使用VIPer22A的12V 1A電源電路設(shè)計

時間：2024-12-04 17:05:38

關(guān)鍵字： VIPer22A 開關(guān)模式電源變壓器

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[導(dǎo)讀]在許多電子設(shè)計中，通常需要開關(guān)模式電源電路(SMPS)將交流電源電壓轉(zhuǎn)換為設(shè)備工作所需的合適水平的直流電壓。這種類型的交直流轉(zhuǎn)換器以230V/110V交流市電電壓為輸入，通過開關(guān)將其轉(zhuǎn)換為低電平直流電壓，因此稱為開關(guān)式電源。我們之前已經(jīng)構(gòu)建了一些SMPS電路，如5V 2A SMPS電路和12V 1A TNY268 SMPS電路。我們甚至構(gòu)建了自己的SMPS變壓器，可以與驅(qū)動IC一起用于我們的SMPS設(shè)計。在這個項目中，我們將使用VIPer22A構(gòu)建另一個12V 1A SMPS電路，VIPer22A是意法半導(dǎo)體(STMicroelectronics)流行的低成本SMPS驅(qū)動IC。本教程將帶您完成完整的電路，并將解釋如何為VIPER電路構(gòu)建自己的變壓器。很有趣，我們開始吧。

在許多電子設(shè)計中，通常需要開關(guān)模式電源電路(SMPS)將交流電源電壓轉(zhuǎn)換為設(shè)備工作所需的合適水平的直流電壓。這種類型的交直流轉(zhuǎn)換器以230V/110V交流市電電壓為輸入，通過開關(guān)將其轉(zhuǎn)換為低電平直流電壓，因此稱為開關(guān)式電源。我們之前已經(jīng)構(gòu)建了一些SMPS電路，如5V 2A SMPS電路和12V 1A TNY268 SMPS電路。我們甚至構(gòu)建了自己的SMPS變壓器，可以與驅(qū)動IC一起用于我們的SMPS設(shè)計。在這個項目中，我們將使用VIPer22A構(gòu)建另一個12V 1A SMPS電路，VIPer22A是意法半導(dǎo)體(STMicroelectronics)流行的低成本SMPS驅(qū)動IC。本教程將帶您完成完整的電路，并將解釋如何為VIPER電路構(gòu)建自己的變壓器。很有趣，我們開始吧。

VIPer22A電源設(shè)計規(guī)范

與以往基于SMPS的項目一樣，不同類型的電源在不同的環(huán)境下工作，在特定的輸入輸出邊界下工作。這個SMPS也有一個規(guī)范。因此，在進行實際設(shè)計之前，需要進行適當?shù)囊?guī)范分析。

輸入規(guī)格：這將是一個交流到直流轉(zhuǎn)換域的SMPS。因此，輸入將為交流。在本項目中，輸入電壓是固定的。它是按照歐洲標準額定電壓。因此，該SMPS的輸入交流電壓為220-240VAC。它也是印度的標準電壓等級。

輸出規(guī)格：輸出電壓選擇12V，額定電流1A。因此，它將是12W輸出。由于無論負載電流如何，該SMPS都將提供恒定電壓，因此它將在CV(恒定電壓)模式下工作。此外，輸出電壓將恒定和穩(wěn)定在最低輸入電壓與最大負載(2A)橫跨輸出。

輸出紋波電壓：好的電源的紋波電壓要求小于30mV pk-pk。該SMPS的目標紋波電壓相同，小于30mV pk-pk紋波。然而，SMPS輸出紋波高度依賴于SMPS結(jié)構(gòu)、PCB和使用的電容器類型。我們使用伍爾特電子105度等級的低ESR電容器，預(yù)期輸出紋波似乎低于。

保護電路：在SMPS中可以采用各種保護電路，以確保安全可靠的運行。保護電路保護SMPS以及相關(guān)負載。根據(jù)類型的不同，保護電路可以跨輸入或跨輸出連接。對于該SMPS，輸入浪涌保護將在最大工作輸入電壓為275VAC時使用。此外，為了處理EMI問題，將使用共模濾波器來消除產(chǎn)生的EMI。在輸出端，我們將包括短路保護、過壓保護和過流保護。

SMPS驅(qū)動IC的選擇

每個SMPS電路都需要一個電源管理IC，也稱為開關(guān)IC或SMPS IC或德里亞IC。讓我們總結(jié)設(shè)計考慮因素，以選擇適合我們設(shè)計的理想電源管理IC。我們的設(shè)計要求是

?12 w輸出。滿負載時12V 1A。

?歐洲標準輸入額定值。85-265VAC, 50Hz

?輸入防雷保護。最大輸入電壓275VAC。

?輸出短路、過壓、過流保護。

?恒壓操作。

從上述要求中有廣泛的ic可供選擇，但對于這個項目，我們選擇了意法半導(dǎo)體的VIPer22A電源驅(qū)動器。這是一款來自意法半導(dǎo)體的低成本電源驅(qū)動IC。

在上圖中，顯示了VIPer22A IC的典型額定功率。但是，對于開架或適配器類型的功率輸出規(guī)格，沒有規(guī)定章節(jié)。我們將使SMPS在開放框架和歐洲輸入評級。在這樣的段VIPer22A可以提供20W輸出。我們將使用它的12W輸出。VIPer22A IC引腳如下圖所示。

viper22電源電路的設(shè)計

構(gòu)建電路的最佳方法是使用電源設(shè)計軟件。您可以下載VIPer設(shè)計軟件版本2.24來使用VIPer22A，該軟件的最新版本不再支持VIPer22A。它是意法半導(dǎo)體優(yōu)秀的電源設(shè)計軟件。通過提供設(shè)計需求信息，可以生成完整的電源電路圖。軟件為本項目生成的VIPer22A電路如下圖所示。

在直接進入構(gòu)建原型部分之前，讓我們探索電路操作。電路有以下幾個部分-

?輸入浪涌和SMPS故障保護

?輸入濾波器

?交直流轉(zhuǎn)換

?驅(qū)動電路或開關(guān)電路

?鉗位電路。

?磁學(xué)和電流隔離。

?EMI濾波器

二次整流

?過濾部分

?反饋部分。

?輸入浪涌和SMPS故障保護。

本節(jié)由F1和RV1兩部分組成。F1是1A 250VAC慢熔保險絲，RV1是7mm 275V MOV(金屬氧化物壓敏電阻)。在高壓浪涌期間(超過275VAC)， MOV變得死短并擊穿輸入保險絲。然而，由于慢熔特性，保險絲可以承受通過SMPS的浪涌電流。

輸入濾波器

電容C3為250VAC線路濾波電容。它是一種X型電容器，類似于我們在無變壓器電源電路設(shè)計中使用的電容器。

交直流轉(zhuǎn)換。

交流直流轉(zhuǎn)換使用DB107全橋整流二極管完成。它是一個1000V 1A額定整流二極管。濾波是使用22uF 400V電容完成的。然而，在這個原型中，我們使用了一個非常大的電容器值。由于電容器的可用性，我們使用了82uF電容器而不是22uF。這種高值的電容對于電路的運行是不需要的。22uF 400V足以滿足12W輸出額定值。

驅(qū)動電路或開關(guān)電路。

VIPer22A需要從變壓器的偏置繞組供電。在獲得偏置電壓后，VIPer開始使用內(nèi)置的高壓場效應(yīng)管在變壓器上切換。D3用于將交流偏置輸出轉(zhuǎn)換為直流，R1, 10歐姆電阻用于控制浪涌電流。濾波電容為4.7uF 50V，用于平滑直流紋波。

鉗位電路

變壓器在電源驅(qū)動IC VIPer22上充當一個巨大的電感器。因此，在開斷周期期間，由于變壓器的漏感，變壓器會產(chǎn)生高電壓尖峰。這些高頻電壓尖峰對電源驅(qū)動IC是有害的，并可能導(dǎo)致開關(guān)電路的故障。因此，這需要通過變壓器上的二極管鉗位來抑制。D1和D2用于箝位電路。D1是TVS二極管，D2是超快速恢復(fù)二極管。D1用于箝位電壓，而D2用作阻塞二極管。根據(jù)設(shè)計，目標箝位電壓(VCLAMP)為200V。因此，我們選擇P6KE200A，對于超快速阻塞的相關(guān)問題，我們選擇UF4007作為D2。

磁學(xué)和電流隔離。

變壓器是一種鐵磁變壓器，它不僅將高壓交流電轉(zhuǎn)換為低壓交流電，而且還提供電流隔離。它有三個繞組順序。初級繞組、輔助繞組或偏置繞組和次級繞組。

EMI過濾器。

電磁干擾濾波是由C4電容完成的。提高了電路的抗擾度，降低了高電磁干擾。y級電容器，額定電壓為2kV。

二次整流器和緩沖電路。

變壓器的輸出通過肖特基整流二極管D6進行整流并轉(zhuǎn)換為直流電。由于輸出電流為2A，因此選用3A 60V二極管。SB360是3A 60V額定肖特基二極管。

過濾部分。

C6為濾波電容。它是一個低ESR電容更好的紋波抑制。此外，LC后濾波器用于L2和C7在整個輸出中提供更好的紋波抑制。

反饋部分。

輸出電壓由U3 TL431和R6、R7檢測。在感應(yīng)到線路U2后，光耦合器被控制，并與主側(cè)控制器電隔離二次反饋感應(yīng)部分。PC817是一個光耦合器。它有兩面，里面是一個晶體管和一個LED。通過控制LED，可以控制晶體管。由于通信是通過光學(xué)進行的，因此沒有直接的電連接，因此也滿足了反饋電路上的電流隔離。

現(xiàn)在，由于LED直接控制晶體管，通過在光電耦合器LED上提供足夠的偏置，可以控制光電耦合器晶體管，更具體地說是驅(qū)動電路。該控制系統(tǒng)采用TL431單片機。分流穩(wěn)壓器。由于分流穩(wěn)壓器在其參考引腳上有一個電阻分壓器，它可以控制連接在其上的光耦合器led。反饋引腳的參考電壓為2.5V。因此，TL431只有在分壓器上的電壓足夠時才能被激活。在我們的例子中，分壓器被設(shè)置為5V的值。因此，當輸出達到5V時，TL431通過參考引腳獲得2.5V，從而激活光耦合器的LED，該LED控制光耦合器的晶體管并間接控制TNY268PN。如果輸出端的電壓不足，則開關(guān)周期立即中止。

首先，TNY268PN激活開關(guān)的第一個周期，然后檢測其EN引腳。如果一切正常，它將繼續(xù)切換，如果不正常，它將在一段時間后再次嘗試。這個循環(huán)一直持續(xù)到一切正常，從而防止短路或過電壓問題。這就是為什么它被稱為反激拓撲，因為輸出電壓被飛回驅(qū)動器的傳感相關(guān)操作。同樣，嘗試循環(huán)也被稱為故障條件下的hiccup操作模式。

VIPER22ASMPS電路開關(guān)變壓器的構(gòu)造

讓我們看看生成的變壓器結(jié)構(gòu)圖。這張圖是從我們前面討論的電源設(shè)計軟件中獲得的。