Neste artigo, discutimos de forma abrangente um circuito SMPS simples de 2 12 V 2 A usando o IC UC2842. Estudamos um projeto de flyback de 2 amperes avaliando várias fórmulas, que fornecem os detalhes de seleção exata para o enrolamento do transformador e as especificações das peças.
Design # 1: Introdução
O primeiro projeto é baseado no versátil IC VIPer53-E.
O VIPer53-E é construído com um controlador PWM de modo de corrente aprimorado que possui um MDMesh ™ Power MOSFET de alta tensão dentro do mesmo pacote. O VIPer53-E pode ser encontrado em alguns pacotes distintos, DIP8 e PowerSO-10. A placa de benchmark é, sem dúvida, uma fonte de alimentação off-line ampla que inclui o VIPer53-E projetado para regulação secundária operando o controlador PWM por meio de um opto- acoplador. A frequência de chaveamento é 100 kHz e a potência de saída geral é 24 W.
A seguir estão algumas das principais características do IC:
• Fonte de alimentação de uso geral baseada em SMPS
• Controle do modo de corrente junto com facilidade de limitação variável
• Eficiência em torno de bons 75%
• A saída é protegida com proteção contra curto-circuito e sobrecarga
• O excesso de temperatura também é controlado por meio de uma proteção embutida de desligamento térmico
• Está em conformidade com a especificação EN55022 Classe B EMI e padrões Blue Angel.
O diagrama do circuito do circuito proposto de 12 V 2 amp usando VIPer53-E pode ser testemunhado na imagem mostrada abaixo:
BAIXAR PCB COMPLETO E LISTA DE PEÇAS
As principais condições operacionais podem ser estudadas através da seguinte imagem:
Detalhes do transformador:
Os detalhes do enrolamento do transformador do núcleo de ferrite para o circuito SMPS acima podem ser analisados de acordo com os dados fornecidos na figura a seguir:
Mais informações sobre VIPer53-E podem ser estudadas neste artigo
Design # 2: Introdução
O próximo projeto é baseado no IC UC2842 da Texas Instruments , que também pode ser usado para construir um circuito SMPS de alto grau, de estado sólido e muito confiável, classificado em 12 V e com uma saída de corrente de 2 A a 4 A.
O diagrama de circuito completo deste projeto pode ser visto na figura a seguir:
Vamos tentar entender as funções e criticidade de alguns dos principais componentes usados neste circuito SMPS de 12 V 2 amperes:
Capacitor a granel de entrada Cin e tensão bruta mínima:
O capacitor bruto mostrado Cin pode ser incorporado usando um único ou alguns capacitores em paralelo, possivelmente usando um indutor através deles para eliminar o ruído gerado devido à condução em modo diferencial. O valor desse capacitor decide o nível de tensão bruta mínima.
Se um valor menor de Cin for usado para reduzir a tensão bruta mínima, pode resultar em aumento da corrente de pico primário, sobrecarregando os mosfets de comutação e também o transformador.
Ao contrário, manter o valor maior pode resultar em maior corrente de pico no mosfet e no trafo, o que também não é aceitável, portanto, um valor razoável, conforme indicado no diagrama, deve ser escolhido.
Isso pode ser feito usando a seguinte fórmula:
Aqui Vin (min) indica o valor RMS da tensão de entrada CA mínima que é cerca de 85 V RMS.
fLINE (min) denota a frequência do valor RMS acima, que pode ser assumido como sendo 47Hz.
Com referência à equação acima, para atingir um valor mínimo de tensão em massa de 75 V, com 85% de eficiência, o valor Cin deverá ser em torno de 126uF, em nosso protótipo 180uF foi considerado bom.
Calculando as relações de rotação do Tansformer:
Para começar com o cálculo do giro do transformador, a frequência de chaveamento mais favorável precisa ser encontrada.
Embora o IC UC2842 seja especificado para produzir uma frequência máxima de 500kHz, considerando todos os parâmetros viáveis e relacionados à eficiência, foi decidido selecionar e definir o dispositivo em torno de 110kHz.
Isso permitiu que o projeto fosse razoavelmente bem balanceado em termos de tamanho do transformador, dimensão do filtro EMI e ainda manter as operações dentro das perdas toleráveis.
O termo Nps refere-se ao primário do transformador e isso pode ser determinado dependendo da classificação do mosfet do driver usado junto com a classificação das especificações do diodo retificador secundário.
Para uma classificação de mosfet ideal, primeiro precisamos calcular a tensão de pico em massa com referência ao valor de tensão RMS máximo, que é 265 V CA de entrada em nosso caso. Portanto, temos:
Por uma questão de simplicidade e eficácia de custo, um mosfet IRFB9N65A avaliado em 650 V foi selecionado para este protótipo de circuito smps de 12 V 2 A.
Se considerarmos o estresse de tensão máxima no dreno mosfet em cerca de 80% de suas especificações, e tomando 30% como o pico de tensão permissível da fonte de entrada em massa máxima, a tensão de saída refletida resultante pode ser esperada ser inferior a 130 V, expresso na seguinte equação:
Portanto, para uma saída de 12 V, a relação máxima de rotação do transformador primário / secundário ou o NPS pode ser calculado conforme indicado na seguinte equação:
Em nosso projeto, uma relação de espiras de Nps = 10 foi incorporada.
Este enrolamento deve ser calculado de tal forma que seja capaz de produzir uma tensão que pode ser um pouco maior que a especificação Vcc mínima do IC, para que o IC possa operar em condições ideais e a estabilidade seja mantida em todo o circuito.
O enrolamento auxiliar Npa pode ser calculado conforme mostrado na seguinte fórmula:
O enrolamento auxiliar no transformador é usado para polarizar e fornecer a alimentação operacional para o IC.
Agora, para o diodo de saída, o estresse de tensão sobre ele pode ser equivalente à tensão de saída e à fonte de entrada refletida, conforme indicado abaixo:
A fim de conter os picos de tensão devido ao fenômeno de “toque”, um diodo Schottky classificado com uma tensão de bloqueio de 60 V ou mais foi considerado necessário e empregado neste projeto.
Além disso, para evitar o fator de pico de corrente de alta tensão, este conversor flyback é projetado para trabalhar com um modo de condução contínua (CCM).
Calculando o Ciclo de Trabalho Máximo:
Conforme discutido no parágrafo acima, uma vez que calculamos o NPS do transformador, o ciclo de trabalho máximo exigido Dmax pode ser calculado por meio da função de transferência conforme alocado para conversores baseados em CCM, os detalhes podem ser testemunhados abaixo:
Indutância do transformador e corrente de pico
Em nosso circuito smps 12V 2 amperes discutido, a indutância magnetizante Lp do transformador foi determinada de acordo com os parâmetros CCM. Neste exemplo, a indutância foi escolhida de forma que o conversor seja capaz de entrar na zona de trabalho do CCM com cerca de 10% da carga e usando a tensão bruta mínima para manter a ondulação de saída no nível mais baixo.
Para obter mais detalhes sobre as várias especificações técnicas e fórmulas, você pode estudar o ficha original aqui
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