ในโพสต์นี้เราจะพูดถึงวงจร SMPS ขนาด 12V 2 แอมป์แบบง่ายๆ 2 วงจรโดยใช้ IC UC2842 เราศึกษาการออกแบบฟลายแบ็ค 2 แอมป์โดยการประเมินสูตรต่างๆซึ่งให้รายละเอียดการเลือกที่แน่นอนสำหรับขดลวดหม้อแปลงและข้อมูลจำเพาะของชิ้นส่วน

การออกแบบ # 1: บทนำ

ดีไซน์แรกใช้ IC VIPer53-E อเนกประสงค์

VIPer53-E สร้างขึ้นด้วยตัวควบคุม PWM โหมดปัจจุบันที่ได้รับการปรับปรุงซึ่งมี MDMesh ™ Power MOSFET แรงดันสูงภายในแพ็คเกจเดียวกัน VIPer53-E สามารถพบได้ในแพ็คเกจที่แตกต่างกันสองสามแพ็คเกจ DIP8 และ PowerSO-10 บอร์ดมาตรฐานเป็นแหล่งจ่ายไฟช่วงกว้างแบบออฟไลน์อย่างไม่ต้องสงสัยซึ่งรวมถึง VIPer53-E ที่ออกแบบมาสำหรับกฎระเบียบรองโดยใช้งานตัวควบคุม PWM ผ่านออปโป - ข้อต่อ ความถี่ในการเปลี่ยนคือ 100 kHz และกำลังขับโดยรวมคือ 24 W.

ด้านล่างนี้เป็นคุณสมบัติหลักบางประการของ IC:

•แหล่งจ่ายไฟเอนกประสงค์ตาม SMPS
•การควบคุมโหมดปัจจุบันพร้อมกับสิ่งอำนวยความสะดวกที่ จำกัด ตัวแปร
•ประสิทธิภาพดี 75%
•เอาต์พุตได้รับการปกป้องด้วยการป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรและการโอเวอร์โหลด
•อุณหภูมิสูงเกินไปจะถูกควบคุมโดยการป้องกันการปิดระบบความร้อนในตัว
•เป็นไปตามข้อกำหนด EN55022 Class B EMI และมาตรฐาน Blue Angel

แผนภาพวงจรของวงจรแอมป์ 12V 2 ที่เสนอโดยใช้ VIPer53-E สามารถเห็นได้ในภาพที่แสดงด้านล่าง:

VIPer53-E วงจร SMPS 12V 2 แอมป์ 24 วัตต์

ดาวน์โหลด PCB และรายการชิ้นส่วนที่สมบูรณ์

เงื่อนไขการใช้งานหลักสามารถศึกษาได้จากภาพต่อไปนี้:

รายละเอียดหม้อแปลง:

รายละเอียดขดลวดหม้อแปลงแกนเฟอร์ไรต์สำหรับวงจร SMPS ข้างต้นสามารถวิเคราะห์ได้ตามข้อมูลที่ระบุไว้ในรูปต่อไปนี้:

สามารถศึกษาข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ VIPer53-E ได้ ในบทความนี้

การออกแบบ # 2: บทนำ

การออกแบบต่อไปจะขึ้นอยู่กับ IC UC2842 จาก Texas Instruments ซึ่งสามารถใช้ในการสร้างวงจรโซลิดสเตตคุณภาพสูงที่เชื่อถือได้มากที่ได้รับการจัดอันดับที่ 12V และมีเอาต์พุตกระแส @ 2 แอมป์ถึง 4 แอมป์

แผนภาพวงจรที่สมบูรณ์ของการออกแบบนี้สามารถเซ็นได้ในรูปต่อไปนี้:

มาลองทำความเข้าใจฟังก์ชั่นและความสำคัญของส่วนประกอบหลักบางส่วนที่ใช้ในวงจร SMPS 12V 2 แอมป์นี้:

Cin Input Bulk capacitor และแรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำจำนวนมาก:

ตัวเก็บประจุ Cin จำนวนมากที่แสดงอาจถูกรวมเข้าด้วยกันโดยใช้ตัวเก็บประจุตัวเดียวหรือสองสามตัวแบบขนานโดยอาจใช้ตัวเหนี่ยวนำเพื่อกำจัดสัญญาณรบกวนที่เกิดขึ้นเนื่องจากการนำโหมดดิฟเฟอเรนเชียล ค่าของตัวเก็บประจุนี้จะกำหนดระดับของแรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำจำนวนมาก

หากใช้ค่า Cin ที่ต่ำกว่าเพื่อลดแรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำอาจส่งผลให้กระแสไฟฟ้าสูงสุดหลักที่เพิ่มขึ้นทำให้มอสเฟตสวิตชิ่งและหม้อแปลงไฟฟ้ามากเกินไป

“ตัวนับ 3 บิต d ฟลิปฟล็อป ”

ในทางตรงกันข้ามการรักษาค่าให้ใหญ่ขึ้นอาจส่งผลให้กระแสไฟฟ้าสูงสุดบน mosfet และ trafo สูงขึ้นซึ่งไม่สามารถยอมรับได้ดังนั้นจึงควรเลือกค่าที่เหมาะสมตามที่ระบุไว้ในแผนภาพ
อาจทำได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:

ที่นี่ Vin (นาที) ระบุค่า RMS ของแรงดันไฟฟ้าอินพุต AC ขั้นต่ำซึ่งอยู่ที่ประมาณ 85 V RMS

fLINE (นาที) หมายถึงความถี่ของค่า RMS ข้างต้นซึ่งอาจถือว่าเป็น 47Hz

ด้วยการอ้างอิงสมการข้างต้นเพื่อให้ได้ค่าแรงดันไฟฟ้ารวม 75V ขั้นต่ำที่ประสิทธิภาพ 85% ค่า Cin จะต้องอยู่ที่ประมาณ 126uF ในต้นแบบ 180uF ของเราพบว่าใช้ได้ดี

การคำนวณอัตราส่วนการหมุนของ Tansformer:

ในการเริ่มต้นด้วยการคำนวณการหมุนของหม้อแปลงจำเป็นต้องค้นหาความถี่ในการเปลี่ยนที่ดีที่สุด

แม้ว่า IC UC2842 จะระบุให้สร้างความถี่สูงสุด 500kHz แต่เมื่อพิจารณาจากพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องกับความเป็นไปได้และประสิทธิภาพทั้งหมดได้ตัดสินใจเลือกและตั้งค่าอุปกรณ์ที่ประมาณ 110kHz

สิ่งนี้ช่วยให้การออกแบบมีความสมดุลพอสมควรในแง่ของขนาดหม้อแปลงขนาดตัวกรอง EMI และยังคงให้การดำเนินงานอยู่ภายใต้การสูญเสียที่ยอมรับได้

คำว่า Nps หมายถึงหลักของหม้อแปลงและอาจถูกกำหนดขึ้นอยู่กับการจัดอันดับของมอสเฟ็ทไดรเวอร์ที่ใช้ร่วมกับการจัดอันดับของข้อกำหนดไดโอดวงจรเรียงกระแสรอง

เพื่อให้ได้คะแนน mosfet ที่เหมาะสมก่อนอื่นเราต้องคำนวณแรงดันไฟฟ้าจำนวนมากโดยอ้างอิงกับค่าแรงดันไฟฟ้า RMS สูงสุดซึ่งเป็นอินพุต AC 265V ในกรณีของเรา ดังนั้นเราจึงมี:

เพื่อความเรียบง่ายและความคุ้มค่าจึงเลือก mosfet IRFB9N65A พิกัด 650V สำหรับต้นแบบวงจร smps ขนาด 12V 2 แอมป์นี้

หากเราพิจารณาความเค้นแรงดันไฟฟ้าสูงสุดบนท่อระบายน้ำ mosfet อยู่ที่ประมาณ 80% ของข้อกำหนดและรับ 30% เป็นแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับอนุญาตจากแหล่งจ่ายอินพุตจำนวนมากแรงดันเอาต์พุตที่สะท้อนออกมาสามารถคาดว่าจะต่ำกว่า 130V ตาม แสดงในสมการต่อไปนี้:

ดังนั้นสำหรับเอาต์พุต 12V อัตราส่วนการหมุนของหม้อแปลงหลัก / รองสูงสุดหรือ NPS อาจคำนวณได้ตามที่ระบุในสมการต่อไปนี้:

ในการออกแบบของเราได้รวมอัตราส่วนการหมุนของ Nps = 10

ขดลวดนี้จะต้องคำนวณในลักษณะที่สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าที่อาจสูงกว่าข้อกำหนด Vcc ขั้นต่ำของ IC เล็กน้อยเพื่อให้ IC สามารถทำงานภายใต้สภาวะที่เหมาะสมและคงความเสถียรไว้ตลอดทั้งวงจร

Npa ขดลวดเสริมสามารถคำนวณได้ดังแสดงในสูตรต่อไปนี้:

ขดลวดเสริมในหม้อแปลงใช้สำหรับการให้น้ำหนักและจัดหาแหล่งจ่ายการดำเนินงานให้กับ IC

“คำนวณความยาวคลื่น de broglie ของอิเล็กตรอน ”

ตอนนี้สำหรับไดโอดเอาท์พุทความเค้นของแรงดันไฟฟ้าอาจเทียบเท่ากับแรงดันไฟฟ้าขาออกและแหล่งจ่ายไฟที่สะท้อนกลับดังที่ระบุด้านล่าง:

เพื่อตอบโต้แรงดันไฟฟ้าที่พุ่งสูงขึ้นเนื่องจากปรากฏการณ์ 'เสียงเรียกเข้า' รู้สึกว่าไดโอด Schottky ที่มีแรงดันไฟฟ้าบล็อก 60V หรือสูงกว่านั้นจำเป็นและถูกนำมาใช้ในการออกแบบนี้

นอกจากนี้เพื่อให้ห่างจากปัจจัยขัดขวางกระแสไฟฟ้าแรงสูงนี้ ตัวแปลงฟลายแบ็คได้รับการออกแบบ เพื่อทำงานกับโหมดการนำไฟฟ้าต่อเนื่อง (CCM)

การคำนวณรอบการทำงานสูงสุด:

ตามที่กล่าวไว้ในย่อหน้าข้างต้นเมื่อเราคำนวณ NPS ของหม้อแปลงแล้ว Dmax รอบการทำงานสูงสุดที่ต้องการสามารถคำนวณได้ผ่านฟังก์ชั่นการถ่ายโอนที่จัดสรรไว้สำหรับตัวแปลงที่ใช้ CCM รายละเอียดสามารถเห็นได้ด้านล่าง:

ตัวเหนี่ยวนำของหม้อแปลงและกระแสไฟฟ้าสูงสุด

ในวงจร smps 12V 2 แอมป์ของเราที่กล่าวถึงหม้อแปลงแม่เหล็กเหนี่ยวนำ Lp ถูกกำหนดตามพารามิเตอร์ CCM ในตัวอย่างนี้มีการเลือกตัวเหนี่ยวนำเพื่อให้ตัวแปลงสามารถเข้าสู่โซนการทำงานของ CCM โดยมีโหลดประมาณ 10% และใช้แรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำเพื่อให้การกระเพื่อมของเอาต์พุตมีค่าต่ำที่สุด