- VIPer22A 전원 공급 장치 설계 사양
- SMPS 드라이버 IC 선택
- VIPer22A 전원 공급 회로 설계
- VIPER22ASMPS 회로 용 스위칭 변압기 구축
- 12V 1A SMPS 용 VIPer22A 회로 테스트 :
스위치 모드 전원 공급 장치 회로 (SMPS)는 AC 주전원 전압을 장치 작동에 적합한 수준의 DC 전압으로 변환하기 위해 많은 전자 설계에서 가장 자주 필요합니다. 이 유형의 AC-DC 컨버터는 230V / 110V AC 주전원 전압을 입력으로 사용하고이를 스위칭하여 저수준 DC 전압으로 변환하므로 스위치 모드 전원 공급 장치라고합니다. 우리는 이미이 5V 2A SMPS 회로 및 12V 1A TNY268 SMPS 회로와 같이 이전에 몇 가지 SMPS 회로를 구축했습니다. 심지어 드라이버 IC와 함께 SMPS 설계에 사용할 수있는 자체 SMPS 변압기를 구축했습니다. 이 프로젝트에서는 STMicroelectronics의 인기있는 저가형 SMPS 드라이버 IC 인 VIPer22A를 사용하여 또 다른 12V 1A SMPS 회로 를 구축 할 것 입니다. 이 튜토리얼은 전체 회로를 안내하고 설명합니다.VIPER 회로를위한 자신의 변압기를 만드는 방법. 흥미 롭군요. 시작합시다.
VIPer22A 전원 공급 장치 설계 사양
이전 SMPS 기반 프로젝트와 마찬가지로 서로 다른 종류의 전원 공급 장치가 서로 다른 환경에서 작동하며 특정 입력-출력 경계에서 작동합니다. 이 SMPS에도 사양이 있습니다. 따라서 실제 설계를 진행하기 전에 적절한 사양 분석 을 수행해야합니다.
입력 사양: AC-DC 변환 도메인의 SMPS입니다. 따라서 입력은 AC가됩니다. 이 프로젝트에서는 입력 전압이 고정되어 있습니다. 유럽 표준 전압 등급에 따릅니다. 따라서이 SMPS의 입력 AC 전압은 220-240VAC입니다. 또한 인도의 표준 전압 등급입니다.
출력 사양: 출력 전압은 정격 전류가 1A 인 12V로 선택됩니다. 따라서 12W 출력이 됩니다. 이 SMPS는 부하 전류에 관계없이 정전압을 제공하므로 CV (Constant Voltage) 모드에서 작동합니다. 또한 출력 전압은 출력에 걸쳐 최대 부하 (2A)로 최저 입력 전압에서 일정하고 일정합니다.
출력 리플 전압: 좋은 전원 공급 장치는 리플 전압 이 30mV pk-pk 미만인 것이 매우 바람직합니다. 목표 리플 전압은이 SMPS에 대해 동일하며 30mV pk-pk 리플 미만입니다. 그러나 SMPS 출력 리플은 SMPS 구성에 크게 의존하며 PCB 및 커패시터 유형이 사용됩니다. 우리는 Wurth Electronics 의 105도 등급의 낮은 ESR 커패시터 를 사용 했으며 예상 출력 리플은 다음과 같습니다.
보호 회로: 안전하고 신뢰할 수있는 작동을 위해 SMPS에서 사용할 수있는 다양한 보호 회로가 있습니다. 보호 회로는 SMPS 및 관련 부하를 보호합니다. 유형에 따라 보호 회로를 입력 또는 출력에 연결할 수 있습니다. 이 SMPS의 경우 최대 작동 입력 전압 275VAC로 입력 서지 보호 가 사용됩니다. 또한 EMI 문제를 처리 하기 위해 생성 된 EMI를 차단하는 데 공통 모드 필터 가 사용됩니다. 출력 측에는 단락 보호, 과전압 보호 및 과전류 보호가 포함 됩니다.
SMPS 드라이버 IC 선택
모든 SMPS 회로에는 스위칭 IC 또는 SMPS IC 또는 건조기 IC라고도하는 전력 관리 IC가 필요합니다. 설계에 적합한 이상적인 전원 관리 IC를 선택하기위한 설계 고려 사항을 요약 해 보겠습니다. 우리의 디자인 요구 사항은
- 12W 출력. 최대 부하에서 12V 1A.
- 유럽 표준 입력 등급. 50Hz에서 85-265VAC
- 입력 서지 보호. 최대 입력 전압 275VAC.
- 출력 단락, 과전압 및 과전류 보호.
- 정전압 작동.
위의 요구 사항 중에서 선택할 수있는 다양한 IC가 있지만이 프로젝트에서는 STMicroelectronics 의 VIPer22A 전력 드라이버를 선택했습니다. STMicroelectronics의 매우 저렴한 전력 드라이버 IC입니다.
위의 이미지에는 VIPer22A IC 의 일반적인 정격 전력 이 나와 있습니다. 그러나 오픈 프레임 또는 어댑터 유형 전원 출력 사양에 대한 지정된 섹션이 없습니다. 우리는 오픈 프레임 과 유럽 입력 등급에 대해 SMPS를 만들 것 입니다. 이러한 세그먼트에서 VIPer22A는 20W 출력을 제공 할 수 있습니다. 12W 출력에 사용합니다. VIPer22A IC 핀아웃은 아래 이미지에 주어진다.
VIPer22A 전원 공급 회로 설계
회로를 구축하는 가장 좋은 방법은 전원 공급 장치 설계 소프트웨어를 사용하는 것 입니다. VIPer 디자인 소프트웨어 버전 2.24를 다운로드하여 VIPer22A를 사용할 수 있습니다.이 소프트웨어의 최신 버전은 더 이상 VIPer22A를 지원하지 않습니다. STMicroelectronics의 우수한 전원 공급 장치 설계 소프트웨어입니다. 설계 요구 사항 정보를 제공하면 완전한 전원 공급 장치 회로도를 생성 할 수 있습니다. 소프트웨어에 의해 생성 된이 프로젝트 의 VIPer22A 회로 는 다음과 같습니다.
프로토 타입 부품을 제작하기 전에 회로 작동을 살펴 보겠습니다. 회로에는 다음 섹션이 있습니다.
- 입력 서지 및 SMPS 오류 보호
- 입력 필터
- AC-DC 변환
- 드라이버 회로 또는 스위칭 회로
- 클램프 회로.
- 자기 및 갈바닉 절연.
- EMI 필터
- 2 차 정류기
- 필터 섹션
- 피드백 섹션.
입력 서지 및 SMPS 오류 보호.
이 섹션은 F1과 RV1의 두 가지 구성 요소로 구성됩니다. F1은 1A 250VAC 슬로우 블로우 퓨즈이고 RV1은 7mm 275V MOV (금속 산화물 배리스터)입니다. 고전압 서지 (275VAC 이상) 동안 MOV는 데드 쇼트가되어 입력 퓨즈를 차단합니다. 그러나 슬로우 블로우 기능으로 인해 퓨즈는 SMPS를 통한 돌입 전류를 견뎌냅니다.
입력 필터
커패시터 C3는 250VAC 라인 필터 커패시터 입니다. 트랜스포머리스 파워 서플라이 회로 설계에서 사용한 것과 유사한 X 형 커패시터입니다.
AC-DC 변환.
AC DC 변환은 DB107 풀 브리지 정류기 다이오드를 사용하여 수행됩니다. 1000V 1A 정격 정류 다이오드입니다. 필터링은 22uF 400V 커패시터를 사용하여 수행됩니다. 그러나이 프로토 타입에서는 매우 큰 값의 커패시터를 사용했습니다. 22uF 대신 커패시터의 가용성으로 인해 82uF 커패시터를 사용했습니다. 이러한 고가의 커패시터는 회로 작동에 필요하지 않습니다. 22uF 400V는 12W 출력 정격에 충분합니다.
드라이버 회로 또는 스위칭 회로.
VIPer22A 는 변압기 의 바이어스 권선에서 전력을 필요로합니다. 바이어스 전압을 얻은 후 VIPer는 내장 된 고전압 MOSFET을 사용하여 변압기에서 스위칭을 시작합니다. D3는 AC 바이어스 출력을 DC로 변환하는 데 사용되며 R1, 10 Ohm 저항은 돌입 전류 를 제어하는 데 사용됩니다. 필터 커패시터는 DC 리플을 부드럽게하기위한 4.7uF 50V입니다.
클램프 회로
변압기는 전력 드라이버 IC VIPer22에서 거대한 인덕터 역할을합니다. 따라서 스위칭 오프 사이클 동안 변압기는 변압기 의 누설 인덕턴스로 인해 고전압 스파이크를 생성 합니다. 이러한 고주파 전압 스파이크는 파워 드라이버 IC에 유해하며 스위칭 회로의 고장을 일으킬 수 있습니다. 따라서 이것은 변압기를 가로 지르는 다이오드 클램프에 의해 억제되어야합니다. D1 및 D2는 클램프 회로에 사용됩니다. D1은 TVS 다이오드 이고 D2는 초고속 복구 다이오드 입니다. D1은 전압 클램핑에 사용되는 반면 D2는 차단 다이오드로 사용됩니다. 설계에 따라 목표 클램핑 전압 (VCLAMP)은 200V입니다. 따라서 P6KE200A 초고속 차단 관련 문제의 경우 UF4007이 D2로 선택됩니다.
자기 및 갈바닉 절연.
변압기는 강자성 변압기 이며 고전압 AC를 저전압 AC로 변환 할뿐만 아니라 갈바닉 절연도 제공합니다. 3 개의 와인딩 주문이 있습니다. 1 차, 보조 또는 바이어스 권선 및 2 차 권선.
EMI 필터.
EMI 필터링은 C4 커패시터에 의해 수행됩니다. 높은 EMI 간섭을 줄이기 위해 회로의 내성을 증가시킵니다. 그것은이다 Y 클래스 커패시터 2kV의의 정격 전압.
2 차 정류기 및 스 너버 회로.
트랜스포머의 출력은 쇼트 키 정류 다이오드 인 D6를 사용하여 정류되고 DC로 변환됩니다. 출력 전류가 2A이므로이를 위해 3A 60V 다이오드가 선택됩니다. SB360은 3A 60V 정격 쇼트 키 다이오드입니다.
필터 섹션.
C6은 필터 커패시터입니다. 더 나은 리플 제거를위한 낮은 ESR 커패시터입니다. 또한 L2 및 C7이 출력 전반에 걸쳐 더 나은 리플 제거를 제공하는 LC 포스트 필터가 사용됩니다.
피드백 섹션.
출력 전압은 U3 TL431 및 R6 및 R7에 의해 감지됩니다. 라인 U2를 감지 한 후 옵토 커플러가 제어되고 1 차측 컨트롤러와 2 차 피드백 감지 부분을 전기적으로 절연합니다. PC817은 광 커플러입니다. 내부에는 트랜지스터와 LED가 있습니다. LED를 제어하여 트랜지스터를 제어합니다. 통신이 광학적으로 수행되기 때문에 직접적인 전기 연결이 없으므로 피드백 회로의 갈바닉 절연도 만족합니다.
이제 LED가 트랜지스터를 직접 제어하므로 옵토 커플러 LED에 충분한 바이어스를 제공하여 옵토 커플러 트랜지스터,보다 구체적으로 드라이버 회로를 제어 할 수 있습니다. 이 제어 시스템은 TL431에 사용됩니다. 션트 레귤레이터. 션트 레귤레이터는 레퍼런스 핀을 가로 질러 저항 분배기를 가지고 있기 때문에 가로 질러 연결된 옵토 커플러를 제어 할 수 있습니다. 피드백 핀의 기준 전압은 2.5V입니다.. 따라서 TL431은 분배기 양단의 전압이 충분한 경우에만 활성화 될 수 있습니다. 우리의 경우 전압 분배기는 5V 값으로 설정됩니다. 따라서 출력이 5V에 도달하면 TL431은 기준 핀을 통해 2.5V를 얻으므로 Optocoupler의 트랜지스터를 제어하고 TNY268PN을 간접적으로 제어하는 Optocoupler의 LED를 활성화합니다. 출력에서 전압이 충분하지 않으면 스위칭 사이클이 즉시 중단됩니다.
먼저 TNY268PN은 첫 번째 스위칭 사이클을 활성화 한 다음 EN 핀을 감지합니다. 모든 것이 정상이면 전환을 계속하고 그렇지 않으면 언젠가 다시 시도합니다. 이 루프는 모든 것이 정상이 될 때까지 계속되어 단락 또는 과전압 문제를 방지합니다. 이것이 출력 전압이 관련 동작을 감지하기 위해 드라이버로 다시 흐르기 때문에 플라이 백 토폴로지 라고 불리는 이유 입니다. 또한 시도 루프를 실패 조건에서 작동의 딸꾹질 모드라고합니다.
VIPER22ASMPS 회로 용 스위칭 변압기 구축
생성 된 트랜스포머 구성도를 보겠습니다. 이 다이어그램은 앞서 논의한 전원 공급 장치 설계 소프트웨어에서 가져온 것입니다.
핵심은 E25 / 7분의 13 의 에어 갭을 0.36mm. 1 차 인덕턴스는 1mH 입니다. 이 변압기의 건설을 위해서는 다음과 같은 것이 필요합니다. 변압기 제작 에 익숙하지 않다면 자신 만의 SMPS 변압기를 만드는 방법에 대한 기사를 읽어보십시오.
- 폴리 에스터 테이프
- 0.36mm 에어 갭이있는 E25 / 13 / 7 코어 쌍.
- 30AWG 구리선
- 43AWG 구리선 (사용 불가로 인해 36AWG 사용)
- 23AWG (우리는 36AWG도 사용했습니다)
- 수평 또는 수직 보빈 (우리는 수평 보빈을 사용했습니다)
- 감는 동안 보빈을 잡는 펜입니다.
1 단계: 펜을 사용하여 코어를 잡고 보빈의 핀 3에서 30AWG 구리선을 시작 하고 핀 1까지 시계 방향으로 133 바퀴 계속 돌립니다. 3 겹의 폴리 에스테르 테이프를 적용합니다.
2 단계: 4 번 핀에서 43AWG 구리선을 사용하여 바이어스 권선을 시작하고 31 번 돌려서 5 번 핀에서 권선을 끝냅니다. 3 겹의 폴리 에스테르 테이프를 적용합니다.
핀 4에서 43AWG 구리선을 사용하여 바이어스 권선을 시작하고 31 회 계속해서 핀 5에서 권선을 끝냅니다. 3 겹의 폴리 에스테르 테이프를 적용합니다.
3 단계: 핀 10에서 2 차 권선을 시작하고 시계 방향으로 21 턴 계속 권선합니다. 폴리 에스테르 테이프 4 겹을 바릅니다.
4 단계: 덕트 테이프를 나란히 감싸서 틈이있는 코어를 고정합니다. 이것은 고밀도 플럭스 전달 중에 진동을 줄입니다.
빌드가 완료되면 변압기는 코일의 인덕턴스 값을 측정하기 위해 LCR 미터로 테스트됩니다. 미터는 1mH 1 차 인덕턴스에 가까운 913mH를 표시합니다.
VIPer22A SMPS 회로 구축:
변압기 등급이 확인되면 회로도에 표시된대로 Vero 보드의 모든 구성 요소를 납땜 할 수 있습니다. 납땜 작업이 끝나면 내 보드는 다음과 같습니다.
12V 1A SMPS 용 VIPer22A 회로 테스트:
회로를 테스트하기 위해 입력 AC 전원 전압을 제어하기 위해 VARIAC 를 통해 입력 측을 전원 공급 장치에 연결했습니다. 아래 이미지에는 225VAC의 출력 전압이 나와 있습니다.
출력 측에서 볼 수 있듯이 원하는 12V 출력 전압에 가까운 12.12V를 얻습니다. 전체 작업은 이 페이지 하단에 첨부 된 비디오 에 표시됩니다. 튜토리얼을 이해하고 수제 변압기로 자신 만의 SMPS 회로를 구축하는 방법을 배웠기 를 바랍니다. 질문이 있으시면 아래 댓글 섹션에 남겨주세요.