Viper22a схема включения как работает

Схема блока питания 12В 1а с использованием viper22a

Схемы импульсного источника питания (SMPS) чаще всего требуются во многих электронных конструкциях для преобразования напряжения сети переменного тока в подходящий уровень напряжения постоянного тока для работы устройства. Этот тип преобразователей переменного тока в постоянный принимает сетевое напряжение 230 В / 110 В переменного тока в качестве входа и преобразует его в постоянное напряжение низкого уровня, переключая его, отсюда и название источника питания с переключателем. Ранее мы уже построили несколько схем SMPS, таких как эта схема SMPS 5V 2A и цепь SMPS 12V 1A TNY268. Мы даже создали наш собственный трансформатор SMPS, который можно было бы использовать в наших проектах SMPS вместе с ИС драйвера. В этом проекте мы построим еще одну схему SMPS 12 В 1A, используя VIPer22A, популярную недорогую ИС драйвера SMPS от STMicroelectronics. Это руководство проведет вас через полную схему, а также объясниткак построить собственный трансформатор для схемы VIPER. Интересное право приступим.

Технические характеристики источника питания VIPer22A

Как и в предыдущем проекте на основе SMPS, различные типы источников питания работают в разных средах и работают в определенных границах ввода-вывода. Этот SMPS также имеет спецификацию. Следовательно, перед тем, как приступить к фактическому проектированию, необходимо провести надлежащий анализ спецификации.

Спецификация входа: это будет SMPS в области преобразования переменного тока в постоянный. Следовательно, на входе будет переменный ток. В этом проекте входное напряжение фиксировано. Это соответствует европейскому стандарту номинального напряжения. Итак, входное переменное напряжение этого ИИП будет 220-240В. Это также стандартное номинальное напряжение Индии.

Выходные данные: Выходное напряжение выбрано в качестве 12V с 1А номинального тока. Таким образом, это будет выходная мощность 12 Вт. Поскольку этот SMPS будет обеспечивать постоянное напряжение независимо от тока нагрузки, он будет работать в режиме CV (постоянное напряжение). Кроме того, выходное напряжение будет постоянным и стабильным при самом низком входном напряжении при максимальной нагрузке (2 А) на выходе.

Пульсации выходного напряжения: крайне желательно, чтобы хороший источник питания имел пульсации напряжения менее 30 мВ пик-пик. Целевое напряжение пульсаций одинаково для этого SMPS, пульсации пик-пик менее 30 мВ. Однако пульсации на выходе SMPS сильно зависят от конструкции SMPS, печатной платы и типа используемого конденсатора. Мы использовали конденсатор с низким ESR и номиналом 105 градусов от Wurth Electronics, и ожидаемая пульсация на выходе ниже.

Цепи защиты: Существуют различные схемы защиты, которые можно использовать в SMPS для безопасной и надежной работы. Схема защиты защищает SMPS, а также связанную с ним нагрузку. В зависимости от типа схема защиты может быть подключена к входу или выходу. Для этого SMPS будет использоваться входная защита от перенапряжения с максимальным рабочим входным напряжением 275 В переменного тока. Кроме того, для решения проблем с электромагнитными помехами будет использоваться фильтр синфазных помех для подавления генерируемых электромагнитных помех. На стороне вывода мы будем включать в себя защиту от короткого замыкания, защита от перенапряжения и перегрузки по току.

Выбор микросхемы драйвера SMPS

Для каждой цепи SMPS требуется ИС управления питанием, также известная как ИС переключения, ИС SMPS или ИС осушителя. Подведем итоги проектных соображений, чтобы выбрать идеальную ИС управления питанием, которая будет подходить для нашей конструкции. Наши требования к дизайну:

1. Выход 12 Вт. 12В 1А при полной нагрузке.
2. Европейский стандарт входной мощности. 85-265 В переменного тока при 50 Гц
3. Защита от перенапряжения на входе. Максимальное входное напряжение 275 В переменного тока.
4. Выходная защита от короткого замыкания, перенапряжения и перегрузки по току.
5. Работа с постоянным напряжением.

Из вышеперечисленных требований существует широкий выбор микросхем, но для этого проекта мы выбрали драйвер питания VIPer22A от STMicroelectronics. Это очень недорогая микросхема драйвера питания от STMicroelectronics.

На изображении выше показана типичная номинальная мощность микросхемы VIPer22A. Тем не менее, нет специального раздела для спецификации выходной мощности с открытой рамой или адаптером. Мы сделаем SMPS в открытом корпусе и для европейского номинала ввода. В таком сегменте VIPer22A мог обеспечить выходную мощность 20 Вт. Мы будем использовать его для выхода 12 Вт. VIPer22A IC Распиновка приведена на рисунке ниже.

Проектирование схемы питания VIPer22AP

Лучший способ построить схему — использовать программное обеспечение Power Supply Design. Вы можете загрузить версию 2.24 программного обеспечения VIPer Design, чтобы использовать VIPer22A, последняя версия этого программного обеспечения больше не поддерживает VIPer22A. Это отличное программное обеспечение для проектирования блоков питания от STMicroelectronics. Предоставляя информацию о требованиях к конструкции, можно создать полную принципиальную схему источника питания. Схема VIPer22A для этого проекта, созданная с помощью программного обеспечения, показана ниже.

Прежде чем приступить к созданию прототипа, давайте рассмотрим работу схемы. Схема имеет следующие разделы —

1. Защита от импульсных перенапряжений и отказов SMPS
2. Входной фильтр
3. Преобразование AC-DC
4. Схема драйвера или схема переключения
5. Схема зажима.
6. Магнит и гальваническая развязка.
7. EMI фильтр
8. Вторичный выпрямитель
9. Раздел фильтра
10. Раздел обратной связи.

Защита от импульсных перенапряжений и отказов SMPS.

Этот раздел состоит из двух компонентов: F1 и RV1. F1 — это плавкий предохранитель с задержкой срабатывания 1 А, 250 В переменного тока, а RV1 — это 7-миллиметровый варистор на 275 В (металлооксидный варистор). Во время скачка высокого напряжения (более 275 В переменного тока) MOV резко замыкается и перегорает входной предохранитель. Однако благодаря функции медленного срабатывания предохранитель выдерживает пусковой ток через ИИП.

Входной фильтр

Конденсатор C3 представляет собой конденсатор сетевого фильтра 250 В переменного тока. Это конденсатор типа X, аналогичный тому, который мы использовали в нашей схеме бестрансформаторного источника питания.

Преобразование AC-DC.

Преобразование переменного тока в постоянный выполняется с использованием полного мостового выпрямительного диода DB107. Это выпрямительный диод с номиналом 1000 В, 1 А. Фильтрация осуществляется с помощью конденсатора емкостью 22 мкФ 400 В. Однако во время этого прототипа мы использовали конденсатор очень большой емкости. Вместо 22 мкФ мы использовали конденсатор 82 мкФ из-за наличия конденсатора. Конденсатор такой высокой емкости не требуется для работы схемы. 22 мкФ 400 В достаточно для номинальной выходной мощности 12 Вт.

Схема драйвера или схема переключения.

VIPer22A требует питания от обмотки смещения трансформатора. После получения напряжения смещения VIPer начинает переключение через трансформатор, используя встроенный высоковольтный МОП-транзистор. D3 используется для преобразования выхода переменного тока смещения в постоянный, а резистор R1, 10 Ом используется для управления пусковым током. Конденсатор фильтра — 4,7 мкФ 50 В для сглаживания пульсаций постоянного тока.

Схема зажима

Трансформатор действует как огромный индуктор на микросхему драйвера питания VIPer22. Следовательно, во время отключения трансформатор создает выбросы высокого напряжения из-за индуктивности рассеяния трансформатора. Эти высокочастотные скачки напряжения вредны для ИС драйвера питания и могут вызвать сбой в схеме переключения. Таким образом, это должно подавляться диодным зажимом на трансформаторе. D1 и D2 используются для цепи зажима. D1 — диод TVS, а D2 — диод сверхбыстрого восстановления. D1 используется для ограничения напряжения, а D2 используется как блокирующий диод. В соответствии с конструкцией заданное напряжение зажима (VCLAMP) составляет 200 В. Следовательно, P6KE200A выбран, а для проблем, связанных со сверхбыстрой блокировкой, UF4007 выбран как D2.

Магнит и гальваническая развязка.

Трансформатор представляет собой ферромагнитный трансформатор, который не только преобразует высокое напряжение переменного тока в низкое, но и обеспечивает гальваническую развязку. Имеет три порядка намотки. Первичная, вспомогательная или смещающая обмотка и вторичная обмотка.

Фильтр электромагнитных помех.

Фильтрация электромагнитных помех выполняется конденсатором C4. Это увеличивает невосприимчивость схемы, чтобы уменьшить высокие помехи EMI. Это конденсатор Y-класса с номинальным напряжением 2 кВ.

Вторичный выпрямитель и демпферная цепь.

Выходной сигнал трансформатора выпрямляется и преобразуется в постоянный ток с помощью выпрямительного диода Шоттки D6. Поскольку выходной ток составляет 2А, для этой цели выбран диод 3А 60В. SB360 — это диод Шоттки, рассчитанный на 3 А 60 В.

Раздел фильтра.

C6 — конденсатор фильтра. Это конденсатор с низким ESR для лучшего подавления пульсаций. Также используется пост-фильтр LC, где L2 и C7 обеспечивают лучшее подавление пульсаций на выходе.

Раздел обратной связи.

Выходное напряжение измеряется U3 TL431 и R6 и R7. После измерения линии U2 оптопара управляется и гальванически изолирует вторичный датчик обратной связи с контроллером первичной стороны. PC817 является оптрон. Он имеет две стороны, внутри транзистор и светодиод. Управляя светодиодом, можно управлять транзистором. Поскольку связь осуществляется оптически, она не имеет прямого электрического соединения, что обеспечивает гальваническую развязку цепи обратной связи.

Теперь, когда светодиод напрямую управляет транзистором, обеспечивая достаточное смещение через светодиод оптопары, можно управлять транзистором оптопары, а точнее схемой драйвера. Эта система управления используется TL431. Шунтирующий регулятор. По мере того как параллельный стабилизатор имеет резистор делитель через него контрольный штифт, он может контролировать оптрон светодиод, который соединен через него. Контактная обратная связь имеет опорное напряжение 2.5V. Следовательно, TL431 может быть активен только при достаточном напряжении на делителе. В нашем случае делитель напряжения установлен на значение 5В. Следовательно, когда выходное напряжение достигает 5 В, TL431 получает 2,5 В через опорный вывод и, таким образом, активирует светодиод оптопары, который управляет транзистором оптопары и косвенно управляет TNY268PN. Если на выходе недостаточно напряжения, цикл переключения немедленно приостанавливается.

Сначала TNY268PN активирует первый цикл переключения, а затем определяет свой вывод EN. Если все в порядке, он продолжит переключение, если нет, через некоторое время он попытается еще раз. Этот цикл продолжается до тех пор, пока все не нормализуется, что предотвращает проблемы с коротким замыканием или перенапряжением. Вот почему это называется топологией обратного хода, поскольку выходное напряжение возвращается к драйверу для измерения связанных операций. Кроме того, цикл попыток называется режимом икоты в случае отказа.

Конструкция коммутирующего трансформатора для схемы VIPER22ASMPS

Посмотрим на построенную схему построения трансформатора. Эта диаграмма получена из программного обеспечения для проектирования источников питания, которое мы обсуждали ранее.

Сердечник — E25 / 13/7 с воздушным зазором 0,36 мм. Первичная индуктивность составляет 1 мГн. Для постройки этого трансформатора необходимо следующее. Если вы новичок в строительстве трансформаторов, прочтите статью о том, как построить свой собственный трансформатор SMPS.

1. Лента полиэфирная
2. E25 / 13/7 Пары жил с воздушным зазором 0,36 мм.
3. Медный провод 30 AWG
4. Медный провод 43 AWG (мы использовали 36 AWG из-за отсутствия)
5. 23 AWG (для этого мы также использовали 36 AWG)
6. Горизонтальная или вертикальная шпулька (мы использовали горизонтальную шпульку)
7. Ручка для удержания шпульки во время намотки.

Шаг 1: Удерживая сердечник ручкой, начните медный провод 30 AWG от контакта 3 шпульки и продолжайте 133 оборота по часовой стрелке до контакта 1. Оберните 3 слоя полиэфирной ленты.

Шаг 2: Начните намотку смещения, используя медный провод 43 AWG от контакта 4, продолжайте до 31 витка и завершите обмотку на контакте 5. Нанесите 3 слоя полиэфирной ленты.

Начните намотку смещения, используя медный провод 43 AWG от контакта 4, продолжайте до 31 витка и завершите обмотку на контакте 5. Оберните 3 слоя полиэфирной ленты.

Шаг 3: запустите вторичную обмотку с вывода 10 и продолжите намотку 21 витка по часовой стрелке. Наклейте 4 слоя полиэфирной ленты.

Шаг 4: Закрепите сердечник с зазором рядом друг с другом изолентой. Это уменьшит вибрацию при передаче магнитного потока высокой плотности.

После завершения сборки трансформатор тестируется измерителем LCR для измерения значения индуктивности катушек. Измеритель показывает 913 мГн, что близко к первичной индуктивности 1 мГн.

Построение схемы ИИП VIPer22A:

Проверив номинальные параметры трансформатора, мы можем приступить к пайке всех компонентов на плате Vero, как показано на принципиальной схеме. Моя плата после завершения пайки выглядела так:

Тестирование схемы VIPer22A для ИИП 12В 1А:

Для проверки схемы я подключил входную сторону к источнику питания через VARIAC для управления входным напряжением сети переменного тока. На изображении ниже показано выходное напряжение 225 В переменного тока.

Как вы можете видеть на выходе, мы получаем 12,12 В, что близко к желаемому выходному напряжению 12 В. Полная работа показана в видео, прикрепленном внизу этой страницы. Надеюсь, вы поняли руководство и научились создавать собственные схемы SMPS с помощью трансформатора ручной работы. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в разделе комментариев ниже.

Зарядное устройство на Viper22a

Viper22A — данная микросхема предназначена для использования в импульсных источниках питания и является одним из наиболее часто используемых преобразователей переменного тока в постоянный.

Востребованность этого прибора можно обосновать тем, что он принимает переменное напряжение 110V/230V в качестве входного сигнала и преобразуют его в требуемый уровень постоянного напряжения.

Зарядное устройство для литиевых батарей 12,6V CC/CV на микросхеме Viper22A

Такая универсальность этих чипов делает их полезными для широкого круга применений. Их можно встретить повсюду, от зарядных устройств к смартфонам до блоков питания на лабораторных стендах и медицинских инструментов. Мы уже разработали несколько конструкций SMPS, таких как эта схема ИИП 5V 2A, ИИП 12V 1A TNY268 и схема CV на основе Viper 12V 1A.

Однако ни в одном из этих проектов мы не обсуждали источник питания постоянного тока (CC) с постоянным напряжением (CV). Конфигурация CC и CV необходима для создания зарядных устройств для литиевых аккумуляторов. В этой статье мы спроектируем и создадим зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов на 12,6 В для зарядки аккумуляторного блока на 12V.

Цепи постоянного тока чрезвычайно полезны, поскольку их можно использовать для защиты схемы от перегрузки по току, а также для зарядки литиевых батарей в соответствии с требованиями производителя. Его также можно использовать в качестве драйвера светодиодов постоянного тока, чтобы предотвратить перегорание светодиодов.

Итак, в этом проекте мы добавим возможности постоянного тока к нашему блоку питания на базе Viper22A и зафиксируем весь процесс сборки.

Спецификация схемы импульсного источника питания на базе Viper22A

Прежде чем мы приступим к проектированию SMPS, нам нужно составить краткий список спецификаций, потому что разные типы импульсных источников питания имеют не одинаковые входные и выходные характеристики и работают в разных условиях. Нам также необходимо учитывать, находится ли SMPS внутри адаптера или расположен на открытой плате.

Спецификация входных данных

Схема SMPS, которую мы создаем, будет иметь номинальное входное напряжение переменного тока 220–240 В, поскольку это российский стандарт. Хотя, такое значение, также является номинальным входным напряжением для ЕС.

Выходная спецификация

Выходное напряжение источника питания составляет 12,6 В при постоянном токе 1,3 А. Выходная мощность составит 16,8 Вт. Как обсуждалось ранее, SMPS будет работать как в режиме постоянного тока, так и в режиме постоянного напряжения. Это означает, что ток будет ограничен до 1,3 А, учитывая, насколько велика нагрузка.

Выходная пульсация

Поскольку цель разработки источника постоянного тока Viper22A состоит в том, чтобы использовать его в качестве драйвера светодиодов или зарядного устройства, характеристика выходной пульсации не имеет большого значения.

Но если вы используете этот блок питания для использования в высокочувствительной электроники, то вам нужно учитывать, что хороший БП будет иметь максимальное выходное напряжение пульсаций с размахом 30mV pk-pk.

Выходное пульсирующее напряжение зависит от двух основных факторов: конструкции трансформатора и выходного фильтра, поэтому в нашей схеме необходимо учитывать эти два фактора.

В данном случае мы используем трансформатор приобретенный у профессионального производителя, а в качестве конденсатора задействуем емкость с низким значением ESR.

Защита входа и выхода

Существуют различные типы схем защиты, которые можно использовать для безопасной и надежной работы SMPS. В основном модуль защиты можно разделить на две категории: входная и выходная защита. На входе эта схема защищает SMPS от переходного и высокого входного напряжения.

На выходе она защищает нагрузочное устройство от повреждения. Защита от перенапряжения на входе будет использоваться при максимальном рабочем входном напряжении 275 В переменного тока.

Кроме того, для устранения проблем с электромагнитными помехами будет использоваться синфазный фильтр для гашения генерируемых электромагнитных помех. В выходном каскаде мы включим защиту от короткого замыкания и от перенапряжения.

Выбор микросхемы драйвера SMPS

Чтобы построить правильно работающий ИИП, нам понадобится PMIC или микросхема управления питанием, и, как обсуждалось ранее, будет использована ИС контроллера SMPS Viper22A. Данное устройство будет иметь следующие характеристики:

• Выходная мощность 16,38 Вт, постоянное напряжение 12,6 В и ток 1,3 А.
• Стандартное номинальное входное напряжение 220-260 В
• Защита от перенапряжения на входе. Максимальное входное напряжение 275 В переменного тока.
• Защита от короткого замыкания, перенапряжения и перегрузки по току на выходе
• Операции с постоянным напряжением.

Исходя из приведенного выше требования, у нас есть большой выбор по классификации стандартов (ICS), но, как уже упоминалось ранее, мы будем использовать микросхему viper22A, поскольку она дешевая и легко доступна на рынке.

Из приведенной ниже таблицы данных Viper22A можно видеть, что возможности питания находятся в пределах наших требований для набора DIP-корпусов, поэтому будем использовать эту микросхему.

Потенциальная возможность питания микросхемы Viper22

Компоненты, необходимые для сборки зарядного устройства для литиевых аккумуляторов на 12 В

Компоненты, необходимые для построения схемы SMPS на базе Viper22A, перечислены ниже. Большинство деталей, которые используются для создания этого проекта, можно найти в местном магазине электронных товаров или в любом интернет-магазине. Полная спецификация схемы зарядного устройства на базе Viper22A показана ниже.

• VIPer22A — шим-контроллер — 1
• Ферритовый Ш-образный трансформаторE E25 SMPS — 1
• Конденсатор 0,15 нФ, 250 В переменного тока — 1 шт.
• Конденсатор 100мкФ, 16В — 2 шт.
• Резистор 10К — 1
• Резистор 1K — 1
• Резистор 680R — 1 шт.
• Резистор 4.7K — 1
• Резистор 10 Ом — 2
• Резистор 180К — 1
• Резистор 2,2К — 1
• Конденсатор 22 мкФ, 400 В — 1 шт.
• Резистор 27К — 1
• Катушка индуктивности 3,3 мкГн, 1А — 1
• Конденсатор 4,7 мкФ, 16 В — 1 шт.
• Резистор 9.1K — 1
• Мостовой выпрямитель DB107G — 1
• FR107 Диод быстрого восстановления — 1
• LM358 Операционный усилитель — 1
• EL817 Оптопара — 1
• SR360 Диод Шоттки — 1
• Предохранитель с задержкой срабатывания T500 мА — 1
• Регулятор напряжения TL431 — 1
• Ультра быстрый диод UF4007 — 1
• Красный светодиод — 1
• Зеленый светодиод — 1
• Резистор 1R,2Вт — 3
• Конденсатор 1000 мкФ, 16 В — 1 шт.
• Конденсатор 0,1 мкФ, 16 В — 4 шт.

Принципиальная схема зарядного устройства CC/CV на базе Viper22A

Мы начали создавать нашу схему, используя программное обеспечение для проектирования блоков питания от Viper. Если у вас появятся затруднения с работой этой программы, то вот здесь можно узнать подробности ее использования.

Скачать программное обеспечение VIPer Design версии 2.24: viper_design_software

Выбрав спецификацию ввода и вывода, можно создать полную схему источника питания. Полная схема зарядного устройства CC/CV на базе Viper22A показана ниже.

1. Защита от перенапряжения и сбоев на входе
2. Входной фильтр
3. Преобразование переменного тока в постоянный
4. Цепь драйвера или главный переключатель коммутатора
5. Цепь зажима
6. Фильтр электромагнитных помех
7. Вторичный выпрямитель
8. Блок фильтра
9. Каскад обратной связи
10. Цепь постоянного тока

Защита от скачков напряжения на входе SMPS

Схема защиты от бросков напряжения на входе источника питания состоит из трех каскадов: первый каскад, это плавкий предохранитель с задержкой срабатывания, второй — NTC на 10 Ом, и, наконец, у нас установлен 7-мм металл-оксидный варистор (MOV) на 250 В, так как максимальное входное напряжение микросхемы VIPer22A составляет 265V.

Во время скачка высокого напряжения в цепи варистора произойдет короткое замыкание, и предохранитель перегорит, защищая микросхему от высокого входного напряжения. Предохранитель, используемый в схеме SMPS, должен быть плавким предохранителем замедленного действия.

Это необходимо потому, что при включении цепи будет протекать огромный ток из-за конденсатора. Именно NTC предназначен для ограничения этого пускового тока, протекающего в первые два или три цикла загрузки.

Входной фильтр

Для входного фильтра мы используем конденсатор 0,15 нФ, 250 В переменного тока. Конденсатор представляет собой емкость X-типа, используемого для подавления помех. Мы применили этот тип конденсатора в нашей схеме источника питания без трансформатора.

Преобразование переменного тока в постоянный

Основным компонентом преобразователя переменного тока в постоянный является мостовой выпрямитель, и по этой причине мы используем диодный мост в DIP-корпусе DB107 1A. Для фильтрации зашумленного сигнала постоянного тока мы установили конденсатор 22 мкФ, 400 В с низким ESR.

Схема драйвера или основная коммутационная микросхема

Viper22A является основным коммутационным компонентом нашего блока питания, и для запуска процесса коммутации, устройству требуется питание от вспомогательной обмотки трансформатора.

Как только напряжение переключения появляется и превышает 9 В, начинается переключение через основной трансформатор с помощью встроенного полевого транзистора.

Зажимная цепь или защитная цепь переходного процесса

Сам трансформатор представляет собой большую катушку индуктивности. И, как и любой дроссель, он создает всплеск высокого напряжения в период выключения трансформатора, который может повредить микросхему Viper22.

Поэтому, чтобы предотвратить это, нам нужно задействовать схему подавления переходных напряжений. Вот эта цепочка D5, R2 и C7 выполняет функцию подавления.

Вторичный выпрямитель

Высокочастотный выход трансформатора выпрямляется и фильтруется диодом D1 SR360. Предельный выходной ток диода составляет 3 А, поэтому он может легко справиться с максимальным током на выходе нашего блока питания, который составляет 1,3 А.

Цепь фильтра

На схеме C3, L3 и C13 составляют цепочку фильтра LC PI. Тем самым LC-фильтр обеспечивает эффективное подавление пульсаций на выходе источника питания.

Каскад обратной связи

Каскад полной обратной связи состоит из TL431(U2), LM358N(IC1), PC817(OK2) и двух светодиодов LED1, LED2. TL431 определяет выходное напряжение и выдает 2,5 В. Теперь эти 2,5 В сравниваются с выходным напряжением операционного усилителя (IC1B), а напряжение обратной связи понижается делителем (R7 и R5).

Теперь, когда напряжение на не инвертирующем входе источника питания становится больше, чем на инвертирующем, выходная цепь операционного усилителя получает высокий уровень, при этом загорается светодиод LED1, указывая, что он находится в режиме постоянного напряжения или CV.

Далее включается оптопара и подает некоторое напряжение на вывод обратной связи микросхемы VIPER22A, и ШИМ-контроллер соответствующим образом регулирует скорость переключения.

Таким образом, для каскада с постоянным током операция становится почти такая же, как и с остальными. Резисторы R8, R9 вместе с R13 образуют делитель напряжения. И это напряжение сравнивается с падением напряжения на резисторе 0,33 Ом, который мы установили, запараллелив три резистора по 1 Ом.

После этого, если напряжение на контакте 3 операционного усилителя станет выше, чем на контакте 2, на выходе операционного усилителя появится высокий уровень, светодиод LED2 включается и будет управлять оптопарой, а модуль зарядного устройства начнет работать в режиме CC.

Печатная платы для зарядного устройства 12 В с использованием Viper22A

Печатная плата зарядного устройства CC-CV выполнена на одностороннем фольгированном стеклотекстолите определенного размера. Я использовал программу Eagle для разводки дорожек на печатной плате, но вы можете выбрать любое другое программное обеспечение для проектирования по своему желанию. 2D-изображение моей платы показано ниже.

Как вы можете видеть на нижней стороне, я использовал в силовой цепи угловые площадки усиленные слоем припоя, чтобы обеспечить протекание через них достаточно большого тока, толстые многоугольники также действуют как радиатор для рассеивания тепла.

На снимке выше показаны нижняя и верхняя стороны печатной платы после пайки.

Конструкция трансформатора для схемы SMPS на базе Viper22A

Как мы упоминали ранее, вам нужно программное обеспечение для проектирования viper, и установки входных и выходных параметров, после того, как вы установите, вам нужно всего лишь нажать на кнопку Transformer.

Как только вы нажмете на кнопку трансформатора, вы получите что-то вроде изображения, показанного ниже.

Сердечник E20/10/5 с воздушным зазором 0,68 мм. Индуктивность первичной обмотки составляет 0,72 мГн. Соотношение витков первичной обмотки — 113 витков намотанных эмалированным проводом диаметром 0.25 мм. Вспомогательный провод имеет 22 витка с проводом 0.05 мм.

Выходные обмотки выполнены с 19 витками проводом 0.75. Имея всю информацию из программы проектирования трансформаторов, мы заказали трансформатор в профессиональной компании и через неделю получили партию. Трансформаторы выглядят примерно так, как показано на рисунке ниже.

Тестирование схемы SMPS на базе Viper22A

Для проверки работы схемы у нас есть тестовая установка, показанная ниже. Для измерения выходного напряжения мы используем мультиметр, а для измерения тока — токоизмерительные клещи.

Теперь, как вы можете видеть, схема включена, и на выходе мы получаем 12,7 вольт, что делает эту схему идеальной для зарядки 3S аккумуляторной батареи.

Далее, мы подключили нагрузку к выходу блока питания. Нагрузка представляет собой два резистора по 10 Ом, включенных параллельно, что составило общее сопротивление 5 Ом, и, как видно на снимке, через резистор протекает ток 900 мА.

Значение тока ниже, потому что во время построения схемы у нас не было резистора 9,1 кОм, и нам нужно было соединить несколько резисторов последовательно, чтобы получить это значение 9,1 кОм. Поэтому мы не получая полные 1.3А на выходе.

Проблемы при построении схемы с решениями

Есть много проблем, с которыми мы столкнулись при построении схемы. Самая большая из них — это аналоги микросхем, которые были в нашем распоряжении.

В оригинальной микросхеме контакты № 5, 6, 7 и 8 закорочены, но в аналоге микросхеме контакты № 7 и 8 закорочены, а контакты № 5 и 6 не имеют связи с контактами 7 и 8.

Далее необходимо было проследить за вспомогательным напряжением трансформатора. Если вспомогательное напряжение трансформатора не превышает 9 В, микросхема не начнет работать.

Следующая проблема была связана с конструкцией цепи постоянного тока. Микросхема Viper не предназначена для работы с постоянным током, и нам пришлось добавить дополнительную схему, чтобы включить режим постоянного тока для Viper.

С другой стороны, если бы мы использовали микросхему Power Integrations, в ней имеется встроенная функция ограничения тока, но в чипе viper такой функции нет.

DataSheet

Техническая документация к электронным компонентам на русском языке.

VIPER22A- Основной ключ импульсного блока питания с низким энергопотреблением

Особенности

• Фиксированная частота переключения 60 кГц
• Широкий диапазон напряжения V_DD от 9 В до 38 В
• Режим управления током
• Дополнительная блокировка при пониженном напряжении с гистерезисом
• Высоковольтный источник пускового тока
• Защита от перегрева, перегрузки по току и напряжению с автоматическим перезапуском

Основной тип	SO-8	DIP-8
Европейский (195 — 265 В перем. тока)	12 Вт	20 Вт
США / широкий диапазон (85 — 265 В переменного тока)	7 Вт	12 Вт

Описание

VIPer22A-E объединяет в себе отдельный ШИМ-контроллер с токовым режимом и высоковольтный силовой полевой МОП-транзистор, расположенные на одном кремниевом кристалле.

Типовые области применения микросхемы это автономные источники питания для адаптеров зарядных устройств, резервные источники питания для телевизоров или мониторов, вспомогательные источники для управления двигателем и т. д. Внутренняя схема управления предлагает следующие преимущества:

Большой диапазон входного напряжения на выводе V_DD учитывает изменения вспомогательного напряжения питания. Эта функция хорошо адаптирована к конфигурациям адаптера зарядного устройства.

Автоматический пакетный режим при низкой нагрузке

Защита от перенапряжения в режиме HICCUP.

Рисунок 1. Блок-схема VIPER22A

1 Электрические параметры

1.1 Максимальные значения

Значения выше номинала, указанного в таблице «абсолютных максимальных значений», может привести к необратимому повреждению устройства. Здесь указаны максимальные значения, и работа устройства при этих или любых других условиях, превышающих указанные в номинальных режимах данной спецификации, не подразумевается. Воздействие абсолютных максимальных значений в течение продолжительного времени может повлиять на надежность устройства.

1. Этот параметр применяется, когда источник пускового тока ВЫКЛЮЧЕН. Это тот случай, когда напряжение V_DD достигло V_DDon и остается выше V_DDoff.
2. Этот параметр применяется, когда включен источник пускового тока. Это тот случай, когда напряжение V_DD еще не достигло V_DDon или упало ниже V_DDoff.

1.2 Тепловые характеристики

1. При установке на стандартную одностороннюю плату FR4 с площадью медной фольги 200 мм ₂ (толщиной не менее 35 мкм), подключенной ко всем выводам DRAIN.

2 Электрические характеристики

T_J = 25 °C, V_DD = 18 В, если не указано иное

1. На зажимах индуктивной нагрузки

1. Эти условия испытаний, полученные с резистивной нагрузкой, приводят к максимальному времени в открытом состоянии.

1. Вышеуказанные значения мощности получены при адекватных тепловых условиях.

3 Распиновка и назначение выводов

Рисунок 2. Распиновка

Рисунок 3. Условные направление токов и напряжений

Вывод	Назначение вывода
VDD	Питание цепей управления. Также обеспечивает зарядный ток во время запуска благодаря источнику тока высокого напряжения, подключенному к стоку. Для этого компаратор c гистерезисом контролирует напряжение VDD и обеспечивает два порога срабатывания: — VDDon: значение напряжения (обычно 14,5 В), при котором устройство начинает переключаться и отключает источник пускового тока. — VDDoff: значение напряжения (обычно 8 В), при котором устройство прекращает переключение и включает источник пускового тока.
SOURCE	Исток мощного МОП-транзистора и общий провод (земля)
DRAIN	Сток мощного МОП-транзистора. Также используется внутренним источником тока высокого напряжения во время фазы запуска для зарядки внешнего конденсатора питания VDD.
FB	Вывод обратной связи. Диапазон полезного напряжения располагается в пределах от 0 В до 1 В и определяет пиковый ток стока МОП-транзистора. Ограничение тока, которое соответствует максимальному току стока, достигается для вывода FB, закороченного на вывод SOURCE.

Таблица 10. Назначение выводов

4 Принцип работы

4.1 Прямоугольные U-I выходные характеристики

Рисунок 4. Зарядное устройство с прямоугольной U-I выходной характеристикой

Полная схема регулирования может обеспечить комбинированные и точные выходные характеристики. На рисунке 4. представлена вторичная обратная связь через оптрон, управляемый TSM101. Эта микросхема имеет два операционных усилителя и источник опорного напряжения, что позволяет регулировать как выходное напряжение, так и ток. Интегрированная функция ИЛИ выполняет комбинацию двух результирующих сигналов ошибки, что приводит к двойному ограничению напряжения и тока, известному как прямоугольная выходная характеристика. Этот тип источника питания особенно полезен для зарядных устройств аккумуляторов, где выход в основном используется в токовом режиме, чтобы обеспечить определенную скорость зарядки. Точная регулировка напряжения также удобна для литий-ионных аккумуляторов, требующих обоих режимов работы.

4.2 Широкий диапазон напряжения V_DD

Диапазон напряжения на выводах V_DD составляет от 9 В до 38 В. Эта особенность обеспечивает большую гибкость при проектировании для достижения различных характеристик. На Рисунке 4 была выбрана прямая конфигурация, чтобы предоставить устройству два преимущества:

• Как только устройство начинает переключаться, оно сразу получает энергию от вспомогательной обмотки. Таким образом, емкость C5 может быть уменьшена, небольшого керамического smd-конденсатора (100 нФ) достаточно для обеспечения функции фильтрации. Общее время запуска от включения входного напряжения до наличия выходного напряжения резко сокращается.
• Характеристика выходного тока может сохраняться даже при очень низком или нулевом выходном напряжении. Поскольку TSM101 также питается в прямом режиме, она поддерживает регулировку тока независимо от выходного напряжения. Напряжение на выводе V_DD может изменяться в той же степени, что и входное напряжение, то есть с коэффициентом около 4 для широкого диапазона применений.

4.3 Принцип работы обратной связи

Вывод обратной связи контролирует работу устройства. В отличие от обычных схем управления ШИМ, которые используют вход напряжения (инвертированный вход операционного усилителя), вывод FB чувствителен к току. На рисунке 5 представлена внутренняя структура токового режима.

Рисунок 5. Внутренняя структура контроля тока

Силовой МОП-транзистор выдает ток отслеживания I_s, который пропорционален основному току I_d. Через R2 проходит этот ток и ток, идущий от вывода FB. Затем напряжение на R2 сравнивается с фиксированным опорным напряжением около 0,23 В. МОП-транзистор отключается, когда выполняется следующее уравнение:

Из чего следует значение I_s:

Используя отношение тока отслеживания из коэффициента усиления МОП-транзистора G_ID:

Ограничение тока достигается при замыкании вывода FB на землю (V_FB = 0 В). Это приводит к возникновению отрицательного тока на этом выводе, который выражается следующим образом:

Подставив это выражение в предыдущее, можно получить ограничение тока стока I_Dlim:

В реальном применении вывод FB управляется оптопарой, как показано на рисунке 5., которая действует как подтягивающий резистор. Таким образом, невозможно действительно замкнуть этот вывод на землю, и указанное выше значение тока стока недостижимо. Тем не менее, конденсатор C усредняет напряжение на выводе FB, и когда оптопара выключена (запуск или короткое замыкание), можно предположить, что соответствующее напряжение очень близко к 0 В.

Для малых токов стока формула (1) действительна до тех пор, пока I_FB удовлетворяет условию I_FB <I_FBsd, где I_FBsd — внутренний порог VIPer22A. Если IFB превысит этот порог, устройство перестанет переключаться. Это показано на Рисунке 12, а значение I_FBsd указано в РАЗДЕЛЕ ШИМ КОМПАРАТОР. Фактически, как только ток стока составит около 12% от I_dlim, то есть 85 мА, устройство перейдет в пакетный режим, пропустив циклы переключения. Это особенно важно, когда преобразователь слегка нагружен.

Рисунок 6. Передаточная функция I_FB

Из всего выше сказанного можно построить зависимость постоянного тока I_D от тока I_FB, как показано на рисунке 6. На этом рисунке также учтено время внутреннего гашения и связанное с ним минимальное время включения. Это налагает требование на минимальный ток стока, при котором устройство больше не может управлять им линейно. Этот ток стока зависит от значения индуктивности первичной обмотки трансформатора и входного напряжения. Могут возникнуть два случая, в зависимости от значения этого тока по сравнению с фиксированным значением 85 мА, как описано выше.

Рисунок 7. Последовательность запуска

Это зарядное устройство включает в себя источник пускового тока высокого напряжения, подключенный к стоку устройства. Как только на вход преобразователя подается напряжение, этот источник пускового тока активируется до тех пор, пока V_DD ниже, чем V_DDon. При достижении значения V_DDon источник пускового тока отключается, и устройство начинает работать, включая и выключая свой основной силовой МОП-транзистор. Поскольку на вывод FB не поступает ток от оптопары, устройство работает с полной допустимой нагрузкой по току, и выходное напряжение возрастает до тех пор, пока не достигнет точки регулирования, когда вторичный контур начинает посылать ток в оптопару. В этот момент преобразователь переходит в регулируемый режим, при котором на вывод FB поступает ток, необходимый для подачи необходимой мощности на вторичную обмотку.

Эта последовательность показана на рисунке 7. Обратите внимание, что во время реальной фазы запуска tss устройство потребляет некоторую энергию от конденсатора на V_DD, ожидая, пока вспомогательная обмотка обеспечит непрерывное питание. Если значение этого конденсатора слишком низкое, фаза запуска завершается до получения энергии от вспомогательной обмотки, и преобразователь никогда не запустится. Это показано на том же рисунке пунктирными линиями.

4.5 Порог перенапряжения

Детектор перенапряжения на выводе VDD позволяет VIPer22A перезапускать себя, когда V_DD превышает V_DDovp. Это проиллюстрировано на Рисунке 8., который показывает всю последовательность событий перенапряжения. Обратите внимание, что это событие фиксируется только на время, необходимое V_DD для достижения значения V_DDoff, а затем устройство автоматически возобновляет нормальную работу.

Рисунок 8. Последовательность событий при перенапряжении

5 Графики и схемы работы

Рисунок 9. Время нарастания и спада Рисунок 10. Пусковой ток от напряжения V_DD Рисунок 11. Коэффициент заполнения при перезапуске Рисунок 12. Пиковый ток стока в зависимости от тока обратной связи Рисунок 13. Тепловое отключение Рисунок 14. Частота переключения от температуры Рисунок 15. Ограничение тока в зависимости от температуры

6. Размеры корпуса

Чтобы соответствовать экологическим требованиям, ST предлагает эти устройства в различных классах пакетов ECOPACK®, в зависимости от их уровня соответствия экологическим требованиям. Технические характеристики ECOPACK®, определения марок и статус продукта доступны на сайте: www.st.com. ECOPACK — торговая марка ST.

Таблица 11. Размеры корпуса DIP-8 Рисунок 16. Чертеж корпуса DIP-8 Таблица 12. Размеры корпуса SO-8 Рисунок 17. Размеры корпуса SO-8

7 Парт номера

Парт номер	Корпус	Упаковка
VIPER22ASTR-E	SO-8	Лента и катушка
VIPer22AS-E	SO-8	Труба
VIPer22ADIP-E	DIP-8	Труба

Таблица 13. Парт номера

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

VIPER22A — шим-контроллер — даташит

Микросхема VIPER22A предназначена для построения гальванически развязанных преобразователей с обратной связью (flyback converters) с постоянным входным напряжением от 35 до 400 В (переменным входным напряжением от 85 до 300 В), выходным напряжением от 2,5 до 150 В и токами до 30 А. VIPER22A имеет встроенные режимы токовой стабилизации и управляемого ограничения по току, функции авторестарта и мягкого старта, защиты от перенапряжений и перегрузки, возможность внешней синхронизации и управления отключением – позволяет проектировать компактные и высоконадежные ИП с КПД до 90%. Интеграция в одном кристалле микросхемы VIPER22A шим-контроллера и высоковольтного МОП-транзистора позволяет значительно повысить надёжность микросхем за счёт уменьшения числа компонентов системы и встроенных в микросхему схем защиты от перегрузки по току и перегрева. Уменьшение числа компонентов и упрощение конструирования позволяют также понизить общую стоимость разработки и производства источников питания. Упрощение проектирования уменьшает вероятность паразитного возбуждения и пульсацию выходного напряжения, что нередко бывает вследствие неудачного расположения элементов и печатных проводников на плате.
Описание из даташита.

Скачать datasheet VIPER22A. Даташит, описание, PDF, техническая документация.

Сварочные инверторы в которых применяется шим-контроллер VIPER22A