die Frequenz des obigen Effektivwerts, die als 47 Hz angenommen werden kann.

Unter Bezugnahme auf die obige Gleichung muss der Cin-Wert bei einem Wirkungsgrad von 85% bei einem Wirkungsgrad von 85% bei etwa 126 uF liegen. In unserem Prototyp wurde festgestellt, dass 180 uF in Ordnung sind.

Berechnung der Tansformer-Drehungsverhältnisse:

Zu Beginn der Transformatorumdrehungsberechnung muss die günstigste Schaltfrequenz ermittelt werden.

Obwohl der IC UC2842 für eine maximale Frequenz von 500 kHz spezifiziert ist, wurde unter Berücksichtigung aller möglichen und effizienzbezogenen Parameter beschlossen, das Gerät auszuwählen und auf etwa 110 kHz einzustellen.

Dies ermöglichte es dem Design, hinsichtlich der Transformatorgröße und der EMI-Filterabmessung einigermaßen ausgewogen zu sein und den Betrieb dennoch innerhalb der tolerierbaren Verluste zu halten.

Der Begriff Nps bezieht sich auf die Primärwicklung des Transformators und kann in Abhängigkeit von der Nennleistung des verwendeten Treiber-Mosfets zusammen mit der Nennleistung der Spezifikationen der Sekundärgleichrichterdiode bestimmt werden.

Für eine optimale Mosfet-Bewertung müssen wir zuerst die maximale Volumenspannung unter Bezugnahme auf den maximalen Effektivspannungswert berechnen, der in unserem Fall 265 V Eingangswechselstrom beträgt. Deshalb haben wir:

Aus Gründen der Einfachheit und Kosteneffizienz wurde für diesen 12-V-2-Ampere-SMPS-Schaltungsprototyp ein Mosfet IRFB9N65A mit einer Nennspannung von 650 V ausgewählt.

Wenn wir davon ausgehen, dass die maximale Spannungsbelastung des Mosfet-Drains etwa 80% seiner Spezifikationen beträgt und 30% als zulässige Spannungsspitze von der maximalen Bulk-Eingangsversorgung herangezogen werden, ist zu erwarten, dass die resultierende reflektierte Ausgangsspannung unter 130 V liegt ausgedrückt in der folgenden Gleichung:

Daher kann für einen 12-V-Ausgang das maximale Windungsverhältnis des Primär- / Sekundärtransformators oder der NPS wie in der folgenden Gleichung angegeben berechnet werden:

In unserem Design wurde ein Drehverhältnis von Nps = 10 berücksichtigt.

Diese Wicklung muss so berechnet werden, dass sie eine Spannung erzeugen kann, die etwas höher als die minimale Vcc-Spezifikation des IC sein kann, damit der IC unter optimalen Bedingungen arbeiten kann und die Stabilität im gesamten Stromkreis erhalten bleibt.

Die Hilfswicklung Npa kann wie in der folgenden Formel gezeigt berechnet werden:

Die Hilfswicklung im Transformator dient zum Vorspannen und zur Bereitstellung der Betriebsversorgung für den IC.

“Schaltplan Wechselspannungsteiler ”

Für die Ausgangsdiode kann die Spannungsbelastung an der Ausgangsspannung und der reflektierten Eingangsversorgung äquivalent sein, wie unten angegeben:

Um den Spannungsspitzen aufgrund des 'Klingel' -Phänomens entgegenzuwirken, wurde eine Schottky-Diode mit einer Sperrspannung von 60 V oder höher als notwendig erachtet und in dieser Konstruktion verwendet.

Auch um Hochspannungsstromspitzenfaktor fernzuhalten, ist dies Flyback-Konverter ist ausgelegt mit einem kontinuierlichen Leitungsmodus (CCM) arbeiten.

Berechnung des maximalen Arbeitszyklus:

Wie im obigen Absatz erläutert, kann nach Berechnung des NPS des Transformators das erforderliche maximale Tastverhältnis Dmax über die Übertragungsfunktion berechnet werden, die für CCM-basierte Wandler zugewiesen ist. Die Details können nachstehend aufgeführt werden:

Transformatorinduktivität und Spitzenstrom

In unserer diskutierten 12V 2 Ampere smps Schaltung wurde die Transformatormagnetisierungsinduktivität Lp gemäß den CCM-Parametern bestimmt. In diesem Beispiel wurde die Induktivität so gewählt, dass der Wandler mit etwa 10% Last und unter Verwendung einer minimalen Volumenspannung in die CCM-Arbeitszone gelangen kann, um die Ausgangswelligkeit auf dem niedrigsten Wert zu halten.