2 circuits SMPS compacts 12 V 2 A pour pilote de LED

Dans cet article, nous discutons en détail d'un circuit SMPS simple de 2 12 V à 2 ampères utilisant l'IC UC2842. Nous étudions une conception flyback de 2 ampères en évaluant diverses formules, qui fournissent les détails de sélection exacts pour l'enroulement du transformateur et les spécifications des pièces.

Conception n ° 1: introduction

La première conception est basée sur le polyvalent IC VIPer53-E.

Le VIPer53-E est construit avec un contrôleur PWM de mode courant amélioré qui a un MOSFET de puissance MDMesh ™ haute tension dans le même boîtier. Le VIPer53-E peut être trouvé dans un couple de boîtiers distincts, DIP8 et PowerSO-10. coupleur. La fréquence de découpage est de 100 kHz et la puissance de sortie globale est de 24 W.

Vous trouverez ci-dessous quelques-unes des principales caractéristiques du CI:

• Bloc d'alimentation à usage général basé sur SMPS
• Contrôle du mode actuel avec fonction de limitation variable
• Efficacité d'environ 75%
• La sortie est protégée par une protection contre les courts-circuits et les surcharges
• La surchauffe est également contrôlée par une protection d'arrêt thermique intégrée
• Conforme aux spécifications EMI EN55022 Classe B et aux normes Blue Angel.

Le schéma de circuit du circuit proposé 12V 2 ampères utilisant VIPer53-E peut être vu dans l'image ci-dessous:

TÉLÉCHARGER LA LISTE COMPLÈTE DES PCB ET DES PIÈCES

Les principales conditions de fonctionnement peuvent être étudiées à travers l'image suivante:

Détails du transformateur:

Les détails de l'enroulement du transformateur à noyau de ferrite pour le circuit SMPS ci-dessus peuvent être analysés selon les données fournies dans la figure suivante:

Plus d'informations sur VIPer53-E peuvent être étudiées dans cet article

Conception n ° 2: Introduction

Le prochain design est basé sur le IC UC2842 de Texas Instruments , qui peut également être utilisé pour construire un circuit SMPS de haute qualité, à semi-conducteurs, très fiable, évalué à 12 V, et avec une sortie de courant de 2 ampères à 4 ampères.

Le schéma de circuit complet de cette conception peut être représenté sur la figure suivante:

Essayons de comprendre les fonctions et les aspects critiques de quelques-uns des principaux composants utilisés dans ce circuit SMPS 12V 2 ampères:

Condensateur de masse d'entrée Cin et tension de masse minimale:

Le condensateur en vrac Cin représenté peut être incorporé en utilisant un seul ou quelques condensateurs en parallèle, éventuellement en utilisant une inductance entre eux pour éliminer le bruit généré en raison de la conduction en mode différentiel. La valeur de ce condensateur décide du niveau de tension de masse minimale.

Si une valeur inférieure Cin est utilisée pour réduire la tension de masse minimale, cela peut entraîner une surcharge du courant de crête primaire élevé surchargeant les mosfets de commutation ainsi que le transformateur.

Au contraire, maintenir la valeur plus grande peut entraîner un courant de crête plus élevé sur le mosfet et le trafo, ce qui n'est pas non plus acceptable, par conséquent une valeur raisonnable comme indiqué dans le diagramme doit être choisie.
Cela peut être fait en utilisant la formule suivante:

Ici, Vin (min) indique la valeur RMS de la tension d'entrée AC minimale qui est d'environ 85 V RMS.

fLINE (min) désigne la fréquence de la valeur RMS ci-dessus qui peut être supposée être 47Hz.

En référence à l'équation ci-dessus, pour atteindre une valeur de tension de masse minimale de 75 V, à 85% d'efficacité, la valeur Cin devra être d'environ 126 uF, dans notre prototype, 180 uF s'est avéré très bien.

Calcul des rapports de rotation du Tansformer:

Pour commencer le calcul du tour du transformateur, il faut trouver la fréquence de découpage la plus favorable.

Bien que l'IC UC2842 soit spécifié pour produire une fréquence maximale de 500 kHz, compte tenu de tous les paramètres réalisables et liés à l'efficacité, il a été décidé de sélectionner et de régler l'appareil à environ 110 kHz.

Cela a permis à la conception d'être raisonnablement bien équilibrée en termes de taille du transformateur, de dimension du filtre EMI tout en maintenant les opérations dans les limites des pertes tolérables.

Le terme Nps fait référence au primaire du transformateur et cela peut être déterminé en fonction de la valeur nominale du mosfet pilote utilisé ainsi que de la valeur nominale des spécifications de la diode de redressement secondaire.

Pour une estimation optimale du mosfet, nous devons d'abord calculer la tension totale de crête en référence à la valeur de tension RMS maximale qui est de 265 V CA d'entrée dans notre cas. Par conséquent, nous avons:

Dans un souci de simplicité et de rentabilité, un mosfet IRFB9N65A de 650 V a été sélectionné pour ce prototype de circuit smps 12V 2 ampères.

Si nous considérons que la contrainte de tension maximale sur le drain mosfet est d'environ 80% de ses spécifications, et en prenant 30% comme pic de tension admissible de l'alimentation d'entrée en vrac maximale, la tension de sortie réfléchie résultante peut être inférieure à 130 V comme exprimé dans l'équation suivante:

Par conséquent, pour une sortie 12 V, le rapport de rotation maximal du transformateur primaire / secondaire ou le NPS peut être calculé comme indiqué dans l'équation suivante:

Dans notre conception, un rapport de rotation de Nps = 10 a été incorporé.

Cet enroulement doit être calculé de manière à pouvoir produire une tension qui peut être un peu plus élevée que la spécification Vcc minimale du circuit intégré, de sorte que le circuit intégré puisse fonctionner dans des conditions optimales et que la stabilité soit maintenue dans tout le circuit.

L'enroulement auxiliaire Npa peut être calculé comme indiqué dans la formule suivante:

L'enroulement auxiliaire dans le transformateur est utilisé pour polariser et fournir l'alimentation de fonctionnement au CI.

Maintenant, pour la diode de sortie, la contrainte de tension sur celle-ci peut être équivalente à la tension de sortie et à l'alimentation d'entrée réfléchie, comme indiqué ci-dessous:

Afin de contrer les pics de tension dus au phénomène de «sonnerie», une diode Schottky évaluée avec une tension de blocage de 60 V ou plus a été jugée nécessaire et utilisée dans cette conception.

Également pour éviter le facteur de pointe de courant haute tension, ce le convertisseur flyback est conçu pour travailler avec un mode de conduction continue (CCM).

Calcul du cycle de service maximal:

Comme indiqué dans le paragraphe ci-dessus, une fois que nous calculons le NPS du transformateur, le cycle de service maximal requis Dmax peut être calculé via la fonction de transfert allouée pour les convertisseurs basés sur CCM, les détails peuvent être vus ci-dessous:

Inductance du transformateur et courant de crête

Dans notre circuit smps 12 V 2 ampères discuté, l'inductance magnétisante Lp du transformateur a été déterminée selon les paramètres CCM. Dans cet exemple, l'inductance a été choisie de telle sorte que le convertisseur soit capable d'entrer dans la zone de travail CCM avec une charge d'environ 10% et en utilisant une tension de masse minimale afin de maintenir l'ondulation de sortie au plus bas.

Pour plus de détails sur les différentes spécifications techniques et formules, vous pouvez étudier le fiche technique originale ici