En esta publicación, discutimos exhaustivamente un circuito SMPS simple de 12V y 2 amperios que usa el IC UC2842. Estudiamos un diseño flyback de 2 amperios mediante la evaluación de varias fórmulas, que proporcionan los detalles de selección exactos para el devanado del transformador y las especificaciones de las piezas.
Diseño # 1: Introducción
El primer diseño se basa en el versátil IC VIPer53-E.
El VIPer53-E está construido con un controlador PWM de modo de corriente mejorado que tiene un MOSFET de potencia MDMesh ™ de alto voltaje dentro del mismo paquete. El VIPer53-E se puede encontrar en un par de paquetes distintos, DIP8 y PowerSO-10. La placa de referencia es sin duda una fuente de alimentación fuera de línea de amplio rango que incluye el VIPer53-E diseñado para regulación secundaria al operar el controlador PWM a través de un opto- acoplador. La frecuencia de conmutación es de 100 kHz y la potencia de salida total es de 24 W.
A continuación se muestran algunas de las principales características del IC:
• Fuente de alimentación de propósito general basada en SMPS
• Control de modo actual junto con función de limitación variable
• Eficiencia alrededor de un buen 75%
• La salida está protegida con protección contra cortocircuitos y sobrecargas.
• El exceso de temperatura también se controla mediante una protección de apagado térmico incorporada
• Cumple con la especificación EN55022 Clase B EMI y los estándares Blue Angel.
El diagrama de circuito del circuito propuesto de 12V y 2 amperios que utiliza VIPer53-E se puede ver en la imagen que se muestra a continuación:
DESCARGUE LA LISTA COMPLETA DE PIEZAS Y PCB
Las principales condiciones de funcionamiento se pueden estudiar a través de la siguiente imagen:
Detalles del transformador:
Los detalles del devanado del transformador de núcleo de ferrita para el circuito SMPS anterior podrían analizarse según los datos proporcionados en la siguiente figura:
Se puede estudiar más información sobre VIPer53-E en este articulo
Diseño # 2: Introducción
El siguiente diseño se basa en el IC UC2842 de Texas Instruments , que también se puede utilizar para construir un circuito SMPS de alta calidad, de estado sólido y muy confiable de 12 V y con una salida de corriente de 2 amperios a 4 amperios.
El diagrama de circuito completo de este diseño se puede ver en la siguiente figura:
Intentemos comprender las funciones y aspectos críticos de algunos de los componentes principales que se utilizan en este circuito SMPS de 12 V y 2 amperios:
Condensador masivo de entrada Cin y voltaje masivo mínimo:
El condensador a granel Cin mostrado puede incorporarse utilizando uno o varios condensadores en paralelo, posiblemente utilizando un inductor a través de ellos para eliminar el ruido generado debido a la conducción en modo diferencial. El valor de este condensador decide el nivel de voltaje a granel mínimo.
Si se usa un valor menor de Cin para reducir el voltaje de carga mínimo, podría resultar en un aumento de la corriente pico primaria que sobrecargue los mosfets de conmutación y también el transformador.
Por el contrario, mantener el valor más grande podría resultar en un pico de corriente más alto en el mosfet y el trafo, lo que tampoco es aceptable, por lo que se debe elegir un valor razonable como se indica en el diagrama.
Puede hacerse utilizando la siguiente fórmula:
Aquí Vin (min) indica el valor RMS del voltaje de entrada de CA mínimo que es de alrededor de 85 V RMS.
fLINE (min) indica la frecuencia del valor RMS anterior que se puede suponer que es de 47 Hz.
Con referencia a la ecuación anterior, para lograr un valor mínimo de voltaje en bloque de 75 V, con una eficiencia del 85%, el valor de Cin deberá ser de alrededor de 126 uF, en nuestro prototipo se encontró que 180 uF estaba bien.
Cálculo de las relaciones de giro del Tansformer:
Para comenzar con el cálculo de la vuelta del transformador, es necesario averiguar la frecuencia de conmutación más favorable.
Aunque el IC UC2842 está especificado para producir una frecuencia máxima de 500 kHz, teniendo en cuenta todos los parámetros factibles y relacionados con la eficiencia, se decidió seleccionar y configurar el dispositivo en alrededor de 110 kHz.
Esto permitió que el diseño estuviera razonablemente bien equilibrado en términos del tamaño del transformador, la dimensión del filtro EMI y aún así mantener las operaciones dentro de las pérdidas tolerables.
El término Nps se refiere al primario del transformador y esto puede determinarse dependiendo de la clasificación del controlador mosfet utilizado junto con la clasificación de las especificaciones del diodo rectificador secundario.
Para obtener una calificación mosfet óptima, primero debemos calcular el voltaje de volumen máximo con referencia al valor máximo de voltaje RMS, que es 265 V de CA de entrada en nuestro caso. Por lo tanto tenemos:
En aras de la simplicidad y la rentabilidad, se seleccionó un mosfet IRFB9N65A con clasificación de 650 V para este prototipo de circuito smps de 12 V y 2 amperios.
Si consideramos que el esfuerzo de voltaje máximo en el drenaje del mosfet es alrededor del 80% de sus especificaciones, y tomando el 30% como el pico de voltaje permisible del suministro de entrada a granel máximo, se puede esperar que el voltaje de salida reflejado resultante sea inferior a 130 V como expresado en la siguiente ecuación:
Por lo tanto, para una salida de 12 V, la relación de giro máxima del transformador primario / secundario o el NPS se puede calcular como se indica en la siguiente ecuación:
En nuestro diseño se ha incorporado una relación de giro de Nps = 10.
Este devanado debe calcularse de tal manera que sea capaz de producir un voltaje que puede ser un poco más alto que la especificación mínima de Vcc del IC, de modo que el IC pueda operar en condiciones óptimas y se mantenga la estabilidad en todo el circuito.
El devanado auxiliar Npa se puede calcular como se muestra en la siguiente fórmula:
El devanado auxiliar en el transformador se utiliza para polarizar y proporcionar el suministro operativo al IC.
Ahora, para el diodo de salida, la tensión de tensión en él puede ser equivalente a la tensión de salida y la fuente de entrada reflejada, como se indica a continuación:
Con el fin de contrarrestar los picos de voltaje debido al fenómeno de 'repiqueteo', se consideró necesario un diodo Schottky clasificado con un voltaje de bloqueo de 60 V o superior y se utilizó en este diseño.
También para mantener alejado el factor de pico de corriente de alto voltaje, El convertidor flyback está diseñado para trabajar con un modo de conducción continua (CCM).
Cálculo del ciclo de trabajo máximo:
Como se discutió en el párrafo anterior, una vez que calculamos el NPS del transformador, el ciclo de trabajo máximo requerido Dmax se puede calcular a través de la función de transferencia asignada para convertidores basados en CCM, los detalles se pueden ver a continuación:
Inductancia del transformador y corriente máxima
En nuestro circuito smps de 12 V y 2 amperios discutido, la inductancia de magnetización del transformador Lp se determinó según los parámetros CCM. En este ejemplo, la inductancia se eligió de modo que el convertidor pueda entrar en la zona de trabajo del CCM con alrededor del 10% de carga y usando un voltaje de carga mínimo para mantener la ondulación de salida al mínimo.
Para obtener más detalles sobre las diversas especificaciones técnicas y fórmulas, puede estudiar el hoja de datos original aquí
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