Conception de circuit d'alimentation 12V 1A utilisant viper22a

Les circuits d'alimentation à découpage (SMPS) sont le plus souvent nécessaires dans de nombreuses conceptions électroniques pour convertir la tension secteur CA en un niveau approprié de tension CC pour que l'appareil fonctionne. Ce type de convertisseurs AC-DC prend en entrée la tension secteur 230V / 110V AC et la convertit en tension DC de bas niveau en la commutant, d'où le nom d'alimentation à découpage. Nous avons déjà construit quelques circuits SMPS plus tôt comme ce circuit SMPS 5V 2A et circuit SMPS 12V 1A TNY268. Nous avons même construit notre propre transformateur SMPS qui pourrait être utilisé dans nos conceptions SMPS avec le pilote IC. Dans ce projet, nous allons construire un autre circuit SMPS 12V 1A en utilisant le VIPer22A, qui est un circuit intégré de pilote SMPS à faible coût populaire de STMicroelectronics. Ce tutoriel vous guidera à travers le circuit complet et vous expliquera égalementcomment construire votre propre transformateur pour le circuit VIPER. Intéressant, commençons.

Spécifications de conception de l'alimentation VIPer22A

Comme pour le projet SMPS précédent, différents types d'alimentation fonctionnent dans différents environnements et fonctionnent dans une limite d'entrée-sortie spécifique. Ce SMPS a également une spécification. Par conséquent, une analyse appropriée des spécifications doit être effectuée avant de procéder à la conception proprement dite.

Spécification d'entrée: Il s'agira d'un SMPS dans le domaine de conversion CA en CC. Par conséquent, l'entrée sera AC. Dans ce projet, la tension d'entrée est fixe. Il est conforme à la tension nominale européenne. Ainsi, la tension CA d'entrée de ce SMPS sera de 220-240VAC. C'est également la tension nominale standard de l'Inde.

Spécification de sortie: La tension de sortie est sélectionnée comme 12V avec 1A de courant nominal. Ainsi, ce sera une sortie de 12W. Puisque ce SMPS fournira une tension constante quel que soit le courant de charge, il fonctionnera en mode CV (tension constante). De plus, la tension de sortie sera constante et stable à la tension d'entrée la plus basse avec une charge maximale (2A) sur la sortie.

Tension d'ondulation de sortie: Il est fortement souhaitable qu'une bonne alimentation ait une tension d'ondulation inférieure à 30 mV pk-pk. La tension d'ondulation ciblée est la même pour ce SMPS, moins de 30 mV d'ondulation pk-pk. Cependant, l'ondulation de sortie SMPS dépend fortement de la construction SMPS, du PCB et du type de condensateur utilisés. Nous avons utilisé un condensateur ESR faible de 105 degrés de Wurth Electronics et l'ondulation de sortie attendue semble inférieure.

Circuits de protection: Il existe différents circuits de protection qui peuvent être utilisés dans un SMPS pour un fonctionnement sûr et fiable. Le circuit de protection protège le SMPS ainsi que la charge associée. Selon le type, le circuit de protection peut être connecté à l'entrée ou à la sortie. Pour ce SMPS, la protection contre les surtensions d'entrée sera utilisée avec une tension d'entrée de fonctionnement maximale de 275VAC. En outre, pour traiter les problèmes EMI, un filtre de mode commun sera utilisé pour masquer l'EMI généré. Du côté de la sortie, nous inclurons les courts-circuits, protection contre les surtensions et protection contre les surintensités.

Sélection du pilote IC SMPS

Chaque circuit SMPS nécessite un IC de gestion de l'alimentation également appelé IC de commutation ou IC SMPS ou IC plus sec. Résumons les considérations de conception pour sélectionner le CI de gestion de l'alimentation idéal qui conviendra à notre conception. Nos exigences de conception sont

1. Sortie 12W. 12V 1A à pleine charge.
2. Valeur d'entrée standard européenne. 85-265VAC à 50Hz
3. Protection contre les surtensions d'entrée. Tension d'entrée maximale 275VAC.
4. Protection contre les courts-circuits, les surtensions et les surintensités de sortie.
5. Opérations à tension constante.

Parmi les exigences ci-dessus, vous pouvez sélectionner une large gamme de circuits intégrés, mais pour ce projet, nous avons sélectionné le pilote d'alimentation VIPer22A de STMicroelectronics. Il s'agit d'un circuit intégré de pilote d'alimentation à très faible coût de STMicroelectronics.

Dans l'image ci-dessus, la puissance nominale typique du VIPer22A IC est affichée. Cependant, il n'y a pas de section spécifiée pour les spécifications de sortie de puissance de type cadre ouvert ou adaptateur. Nous fabriquerons le SMPS dans un cadre ouvert et pour la notation d'entrée européenne. Dans un tel segment, VIPer22A pourrait fournir une sortie de 20 W. Nous allons l'utiliser pour une sortie 12W. Le brochage du VIPer22A IC est indiqué dans l'image ci-dessous.

Conception d'un circuit d'alimentation VIPer22A

La meilleure façon de construire le circuit est d'utiliser le logiciel Power Supply Design. Vous pouvez télécharger la version 2.24 du logiciel VIPer Design pour utiliser VIPer22A, la dernière version de ce logiciel ne prend plus en charge VIPer22A. C'est un excellent logiciel de conception d'alimentation de STMicroelectronics. En fournissant les informations sur les exigences de conception, le schéma complet du circuit d'alimentation peut être généré. Le circuit VIPer22A pour ce projet généré par le logiciel est illustré ci-dessous

Avant de commencer directement à construire la pièce prototype, explorons le fonctionnement des circuits. Le circuit comprend les sections suivantes -

1. Protection contre les surtensions d'entrée et les défauts SMPS
2. Filtre d'entrée
3. Conversion AC-DC
4. Circuit de pilote ou circuit de commutation
5. Circuit de serrage.
6. Isolation magnétique et galvanique.
7. Filtre EMI
8. Redresseur secondaire
9. Section Filtre
10. Section de rétroaction.

Protection contre les surtensions d'entrée et les défauts SMPS.

Cette section se compose de deux composants, F1 et RV1. F1 est un fusible à fusion lente 1A 250VAC et RV1 est un MOV (varistance à oxyde métallique) de 7 mm 275V. Pendant une surtension (plus de 275VAC), le MOV est devenu un court-circuit et fait sauter le fusible d'entrée. Cependant, en raison de la fonction de fusion lente, le fusible résiste au courant d'appel à travers le SMPS.

Filtre d'entrée

Le condensateur C3 est un condensateur de filtre de ligne 250VAC. Il s'agit d'un condensateur de type X similaire à celui que nous avons utilisé dans notre conception de circuit d'alimentation sans transformateur.

Conversion AC-DC.

La conversion AC DC est effectuée à l'aide d'une diode de redressement à pont complet DB107. Il s'agit d'une diode de redressement nominale 1000V 1A. Le filtrage se fait à l'aide du condensateur 22uF 400V. Cependant, lors de ce prototype, nous avons utilisé une très grande valeur de condensateur. Au lieu de 22uF, nous avons utilisé un condensateur de 82uF en raison de la disponibilité du condensateur. Un tel condensateur de grande valeur n'est pas nécessaire pour le fonctionnement du circuit. 22uF 400V est suffisant pour une puissance de sortie de 12W.

Circuit de pilote ou circuit de commutation.

VIPer22A nécessite l'alimentation de l'enroulement de polarisation du transformateur. Après avoir obtenu la tension de polarisation, VIPer commence à commuter entre le transformateur à l'aide d' un mosfet haute tension intégré. D3 est utilisé pour convertir la sortie de polarisation AC en DC et la résistance R1, 10 Ohm est utilisée pour contrôler le courant d'appel. Le condensateur de filtre est un 4,7uF 50V pour lisser l'ondulation CC.

Circuit de serrage

Le transformateur agit comme une énorme inductance à travers le pilote d'alimentation IC VIPer22. Par conséquent, pendant le cycle d'arrêt, le transformateur crée des pics de tension élevés en raison de l'inductance de fuite du transformateur. Ces pointes de tension à haute fréquence sont nuisibles au circuit intégré du pilote d'alimentation et peuvent provoquer une défaillance du circuit de commutation. Ainsi, cela doit être supprimé par la pince de diode à travers le transformateur. D1 et D2 sont utilisés pour le circuit de serrage. D1 est la diode TVS et D2 est une diode de récupération ultra-rapide. D1 est utilisé pour bloquer la tension tandis que D2 est utilisé comme diode de blocage. Conformément à la conception, la tension de serrage ciblée (VCLAMP) est de 200 V. Par conséquent, P6KE200A est sélectionné et pour les problèmes liés au blocage ultra-rapide, UF4007 est sélectionné comme D2.

Isolation magnétique et galvanique.

Le transformateur est un transformateur ferromagnétique et il convertit non seulement le courant alternatif haute tension en courant alternatif basse tension, mais il fournit également une isolation galvanique. Il a trois ordres d'enroulement. Enroulement primaire, auxiliaire ou de polarisation et l'enroulement secondaire.

Filtre EMI.

Le filtrage EMI est effectué par le condensateur C4. Il augmente l'immunité du circuit pour réduire les interférences EMI élevées. Il s'agit d'un condensateur de classe Y avec une tension nominale de 2 kV.

Redresseur secondaire et circuit d'amortissement.

La sortie du transformateur est redressée et convertie en courant continu à l'aide de D6, une diode de redressement Schottky. Comme le courant de sortie est de 2A, une diode 3A 60V est sélectionnée à cet effet. SB360 est une diode Schottky 3A 60V.

Section de filtre.

C6 est le condensateur de filtrage. Il s'agit d'un condensateur à faible ESR pour un meilleur rejet des ondulations. En outre, un post-filtre LC est utilisé où L2 et C7 fournissent un meilleur rejet d'ondulation à travers la sortie.

Section de rétroaction.

La tension de sortie est détectée par les U3 TL431 et R6 et R7. Après avoir détecté la ligne U2, l'optocoupleur est commandé et isole galvaniquement la partie de détection de rétroaction secondaire avec le contrôleur côté primaire. Le PC817 est un optocoupleur. Il a deux côtés, un transistor et une LED à l'intérieur. En contrôlant la LED, le transistor est contrôlé. Comme la communication se fait par voie optique, elle n'a pas de connexion électrique directe, satisfaisant donc également l'isolation galvanique sur le circuit de retour.

Maintenant, comme la LED contrôle directement le transistor, en fournissant une polarisation suffisante à travers la LED de l'optocoupleur, on peut contrôler le transistor optocoupleur, plus spécifiquement le circuit de pilotage. Ce système de contrôle est utilisé par le TL431. Un régulateur shunt. Comme le régulateur shunt a un diviseur de résistance sur sa broche de référence, il peut contrôler la led de l'optocoupleur qui est connectée à travers elle. La broche de rétroaction a une tension de référence de 2,5 V. Par conséquent, le TL431 ne peut être actif que si la tension aux bornes du diviseur est suffisante. Dans notre cas, le diviseur de tension est réglé sur une valeur de 5V. Par conséquent, lorsque la sortie atteint 5V, le TL431 obtient 2,5V à travers la broche de référence et active ainsi la LED de l'optocoupleur qui contrôle le transistor de l'optocoupleur et contrôle indirectement le TNY268PN. Si la tension n'est pas suffisante aux bornes de la sortie, le cycle de commutation est immédiatement suspendu.

Tout d'abord, le TNY268PN active le premier cycle de commutation puis détecte sa broche EN. Si tout va bien, il continuera la commutation, sinon, il réessaiera après un certain temps. Cette boucle se poursuit jusqu'à ce que tout redevienne normal, évitant ainsi les problèmes de court-circuit ou de surtension. C'est pourquoi elle est appelée topologie flyback, car la tension de sortie est renvoyée au pilote pour détecter les opérations associées. En outre, la boucle d'essai est appelée un mode de fonctionnement de hoquet en cas d'échec.

Construction du transformateur de commutation pour le circuit VIPER22ASMPS

Voyons le diagramme de construction du transformateur généré. Ce diagramme est obtenu à partir du logiciel de conception d'alimentation dont nous avons parlé précédemment.

Le Core est E25 / 13/7 avec un entrefer de 0,36 mm. L'inductance primaire est de 1mH. Pour la construction de ce transformateur, les éléments suivants sont nécessaires. Si vous êtes nouveau dans la construction de transformateurs, veuillez lire l'article sur la façon de construire votre propre transformateur SMPS.

1. Bande de polyester
2. Les paires de noyaux E25 / 13/7 avec un entrefer de 0,36 mm.
3. Fil de cuivre 30 AWG
4. Fil de cuivre 43 AWG (nous avons utilisé 36 AWG en raison de l'indisponibilité)
5. 23 AWG (nous avons également utilisé 36 AWG pour celui-ci)
6. Canette horizontale ou verticale (nous avons utilisé la canette horizontale)
7. Un stylo pour tenir la canette pendant le bobinage.

Étape 1: Tenez le noyau à l'aide d'un stylo, démarrez le fil de cuivre 30 AWG à partir de la broche 3 de la canette et continuez 133 tours dans le sens des aiguilles d'une montre jusqu'à la broche 1. Appliquez 3 couches de ruban polyester.

Étape 2: Démarrez l'enroulement de polarisation en utilisant du fil de cuivre 43 AWG de la broche 4 et continuez jusqu'aux 31 tours et terminez l'enroulement à la broche 5. Appliquez 3 couches de ruban de polyester.

Démarrez l'enroulement de polarisation en utilisant un fil de cuivre 43 AWG à partir de la broche 4 et continuez jusqu'aux 31 tours et terminez l'enroulement à la broche 5. Appliquez 3 couches de ruban polyester.

Étape 3: Démarrez l'enroulement secondaire à partir de la broche 10 et continuez l'enroulement dans le sens des aiguilles d'une montre de 21 tours. Appliquez 4 couches de ruban polyester.

Étape 4: Fixez le noyau espacé avec le ruban adhésif côte à côte. Cela réduira les vibrations pendant le transfert de flux à haute densité.

Une fois la construction terminée, le transformateur est testé avec un compteur LCR pour mesurer la valeur d'inductance des bobines. Le compteur affiche 913 mH, ce qui est proche de l'inductance primaire de 1 mH.

Construction du circuit SMPS VIPer22A:

Une fois la valeur nominale du transformateur vérifiée, nous pouvons procéder à la soudure de tous les composants sur une carte Vero comme indiqué dans le schéma de circuit. Ma carte une fois le travail de soudure terminé ressemblait à ceci ci-dessous

Test du circuit VIPer22A pour 12V 1A SMPS:

Pour tester le circuit, j'ai connecté le côté entrée à l'alimentation secteur via un VARIAC pour contrôler la tension d'alimentation CA d'entrée. Dans l'image ci-dessous, la tension de sortie à 225VAC est affichée.

Comme vous pouvez le voir sur le côté sortie, nous obtenons 12.12V, ce qui est proche de la tension de sortie 12V souhaitée. Le travail complet est montré dans la vidéo ci- jointe au bas de cette page. J'espère que vous avez compris le tutoriel et appris à construire vos propres circuits SMPS avec un transformateur fait main. Si vous avez des questions, laissez-les dans la section commentaires ci-dessous.