使用VIPer22A的12V 1A电源电路设计

时间：2024-12-04 17:05:38

关键字： VIPer22A 开关模式电源变压器

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[导读]在许多电子设计中，通常需要开关模式电源电路(SMPS)将交流电源电压转换为设备工作所需的合适水平的直流电压。这种类型的交直流转换器以230V/110V交流市电电压为输入，通过开关将其转换为低电平直流电压，因此称为开关式电源。我们之前已经构建了一些SMPS电路，如5V 2A SMPS电路和12V 1A TNY268 SMPS电路。我们甚至构建了自己的SMPS变压器，可以与驱动IC一起用于我们的SMPS设计。在这个项目中，我们将使用VIPer22A构建另一个12V 1A SMPS电路，VIPer22A是意法半导体(STMicroelectronics)流行的低成本SMPS驱动IC。本教程将带您完成完整的电路，并将解释如何为VIPER电路构建自己的变压器。很有趣，我们开始吧。

在许多电子设计中，通常需要开关模式电源电路(SMPS)将交流电源电压转换为设备工作所需的合适水平的直流电压。这种类型的交直流转换器以230V/110V交流市电电压为输入，通过开关将其转换为低电平直流电压，因此称为开关式电源。我们之前已经构建了一些SMPS电路，如5V 2A SMPS电路和12V 1A TNY268 SMPS电路。我们甚至构建了自己的SMPS变压器，可以与驱动IC一起用于我们的SMPS设计。在这个项目中，我们将使用VIPer22A构建另一个12V 1A SMPS电路，VIPer22A是意法半导体(STMicroelectronics)流行的低成本SMPS驱动IC。本教程将带您完成完整的电路，并将解释如何为VIPER电路构建自己的变压器。很有趣，我们开始吧。

VIPer22A电源设计规范

与以往基于SMPS的项目一样，不同类型的电源在不同的环境下工作，在特定的输入输出边界下工作。这个SMPS也有一个规范。因此，在进行实际设计之前，需要进行适当的规范分析。

输入规格：这将是一个交流到直流转换域的SMPS。因此，输入将为交流。在本项目中，输入电压是固定的。它是按照欧洲标准额定电压。因此，该SMPS的输入交流电压为220-240VAC。它也是印度的标准电压等级。

输出规格：输出电压选择12V，额定电流1A。因此，它将是12W输出。由于无论负载电流如何，该SMPS都将提供恒定电压，因此它将在CV(恒定电压)模式下工作。此外，输出电压将恒定和稳定在最低输入电压与最大负载(2A)横跨输出。

输出纹波电压：好的电源的纹波电压要求小于30mV pk-pk。该SMPS的目标纹波电压相同，小于30mV pk-pk纹波。然而，SMPS输出纹波高度依赖于SMPS结构、PCB和使用的电容器类型。我们使用伍尔特电子105度等级的低ESR电容器，预期输出纹波似乎低于。

保护电路：在SMPS中可以采用各种保护电路，以确保安全可靠的运行。保护电路保护SMPS以及相关负载。根据类型的不同，保护电路可以跨输入或跨输出连接。对于该SMPS，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、过压保护和过流保护。

SMPS驱动IC的选择

每个SMPS电路都需要一个电源管理IC，也称为开关IC或SMPS IC或德里亚IC。让我们总结设计考虑因素，以选择适合我们设计的理想电源管理IC。我们的设计要求是

•12 w输出。满负载时12V 1A。

•欧洲标准输入额定值。85-265VAC, 50Hz

•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。

从上述要求中有广泛的ic可供选择，但对于这个项目，我们选择了意法半导体的VIPer22A电源驱动器。这是一款来自意法半导体的低成本电源驱动IC。

在上图中，显示了VIPer22A IC的典型额定功率。但是，对于开架或适配器类型的功率输出规格，没有规定章节。我们将使SMPS在开放框架和欧洲输入评级。在这样的段VIPer22A可以提供20W输出。我们将使用它的12W输出。VIPer22A IC引脚如下图所示。

viper22电源电路的设计

构建电路的最佳方法是使用电源设计软件。您可以下载VIPer设计软件版本2.24来使用VIPer22A，该软件的最新版本不再支持VIPer22A。它是意法半导体优秀的电源设计软件。通过提供设计需求信息，可以生成完整的电源电路图。软件为本项目生成的VIPer22A电路如下图所示。

在直接进入构建原型部分之前，让我们探索电路操作。电路有以下几个部分-

•输入浪涌和SMPS故障保护

•输入滤波器

•交直流转换

•驱动电路或开关电路

•钳位电路。

•磁学和电流隔离。

•EMI滤波器

二次整流

•过滤部分

•反馈部分。

•输入浪涌和SMPS故障保护。

本节由F1和RV1两部分组成。F1是1A 250VAC慢熔保险丝，RV1是7mm 275V MOV(金属氧化物压敏电阻)。在高压浪涌期间(超过275VAC)， MOV变得死短并击穿输入保险丝。然而，由于慢熔特性，保险丝可以承受通过SMPS的浪涌电流。

输入滤波器

电容C3为250VAC线路滤波电容。它是一种X型电容器，类似于我们在无变压器电源电路设计中使用的电容器。

交直流转换。

交流直流转换使用DB107全桥整流二极管完成。它是一个1000V 1A额定整流二极管。滤波是使用22uF 400V电容完成的。然而，在这个原型中，我们使用了一个非常大的电容器值。由于电容器的可用性，我们使用了82uF电容器而不是22uF。这种高值的电容对于电路的运行是不需要的。22uF 400V足以满足12W输出额定值。

驱动电路或开关电路。

VIPer22A需要从变压器的偏置绕组供电。在获得偏置电压后，VIPer开始使用内置的高压场效应管在变压器上切换。D3用于将交流偏置输出转换为直流，R1, 10欧姆电阻用于控制浪涌电流。滤波电容为4.7uF 50V，用于平滑直流纹波。

钳位电路

变压器在电源驱动IC VIPer22上充当一个巨大的电感器。因此，在开断周期期间，由于变压器的漏感，变压器会产生高电压尖峰。这些高频电压尖峰对电源驱动IC是有害的，并可能导致开关电路的故障。因此，这需要通过变压器上的二极管钳位来抑制。D1和D2用于箝位电路。D1是TVS二极管，D2是超快速恢复二极管。D1用于箝位电压，而D2用作阻塞二极管。根据设计，目标箝位电压(VCLAMP)为200V。因此，我们选择P6KE200A，对于超快速阻塞的相关问题，我们选择UF4007作为D2。

磁学和电流隔离。

变压器是一种铁磁变压器，它不仅将高压交流电转换为低压交流电，而且还提供电流隔离。它有三个绕组顺序。初级绕组、辅助绕组或偏置绕组和次级绕组。

EMI过滤器。

电磁干扰滤波是由C4电容完成的。提高了电路的抗扰度，降低了高电磁干扰。y级电容器，额定电压为2kV。

二次整流器和缓冲电路。

变压器的输出通过肖特基整流二极管D6进行整流并转换为直流电。由于输出电流为2A，因此选用3A 60V二极管。SB360是3A 60V额定肖特基二极管。

过滤部分。

C6为滤波电容。它是一个低ESR电容更好的纹波抑制。此外，LC后滤波器用于L2和C7在整个输出中提供更好的纹波抑制。

反馈部分。

输出电压由U3 TL431和R6、R7检测。在感应到线路U2后，光耦合器被控制，并与主侧控制器电隔离二次反馈感应部分。PC817是一个光耦合器。它有两面，里面是一个晶体管和一个LED。通过控制LED，可以控制晶体管。由于通信是通过光学进行的，因此没有直接的电连接，因此也满足了反馈电路上的电流隔离。

现在，由于LED直接控制晶体管，通过在光电耦合器LED上提供足够的偏置，可以控制光电耦合器晶体管，更具体地说是驱动电路。该控制系统采用TL431单片机。分流稳压器。由于分流稳压器在其参考引脚上有一个电阻分压器，它可以控制连接在其上的光耦合器led。反馈引脚的参考电压为2.5V。因此，TL431只有在分压器上的电压足够时才能被激活。在我们的例子中，分压器被设置为5V的值。因此，当输出达到5V时，TL431通过参考引脚获得2.5V，从而激活光耦合器的LED，该LED控制光耦合器的晶体管并间接控制TNY268PN。如果输出端的电压不足，则开关周期立即中止。

首先，TNY268PN激活开关的第一个周期，然后检测其EN引脚。如果一切正常，它将继续切换，如果不正常，它将在一段时间后再次尝试。这个循环一直持续到一切正常，从而防止短路或过电压问题。这就是为什么它被称为反激拓扑，因为输出电压被飞回驱动器的传感相关操作。同样，尝试循环也被称为故障条件下的hiccup操作模式。

VIPER22ASMPS电路开关变压器的构造

让我们看看生成的变压器结构图。这张图是从我们前面讨论的电源设计软件中获得的。