使用Viper VP22A低功耗主开关IC构建简单的12.6V CC/CV锂电池充电器

开关模式电源(SMPS)是市场上最常用的交流-直流转换器之一，因为它们接受110V/230V交流作为输入，并将其转换为理想的直流电压水平，使其适用于广泛的应用。它们无处不在，从智能手机充电器到实验室工作台电源，再到医疗工具。我们已经开发了一些SMPS电路，例如5V 2A SMPS电路，12V 1A TNY268 SMPS电路和12V 1A基于毒蛇的CV电路。然而，我们没有在任何这些项目中讨论恒流(CC)与恒压(CV)电源。CC和CV配置需要构建锂电池充电器，在本文中，我们将设计和构建一个12.6V锂离子电池充电器，为我们在之前的教程中构建的12V电池组充电。恒流电路是非常有用的，因为它们可以用来保护你的电路从过流，以及根据制造商的要求充电锂电池。它还可以用作恒流LED驱动器，以防止LED烧坏。因此，在这个项目中，我们将在基于viper22的电源中添加恒流功能，并将记录整个施工过程。

基于Viper22A的SMPS电路设计规范

在我们开始SMPS设计之前，我们需要列出规格，因为不同类型的SMPS在不同的环境中工作，并且它们有输入和输出规格。我们还需要考虑SMPS是在适配器内还是在开放环境中。

输入规格

我们正在建造的SMPS电路将具有220V-240V的交流输入电压额定值，因为这是标准的印度规格。这也是EU的额定输入电压。

输出规范

电源输出电压为12.6V，恒流为1.3A。输出功率为16.8瓦。如前所述，SMPS将在恒流和恒压模式下工作，这意味着考虑到负载的大小，电流将被限制在1.3A。

输出纹波

由于设计恒流电源的目的是将其用作LED驱动器或电池充电器，因此输出纹波规格并不重要。但是，如果您使用该电源为高度敏感的电子设备供电，那么您需要考虑一个好的电源将具有30mV pk-pk的最大输出纹波电压。输出纹波电压取决于两个主要因素，即变压器结构和输出滤波器，因此我们需要在设计中考虑这两个因素。我们将从专业制造商处订购变压器，至于电容器，我们将使用低ESR值的电容器。

输入输出保护

有各种类型的保护电路可用于SMPS的安全可靠运行，但保护系统可分为两类：输入保护和输出保护。输入保护电路保护SMPS免受瞬态和高输入电压的影响。输出保护电路保护负载装置不被损坏。输入浪涌保护将在最大工作输入电压为275VAC时使用。此外，为了处理EMI问题，将使用共模滤波器来消除产生的EMI。在输出端，我们将包括短路保护和过压保护电路。

SMPS驱动IC的选择

为了构建一个正常工作的SMPS，我们将需要一个PMIC或电源管理IC，正如我们之前讨论的，我们将使用Viper22A SMPS控制器IC。该电路将具有以下功能。

•16.38W输出，12.6V CV, 1.3A CC。

•标准(220-260)V输入额定电压

•输入防雷保护。最大输入电压275VAC。

•输出短路、过压、过流保护。

•恒压操作。

从上述要求来看，我们有很多ICS可供选择，但正如我们之前提到的，我们将使用viper22A IC，因为它便宜且易于在市场上获得，并且从viper22A的数据表中，我们可以看到功率能力在我们对DIP封装的要求范围内，因此我们将使用该IC。

Viper22 IC电源能力

在上图中，显示了Viper22A IC的典型功率能力。如您所见，输入电压为195-265V的DIP-8版本IC可以提供20W的功率。Viper22A IC的引脚如下所示。

组件：12v锂电池充电器

下面列出了构建基于viper22的SMPS电路所需的组件。用于构建此项目的大多数组件都可以在您当地的爱好商店或任何在线商店中找到。基于viper22的电池充电器电路的完整BOM如下所示。

•VIper22A驱动IC - 1

•EE25 SMPS变压器- 1

•0.15nF， 250V交流电容- 1

•100uF， 16V电容- 2

•10 k Resistor-1

•1K电阻- 1

•680R电阻- 1

•4.7K电阻- 1

•10欧姆电阻-2

•180K电阻- 1

•2.2K电阻- 1

•22uF，400V电容- 1

•27K电阻- 1

•3.3uH，1A电感-1

•4.7uF，16V电容- 1

•9.1K电阻- 1

•DB107G桥式整流器

•快速恢复二极管- 1

•LM358运算放大器- 1

•EL817光耦- 1

•SR360肖特基二极管- 1

•T500mA慢熔保险丝- 1

•Tl431 - 1

•Uf4007 - 1

•LED红- 1

•LED绿色- 1

•1R，2W电阻- 3

•1000uF，16V电容- 1

•0.1uF，16V电容- 4

毒蛇型CC/CV电池充电器电路图

我们开始使用Viper的电源设计软件来设计电路。您可以下载VIPer Design Software Version 2.24。你需要明确这个版本，因为ST最新版本的软件不支持viper22A IC，通过选择输入输出规格，可以生成完整的电源电路。完整的电路为基于viper22的CC/CV电池充电器如下所示。

•输入浪涌和故障保护

•输入滤波器

•交直流转换

•驱动电路或主开关IC

•钳位电路

•EMI滤波器

•二次整流

•过滤部分

•反馈部分

•恒流段

输入浪涌和SMPS故障保护

输入浪涌和故障保护部分由三部分组成：首先是慢熔保险丝，其次是10欧姆的NTC，最后，我们有一个250V的7mm MOV(金属氧化物压敏电阻)，因为VIper22A IC的最大输入额定电压为265V。在高电压浪涌期间，MOV将变成死短，保险丝将爆炸保护IC免受高输入电压。SMPS电路中使用的保险丝必须是慢熔型保险丝，因为当电路接通时，由于电容器的存在会产生巨大的电流。NTC的存在是为了限制在前两三个启动周期中流动的涌流。

输入滤波器

对于输入滤波器，我们使用0.15nF，250V交流电容器。该电容器是一个x型电容器，我们在我们的变压器少电源设计中使用了这种类型的电容器。

交直流转换

ac -DC转换器的主要部件是全桥整流器，因此，我们使用DB107 1A整流器IC。为了将有噪声的直流信号过滤为平滑的直流信号，我们使用22uF，400V低ESR电容。

驱动电路或主开关IC

Viper22A是我们电源的主要开关元件，设备需要从变压器的辅助绕组供电来启动开关过程。一旦开关电压在那里并且大于9V，主变压器上的开关就会从内置的MOSFET开始。

钳位电路或瞬态钳位电路

变压器本身就是一个大电感器。与任何电感器一样，它会在变压器关断期间产生高电压尖峰，这可能会损坏Viper22IC。因此，为了防止这种情况，我们需要使用瞬态电压抑制电路。D5， R2和C7构成了这个电路。

二次整流

变压器的高频输出由SR360二极管D1进行整流和滤波。二极管的最大输出电流为3A，因此它可以轻松处理我们的电源的最大输出电流为1.3A。

过滤部分

在原理图中，C3， L3和C13构成了我们的LC PI滤波器。LC滤波器在电源输出端提供更好的纹波抑制。

反馈部分

总反馈部分由TL431(U2), LM358N(IC1), PC817(OK2)和两个led LED1， LED2组成。TL431检测输出电压并输出2.5V的恒定电压。现在，这个2.5V与运算放大器(IC1B)的输出电压进行比较，并通过分压器(R7和R5)降低电压的反馈。现在，当电源的非反相输入电压大于反相输入电压时，运算放大器的输出变高，LED1亮起，表明它处于恒压或CV模式。现在，光耦合器打开，并在VIPER22A IC的反馈引脚上提供一些电压，viper相应地调整其开关速度。

现在对于恒流部分，操作和恒电压几乎是一样的。电阻R8、R9和R13形成分压器。这个电压与0.33欧姆电阻上的压降进行比较，这是我们通过并联三个1欧姆电阻得到的。现在，如果运算放大器的引脚3处的电压高于引脚2，则运算放大器的输出变高，LED2打开，现在控制光耦合器，充电器模块在CC模式下工作。

使用Viper22A的12V电池充电器PCB设计

CC-CV充电器的PCB是一块简单的单面板。我已经使用Eagle来设计我的PCB，但你可以使用任何设计软件的选择。我的板子设计的二维图像如下图所示。

PCB的顶部和底部如上所示。正如你所看到的，在底部我使用了多边形来确保足够的电流可以通过它，厚多边形也作为散热片来散热。完整的设计文件和原理图PDF可以在下面给出的链接中找到。

下载基于CC/CV反激转换器PCB的Viper22A的Gerber文件

为了方便和测试，我们制作了一个手工版的PCB，焊接后的顶部和底部如图所示。

基于viper22的SMPS电路变压器结构

正如我们前面提到的，您需要使用viper设计软件来设置输入和输出参数，一旦设置好了，您就需要单击Transformer按钮。

单击变压器按钮后，您将得到如下所示的内容。

Core为E20/10/5，气隙为0.68mm。初级电感为0.72mH。主匝比是113匝与31 AWG线。辅助线是22匝44 AWG线。输出绕组采用19匝21 AWG线。根据变压器设计工具提供的所有信息，我们从一家专业建筑公司订购了变压器，一周后我们收到了货物，变压器看起来像下图所示。

基于Viper22A的SMPS电路测试

为了测试电路，我们有如下所示的测试设置。为了测量输出电压，我们使用万用表，为了测量电流，我们使用钳形表。

现在你可以看到电路是通电的，在输出端，我们得到12.7伏的电压，这使得这个电路非常适合3S电池组充电。

现在你可以在图像中看到，我们已经将负载连接到电源的输出端。负载是两个并联的10欧姆电阻，这使得负载为5欧姆，正如你所看到的，有一个900mA电流流过电阻。电流的值较低，因为在构建电路的时候，我们没有一个9.1K的电阻，我们需要把一些电阻串联起来得到9.1K的值，这就是为什么我们没有得到完整的1.3A输出的原因。

用解决方案构建电路时的问题

我们在建造电路的过程中遇到了许多问题。其中最大的问题是我们手头的复制ic。原IC中5、6、7、8引脚短接，重复IC中7、8引脚短接，5、6引脚与7、8引脚没有连接。

接下来，需要观察变压器的辅助电压。如果互感器的辅助电压不大于9V，集成电路将不启动。

下一个问题是恒流设计。Viper IC不是为恒流工作而设计的，我们必须添加一个额外的电路来启用Viper IC的恒流模式。另一方面，如果我们使用Power integration IC，它将具有内置的电流限制功能，但Viper IC没有该功能。

本文编译自circuitdigest