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2 Circuito SMPS compacto de 12V 2 Amp para driver de LED

Neste post, discutimos de maneira abrangente um circuito SMPS simples de 2 12V 2 amp usando o IC UC2842. Estudamos um projeto flyback de 2 amperes avaliando várias fórmulas, que fornecem os detalhes exatos de seleção para o enrolamento do transformador e as especificações das peças.

Design#1: Introdução

O primeiro design é baseado no versátil IC VIPer53-E.

O VIPer53-E é construído com um controlador PWM de modo de corrente aprimorado que possui um MOSFET MDMesh™ Power de alta tensão dentro do mesmo pacote. O VIPer53-E pode ser encontrado em alguns pacotes distintos, DIP8 e PowerSO-10. A placa de referência é, sem dúvida, uma fonte de alimentação off-line de ampla faixa que inclui o VIPer53-E projetado para regulação secundária operando o controlador PWM através de um opto- acoplador. A frequência de comutação é de 100 kHz e a potência de saída total é de 24 W.

Abaixo estão algumas das principais características do IC:

• Fonte de alimentação de uso geral baseada em SMPS
• Controle do modo atual junto com a facilidade de limitação variável
• Eficiência em torno de bons 75%
• A saída é protegida com proteção contra curto-circuito e sobrecarga
• A temperatura excessiva também é controlada por meio de uma proteção de desligamento térmico embutida
• Em conformidade com a especificação EN55022 Classe B EMI e os padrões Blue Angel.

O diagrama de circuito do circuito de 12V 2 amp proposto usando VIPer53-E pode ser visto na imagem abaixo:

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2 CIRCUITO SMPS COMPACTO DE 12V 2 AMP PARA DRIVER DE LED 27
CIRCUITO SMPS VIPER53-E 12V 2 AMP 24 WATTS

BAIXAR PCB COMPLETO E LISTA DE PEÇAS

As Principais Condições Operacionais podem ser estudadas através da seguinte imagem:

PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DO VIPER53A

Detalhes do transformador:

Os detalhes do enrolamento do transformador de núcleo de ferrite para o circuito SMPS acima podem ser analisados ​​de acordo com os dados fornecidos na figura a seguir:

DETALHES DO ENROLAMENTO DO TRANSFORMADOR

Mais informações sobre o VIPer53-E podem ser estudadas neste artigo

Projeto nº 2: Introdução

O próximo projeto é baseado no IC UC2842 da Texas Instrumentsque também pode ser usado para construir um circuito SMPS de alto grau, estado sólido e muito confiável classificado em 12 V e com uma saída de corrente de 2 a 4 amperes.

O diagrama de circuito completo deste projeto pode ser visto na figura a seguir:

CIRCUITO SMPS COMPACTO DE 12V 2 AMP

Vamos tentar entender as funções e criticidades de alguns dos principais componentes usados ​​neste circuito SMPS de 12V 2 amp:

Capacitor em massa de entrada Cin e tensão mínima em massa:

O capacitor bruto Cin mostrado pode ser incorporado usando um único ou alguns capacitores em paralelo, possivelmente usando um indutor entre eles para eliminar o ruído gerado devido à condução em modo diferencial. O valor deste capacitor decide o nível de tensão mínima em massa.

Se um valor menor Cin for usado para reduzir a tensão mínima, pode resultar em uma corrente de pico primária elevada, sobrecarregando os mosfets de comutação e também o transformador.

Pelo 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:

IMG 624590C7AB539

Aqui Vin(min) indica o valor RMS da tensão de entrada CA mínima que é de cerca de 85 V RMS.

fLINE(min) denota a frequência do valor RMS acima que pode ser assumido como 47Hz.

Com referência à equação acima, para atingir um valor mínimo de tensão de volume de 75V, com 85% de eficiência, o valor de Cin precisará estar em torno de 126uF, em nosso protótipo 180uF foi considerado bom.

Calculando as relações de giro do Tansformer:

Para começar com o cálculo da espira do transformador, a frequência de comutação 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, decidiu-se selecionar e definir o dispositivo em torno de 110kHz.

Isso permitiu que o projeto fosse razoavelmente bem equilibrado 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 máximo de tensão RMS, que é 265 V CA de entrada no nosso caso. Portanto temos:

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Por uma questão de simplicidade e custo-benefício, um mosfet IRFB9N65A de 650V foi selecionado para este protótipo de circuito smps de 12V 2 amp.

Se considerarmos a tensão máxima de tensão no dreno do mosfet em cerca de 80% de suas especificações, e tomando 30% como o pico de tensão permitido da fonte máxima de entrada em massa, a tensão de saída refletida resultante pode ser menor que 130V como expresso na seguinte equação:

IMG 624590C802F51

Portanto, para uma saída de 12V, a relação máxima de espiras do transformador primário/secundário ou o NPS pode ser calculado conforme indicado na seguinte equação:

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Em nosso projeto foi incorporada uma razão de giro de Nps = 10.

Este enrolamento deve ser calculado de tal forma que seja capaz de produzir uma tensão que pode ser um pouco superior à especificação mínima de Vcc do CI, para que o CI possa operar em condições ótimas e a estabilidade seja mantida em todo o circuito.

O enrolamento auxiliar Npa pode ser calculado conforme mostrado na seguinte fórmula:

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O enrolamento auxiliar no transformador é usado para polarizar e fornecer a alimentação operacional ao CI.

Agora, para o diodo de saída, a tensão de tensão nele pode ser equivalente à tensão de saída e à fonte de entrada refletida, conforme indicado abaixo:

IMG 624590C86E9F7

A fim de combater os picos de tensão devido ao fenômeno de “toque”, um diodo Schottky classificado com uma tensão de bloqueio de 60V ou superior foi considerado necessário e empregado neste projeto.

Também para afastar o fator de pico de corrente de alta tensão, este conversor flyback é projetado para funcionar 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 requerido Dmax pode ser calculado através da função de transferência alocada para conversores baseados em CCM, os detalhes podem ser observados abaixo:

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Indutância do transformador e corrente de pico

Em nosso circuito smps de 12V 2 amp discutido, a indutância de magnetização do transformador Lp foi determinada de acordo com os parâmetros CCM. Neste exemplo, a indutância foi escolhida de modo que o conversor seja capaz de entrar na zona de trabalho do CCM com cerca de 10% de carga e usando tensão mínima de volume para manter a ondulação de saída no menor nível.

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Para mais detalhes sobre as várias especificações técnicas e fórmulas você pode estudar o ficha técnica original aqui

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FONTE


Nota: Este conteúdo foi traduzido do Inglês para português (auto)
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