2 kompakt 12V 2 Amp SMPS-krets for LED-driver

I dette innlegget diskuterer vi en 2 enkel 12V 2 amp SMPS-krets med IC UC2842. Vi studerer en 2 amp flyback design ved å evaluere forskjellige formler, som gir de nøyaktige valgdetaljene for transformatorviklingen og delespesifikasjonene.

Design nr. 1: Introduksjon

Den første designen er basert på den allsidige IC VIPer53-E.

VIPer53-E er bygget med en forbedret strømmodus PWM-kontroller som har en høyspent MDMesh ™ Power MOSFET i samme pakke. VIPer53-E finnes i et par forskjellige pakker, DIP8 og PowerSO-10. Referansekortet er utvilsomt en offline bredt spenningsforsyning som inkluderer VIPer53-E designet for sekundær regulering ved å betjene PWM-kontrolleren via en opto- kobling. Byttefrekvensen er 100 kHz og den totale utgangseffekten er 24 W.

Nedenfor er noen av hovedtrekkene til IC:

• SMPS-basert generell strømforsyning
• Nåværende moduskontroll sammen med variabel begrensningsanlegg
• Effektivitet rundt godt 75%
• Utgangen er beskyttet med kortslutnings- og overbelastningsbeskyttelse
• Over temperaturen styres også gjennom en innebygd termisk avstengningsbeskyttelse
• I samsvar med EN55022 klasse B EMI-spesifikasjon og Blue Angel-standarder.

Kretsskjemaet for den foreslåtte 12V 2 amp kretsen som bruker VIPer53-E kan være vitne til i det viste bildet nedenfor:

LAST NED KOMPLET PCB- OG DELELISTE

De viktigste driftsforholdene kan studeres gjennom følgende bilde:

Transformatordetaljer:

Ferritkjerne-transformatorviklingsdetaljene for SMPS-kretsen ovenfor kan analyseres i henhold til dataene som er gitt i følgende figur:

Mer informasjon om VIPer53-E kan studeres i denne artikkelen

Design nr. 2: Introduksjon

Den neste designen er basert på IC UC2842 fra Texas Instruments , som også kan brukes til å bygge en høyverdig, solid state, veldig pålitelig SMPS-krets nominell til 12V, og med en strømutgang @ 2 amp til 4 ampere.

Hele kretsskjemaet for dette designet kan vises i følgende figur:

La oss prøve å forstå funksjonene og kritikkverdiene til noen av hovedkomponentene som brukes i denne 12V 2 amp SMPS-kretsen:

Cin Input Bulk kondensator og minimum bulk spenning:

Den viste bulk-kondensatoren Cin kan innlemmes ved å bruke en enkelt eller noen få kondensatorer parallelt, muligens ved å bruke en induktor over dem for å eliminere støy som genereres på grunn av differensial-ledning. Verdien på denne kondensatoren bestemmer nivået på minimum bulkspenning.

Hvis en Cin med en lavere verdi brukes for å redusere minimum bulkspenning, kan det føre til hevet primær toppstrøm som overbelaster svitsjemuskler og også transformatoren.

Tvert imot å holde verdien større kan resultere i høyere toppstrøm på mosfet og trafo, noe som heller ikke er akseptabelt. Derfor bør en rimelig verdi som angitt i diagrammet velges.
Det kan gjøres ved å bruke følgende formel:

Her indikerer Vin (min) RMS-verdien til minimum AC-inngangsspenning som er rundt 85 V RMS.

fLINE (min) angir frekvensen til RMS-verdien ovenfor som kan antas å være 47Hz.

Med henvisning til ovenstående ligning, for å oppnå et minimum på 75V bulk spenningsverdi, ved 85% effektivitet, må Cin-verdien være rundt 126uF, i vår prototype 180uF ble det funnet å være helt fint.

Beregning av Tansformer svingforhold:

Til å begynne med transformatorens svingberegning, må den gunstigste byttefrekvensen bli funnet ut.

Selv om IC UC2842 er spesifisert for å produsere en maksimal frekvens på 500 kHz, med tanke på alle mulige og effektivitetsrelaterte parametere ble det besluttet å velge og sette enheten til rundt 110 kHz.

Dette tillot designet å være rimelig balansert når det gjelder transformatorstørrelse, EMI-filterdimensjon og fortsatt holde operasjonene innenfor de tålelige tapene.

Uttrykket Nps refererer til transformatorens primære, og dette kan bestemmes avhengig av klassifiseringen til drivmuskelen som brukes sammen med klassifiseringen av de sekundære likeretterdiodespesifikasjonene.

For å få en optimal mosfet-vurdering må vi først beregne topp bulk spenning med referanse til den maksimale RMS spenningsverdien som er 265V inngangsstrøm i vårt tilfelle. Derfor har vi:

For enkelhets skyld og kostnadseffektivitet ble en 650V vurdert mosfet IRFB9N65A valgt for denne 12V 2 amp smps kretsprototypen.

Hvis vi anser det maksimale spenningsspenningen på mosfet-avløpet for å være rundt 80% av spesifikasjonene, og tar 30% som den tillatte spenningen fra den maksimale inngangsforsyningen, kan den resulterende reflekterte utgangsspenningen forventes å være lavere enn 130V som uttrykt i følgende ligning:

Derfor kan det maksimale svingforholdet mellom primær / sekundær transformator eller NPS beregnes som angitt i følgende ligning for en 12V utgang:

I vårt design er et svingforhold på Nps = 10 innlemmet.

Denne viklingen må beregnes på en slik måte at den er i stand til å produsere en spenning som kan være litt høyere enn minimum Vcc-spesifikasjonen til IC, slik at IC er i stand til å operere under optimale forhold og stabilitet opprettholdes gjennom hele kretsen.

Hjelpeviklingen Npa kan beregnes som vist i følgende formel:

Hjelpeviklingen i transformatoren brukes til forspenning og forsyning av driftstilførselen til IC.

Nå for utgangsdioden kan spenningsspenningen på den være ekvivalent med utgangsspenningen og den reflekterte inngangsforsyningen, som gitt nedenfor:

For å motvirke spenningspiggene på grunn av 'ringende' fenomen, ble en Schottky-diode klassifisert med en blokkeringsspenning på 60V eller høyere følt nødvendig og anvendt i denne utformingen.

Også for å holde unna høyspenningsstrøm toppfaktor, dette flyback converter er designet å jobbe med en kontinuerlig ledningsmodus (CCM).

Beregning av maksimal driftssyklus:

Som diskutert i avsnittet ovenfor, når vi har beregnet NPS til transformatoren, kan den nødvendige maksimale driftssyklusen Dmax beregnes gjennom overføringsfunksjonen som tildelt for CCM-baserte omformere.

Transformatorinduktans og toppstrøm

I vår omtalte 12V 2 amp smps-krets ble transformatorens magnetiserende induktans Lp bestemt i henhold til CCM-parametrene. I dette eksemplet ble induktansen valgt slik at omformeren er i stand til å komme inn i CCM-arbeidssonen med rundt 10% belastning og bruke minimum bulkspenning for å holde utgangsringelen til den laveste.

For mer informasjon om de forskjellige tekniske spesifikasjonene og formlene kan du studere original datablad her