2 Compact 12V 2 Amp SMPS-circuit voor LED-driver

In dit bericht bespreken we uitgebreid een 2 eenvoudig 12V 2 amp SMPS-circuit met behulp van de IC UC2842. We bestuderen een flyback-ontwerp van 2 ampère door verschillende formules te evalueren, die de exacte selectiedetails voor de transformatorwikkeling en de onderdelenspecificaties opleveren.

Ontwerp # 1: introductie

Het eerste ontwerp is gebaseerd op de veelzijdige IC VIPer53-E.

De VIPer53-E is gebouwd met een verbeterde stroommodus PWM-controller die een hoogspanning MDMesh ™ Power MOSFET heeft in hetzelfde pakket. De VIPer53-E is te vinden in een aantal verschillende pakketten, DIP8 en PowerSO-10. koppeling. De schakelfrequentie is 100 kHz en het totale uitgangsvermogen is 24 W.

Hieronder staan ​​enkele van de belangrijkste kenmerken van de IC:

• SMPS-gebaseerde voeding voor algemene doeleinden
• Huidige modusregeling samen met variabele begrenzing
• Rendement rond een goede 75%
• De uitgang is beveiligd met een kortsluit- en overbelastingsbeveiliging
• Overtemperatuur wordt ook gecontroleerd door middel van een ingebouwde thermische uitschakelbeveiliging
• Voldoet aan EN55022 Klasse B EMI-specificatie en Blue Angel-normen.

Het schakelschema van het voorgestelde 12 V 2 ampère circuit met VIPer53-E kan worden gezien in de onderstaande afbeelding:

DOWNLOAD COMPLETE PCB EN ONDERDELENLIJST

De belangrijkste bedrijfsomstandigheden kunnen worden bestudeerd aan de hand van de volgende afbeelding:

Transformator Details:

De details van de ferrietkerntransformatorwikkeling voor het bovenstaande SMPS-circuit kunnen worden geanalyseerd volgens de gegevens in de volgende afbeelding:

Meer informatie over VIPer53-E kan worden bestudeerd in dit artikel

Ontwerp # 2: introductie

Het volgende ontwerp is gebaseerd op de IC UC2842 van Texas Instruments , die ook kan worden gebruikt voor het bouwen van een hoogwaardig, solid-state, zeer betrouwbaar SMPS-circuit van 12V, en met een stroomuitgang van 2 amp tot 4 ampère.

Het volledige schakelschema van dit ontwerp kan worden weergegeven in de volgende afbeelding:

Laten we proberen de functies en kritieken te begrijpen van enkele van de belangrijkste componenten die worden gebruikt in dit 12 V 2 A SMPS-circuit:

Cin Input Bulk-condensator en minimale bulkspanning:

De getoonde bulkcondensator Cin kan worden opgenomen met behulp van een enkele of enkele parallel geschakelde condensatoren, mogelijk door een inductor erover te gebruiken om ruis te elimineren die wordt gegenereerd door differentiële modusgeleiding. De waarde van deze condensator bepaalt het niveau van de minimale bulkspanning.

Als een lagere waarde Cin wordt gebruikt om de minimale bulkspanning te verlagen, kan dit resulteren in een verhoogde primaire piekstroom die de schakelende mosfets en ook de transformator overbelast.

Integendeel, als de waarde groter wordt gehouden, kan dit resulteren in een hogere piekstroom op de mosfet en de trafo, wat ook niet acceptabel is, daarom moet een redelijke waarde worden gekozen zoals aangegeven in het diagram.
Het kan worden gedaan door de volgende formule te gebruiken:

Hier geeft Vin (min) de RMS-waarde aan van de minimale AC-ingangsspanning die ongeveer 85 V RMS is.

fLINE (min) geeft de frequentie aan van de bovenstaande RMS-waarde waarvan aangenomen kan worden dat deze 47Hz is.

Met verwijzing naar de bovenstaande vergelijking, om een ​​minimum van 75V bulkspanningswaarde te bereiken, bij 85% efficiëntie, moet de Cin-waarde rond de 126uF zijn, in ons prototype bleek 180uF prima te zijn.

Berekenen van de Tansformer-draaiverhoudingen:

Om te beginnen met de berekening van de transformatoromwenteling, moet de meest gunstige schakelfrequentie worden gevonden.

Hoewel de IC UC2842 is gespecificeerd om een ​​maximale frequentie van 500 kHz te produceren, werd er, rekening houdend met alle haalbare en efficiëntiegerelateerde parameters, besloten om het apparaat te selecteren en in te stellen op ongeveer 110 kHz.

Hierdoor kon het ontwerp redelijk goed uitgebalanceerd zijn in termen van de grootte van de transformator, de EMI-filterafmeting en toch de operaties binnen de toelaatbare verliezen houden.

De term Nps verwijst naar de primaire van de transformator en dit kan worden bepaald afhankelijk van de classificatie van de gebruikte driver-mosfet samen met de classificatie van de specificaties van de secundaire gelijkrichterdiode.

Voor een optimale mosfet-classificatie moeten we eerst de piek-bulkspanning berekenen met verwijzing naar de maximale RMS-spanningswaarde die in ons geval 265V AC-ingang is. Daarom hebben we:

Omwille van de eenvoud en kosteneffectiviteit werd een 650V nominale mosfet IRFB9N65A geselecteerd voor dit 12V 2 amp smps-circuitprototype.

Als we de maximale spanningsspanning op de mosfet-afvoer beschouwen als ongeveer 80% van de specificaties, en 30% nemen als de toegestane spanningspiek van de maximale bulk-ingangsspanning, kan worden verwacht dat de resulterende gereflecteerde uitgangsspanning lager is dan 130V, zoals uitgedrukt in de volgende vergelijking:

Daarom kan voor een 12V-uitgang de maximale schakelverhouding van de primaire / secundaire transformator of de NPS worden berekend zoals aangegeven in de volgende vergelijking:

In ons ontwerp is een wendverhouding van Nps = 10 verwerkt.

Deze wikkeling moet zo worden berekend dat deze een spanning kan produceren die iets hoger kan zijn dan de minimale Vcc-specificatie van de IC, zodat de IC onder optimale omstandigheden kan werken en de stabiliteit in het hele circuit behouden blijft.

De hulpwikkeling Npa kan worden berekend zoals weergegeven in de volgende formule:

De hulpwikkeling in de transformator wordt gebruikt voor voorspanning en het leveren van de operationele voeding aan de IC.

Voor de uitgangsdiode kan de spanningsspanning erop gelijk zijn aan de uitgangsspanning en de gereflecteerde ingangsvoeding, zoals hieronder weergegeven:

Om de spanningspieken als gevolg van het 'ringing' -fenomeen tegen te gaan, werd een Schottky-diode met een blokkeerspanning van 60 V of hoger als noodzakelijk beschouwd en in dit ontwerp gebruikt.

Ook om de hoogspanningsstroompiekfactor weg te houden, dit flyback-converter is ontworpen om te werken met een continue geleidingsmodus (CCM).

Berekening van de maximale inschakelduur:

Zoals besproken in de bovenstaande paragraaf, zodra we de NPS van de transformator hebben berekend, kan de vereiste maximale duty cycle Dmax worden berekend via de overdrachtsfunctie zoals toegewezen voor op CCM gebaseerde converters, de details kunnen hieronder worden gezien:

Transformatorinductantie en piekstroom

In ons besproken 12V 2 amp smps-circuit werd de magnetiserende inductantie van de transformator Lp bepaald volgens de CCM-parameters. In dit voorbeeld is de inductantie zo gekozen dat de omzetter in de CCM-werkzone kan komen met ongeveer 10% belasting en met een minimale bulkspanning om de outputrimpel zo laag mogelijk te houden.

Voor meer details over de verschillende technische specificaties en formules kunt u de originele datasheet hier