Viper22a का उपयोग कर 12 वी 1 ए बिजली की आपूर्ति सर्किट डिजाइन

स्विच किए गए मोड पावर सप्लाई सर्किट (SMPS) को अक्सर कई इलेक्ट्रॉनिक डिजाइनों में आवश्यक होता है ताकि डिवाइस को संचालित करने के लिए डीसी वोल्टेज को एसी वोल्टेज के उपयुक्त स्तर में परिवर्तित किया जा सके। इस प्रकार के एसी-डीसी कन्वर्टर्स 230V / 110V एसी मेन वोल्टेज में इनपुट के रूप में लेते हैं और इसे स्विच करके निम्न स्तर के डीसी वोल्टेज में परिवर्तित करते हैं, इसलिए नाम स्विच मोड बिजली की आपूर्ति करता है। हमने पहले ही इस तरह के 5V 2A SMPS सर्किट और 12V 1A TNY268 SMPS सर्किट जैसे कुछ SMPS सर्किट बनाए हैं। हमने अपने स्वयं के SMPS ट्रांसफ़ॉर्मर का भी निर्माण किया है जो कि ड्राइवर IC के साथ हमारे SMPS डिज़ाइन में उपयोग किया जा सकता है। इस परियोजना में हम VIPer22A का उपयोग करके एक और 12V 1A SMPS सर्किट का निर्माण करेंगे, जो STMicroelectronics से कम लागत वाला SMPS ड्राइवर IC है। यह ट्यूटोरियल आपको संपूर्ण सर्किट के माध्यम से ले जाएगा और समझाएगाकैसे VIPER सर्किट के लिए अपने खुद के ट्रांसफार्मर का निर्माण करने के लिए । दिलचस्प सही चलो शुरू हो जाओ।

VIPer22A बिजली की आपूर्ति डिजाइन विनिर्देशों

पिछले एसएमपीएस आधारित परियोजना की तरह ही, विभिन्न प्रकार की बिजली आपूर्ति विभिन्न वातावरणों में काम करती है और एक विशिष्ट इनपुट-आउटपुट सीमा में काम करती है। इस SMPS में एक स्पेसिफिकेशन भी है। इसलिए, वास्तविक डिज़ाइन के साथ आगे बढ़ने से पहले उचित विनिर्देशन विश्लेषण किए जाने की आवश्यकता है।

इनपुट विनिर्देश: यह AC से DC रूपांतरण डोमेन में एक SMPS होगा। इसलिए, इनपुट एसी होगा। इस परियोजना में, इनपुट वोल्टेज तय है। यह यूरोपीय मानक वोल्टेज रेटिंग के अनुसार है। तो, इस SMPS का इनपुट AC वोल्टेज 220-240VAC होगा। यह भारत की मानक वोल्टेज रेटिंग भी है।

आउटपुट विनिर्देश: आउटपुट वोल्टेज को वर्तमान रेटिंग के 1 ए के साथ 12 वी के रूप में चुना जाता है । इस प्रकार, यह 12W आउटपुट होगा । चूंकि यह एसएमपीएस लोड चालू के बावजूद निरंतर वोल्टेज प्रदान करेगा, यह सीवी (लगातार वोल्टेज) मोड पर काम करेगा । इसके अलावा, आउटपुट वोल्टेज आउटपुट के दौरान अधिकतम लोड (2A) के साथ सबसे कम इनपुट वोल्टेज पर स्थिर और स्थिर रहेगा।

आउटपुट तरंग वोल्टेज: यह अत्यधिक वांछित है कि एक अच्छी बिजली आपूर्ति में 30mV pk-pk से कम की तरंग वोल्टेज हो । इस SMPS के लिए लक्षित Ripple वोल्टेज समान है, जो कि 30mV pk-pk तरंग से कम है। हालांकि, एसएमपीएस आउटपुट रिपल एसएमपीएस निर्माण पर अत्यधिक निर्भर है, पीसीबी और कैपेसिटर के प्रकार का उपयोग किया जाता है। हमने Wurth Electronics से 105-डिग्री रेटिंग वाले ESR कैपेसिटर का कम इस्तेमाल किया और अपेक्षित आउटपुट लहर नीचे की ओर लगती है।

संरक्षण सर्किट: विभिन्न सुरक्षा सर्किट हैं जिन्हें एक सुरक्षित और विश्वसनीय संचालन के लिए एसएमपीएस में नियोजित किया जा सकता है। सुरक्षा सर्किट एसएमपीएस के साथ-साथ संबंधित भार की सुरक्षा करता है। प्रकार के आधार पर, सुरक्षा सर्किट को इनपुट पर या आउटपुट के पार जोड़ा जा सकता है। इस SMPS के लिए, इनपुट सर्ज प्रोटेक्शन का उपयोग 275VAC के अधिकतम ऑपरेटिंग इनपुट वोल्टेज के साथ किया जाएगा। इसके अलावा, ईएमआई मुद्दों से निपटने के लिए, जेनरेट की गई ईएमआई को खाली करने के लिए एक सामान्य मोड फिल्टर का उपयोग किया जाएगा। आउटपुट की तरफ हम शॉर्ट सर्किट प्रोटेक्शन, ओवर-वोल्टेज प्रोटेक्शन और ओवर-करंट प्रोटेक्शन को शामिल करेंगे ।

SMPS ड्राइवर का चयन IC

प्रत्येक SMPS सर्किट को IC या SMPS IC या ड्रियर IC को स्विच करने के रूप में जाना जाने वाला एक Power Management IC की आवश्यकता होती है। आइए डिजाइन विचार पर विचार करें आदर्श विद्युत प्रबंधन आईसी का चयन करें जो हमारे डिजाइन के लिए उपयुक्त होगा। हमारी डिजाइन आवश्यकताएं हैं

1. 12W उत्पादन। पूर्ण लोड पर 12 वी 1 ए।
2. यूरोपीय मानक इनपुट रेटिंग। 50Hz पर 85-265VAC
3. इनपुट वृद्धि संरक्षण। अधिकतम इनपुट वोल्टेज 275VAC।
4. आउटपुट शॉर्ट सर्किट, ओवर-वोल्टेज और अधिक वर्तमान सुरक्षा।
5. लगातार वोल्टेज संचालन।

उपरोक्त आवश्यकताओं में से चयन करने के लिए आईसी की एक विस्तृत श्रृंखला है, लेकिन इस परियोजना के लिए हमने STMicroelectronics से VIPer22A पावर ड्राइवर का चयन किया है । यह STMicroelectronics से एक बहुत कम लागत वाली बिजली चालक आईसी है।

उपरोक्त छवि में, VIPer22A आईसी की विशिष्ट बिजली रेटिंग को दिखाया गया है। हालांकि, खुले फ्रेम या एडेप्टर प्रकार के पावर आउटपुट विनिर्देश के लिए कोई निर्दिष्ट अनुभाग नहीं है। हम SMPS को खुले फ्रेम में और यूरोपीय इनपुट रेटिंग के लिए बनाएंगे । ऐसे सेगमेंट में VIPer22A 20W आउटपुट दे सकता है। हम इसका इस्तेमाल 12W आउटपुट के लिए करेंगे। VIPer22A आईसी pinout छवि के नीचे में दी गई है।

एक VIPer22APower आपूर्ति सर्किट डिजाइन करना

सर्किट बनाने का सबसे अच्छा तरीका पावर सप्लाई डिज़ाइन सॉफ़्टवेयर का उपयोग करना है । आप VIPer22A का उपयोग करने के लिए VIPer डिज़ाइन सॉफ़्टवेयर संस्करण 2.24 डाउनलोड कर सकते हैं, इस सॉफ़्टवेयर का नवीनतम संस्करण अब VIPer22A का समर्थन नहीं करता है। यह STMicroelectronics से उत्कृष्ट बिजली की आपूर्ति डिजाइन सॉफ्टवेयर है। डिजाइन की आवश्यकता की जानकारी प्रदान करके, पूर्ण विद्युत आपूर्ति सर्किट आरेख उत्पन्न किया जा सकता है। VIPer22A सर्किट इस परियोजना सॉफ्टवेयर द्वारा उत्पन्न के लिए नीचे दिखाया गया है

प्रोटोटाइप भाग के निर्माण में सीधे जाने से पहले, चलो सर्किटरी ऑपरेशन का पता लगाएं। सर्किट में निम्नलिखित भाग हैं -

1. इनपुट वृद्धि और SMPS गलती संरक्षण
2. इनपुट फ़िल्टर
3. एसी-डीसी रूपांतरण
4. चालक सर्किटरी या स्विचिंग सर्किट
5. क्लैंप सर्किट।
6. मैग्नेटिक्स और गैल्वेनिक अलगाव।
7. ईएमआई फ़िल्टर
8. सेकेंडरी रेक्टिफायर
9. फ़िल्टर अनुभाग
10. प्रतिक्रिया अनुभाग।

इनपुट वृद्धि और SMPS गलती संरक्षण।

इस खंड में दो घटक होते हैं, F1 और RV1। F1 एक 1A 250VAC स्लो ब्लो फ्यूज है और RV1 एक 7mm 275V MOV (मेटल ऑक्साइड वैरिस्टर) है। एक उच्च वोल्टेज वृद्धि (275VAC से अधिक) के दौरान, MOV मृत हो गया और इनपुट फ्यूज को उड़ा देता है। हालाँकि, धीमी गति की विशेषता के कारण, फ्यूज SMPS के माध्यम से करंट को रोक देता है।

इनपुट फ़िल्टर

कैपेसिटर C3 एक 250VAC लाइन फिल्टर कैपेसिटर है । यह एक एक्स टाइप कैपेसिटर है, जिसका उपयोग हम अपने ट्रांसफॉर्मर कम पावर सप्लाई सर्किट डिजाइन में करते हैं।

एसी-डीसी रूपांतरण।

AC DC रूपांतरण DB107 पूर्ण पुल सुधारक डायोड का उपयोग करके किया जाता है। यह एक 1000V 1A रेटेड रेक्टिफायर डायोड है। फ़िल्टरिंग 22uF 400V संधारित्र का उपयोग करके किया जाता है। हालाँकि, इस प्रोटोटाइप के दौरान, हमने संधारित्र के एक बहुत बड़े मूल्य का उपयोग किया। 22uF के बजाय, हमने संधारित्र की उपलब्धता के कारण 82uF संधारित्र का उपयोग किया। सर्किट के संचालन के लिए ऐसे उच्च मूल्य संधारित्र की आवश्यकता नहीं है। 22WF 400V 12W आउटपुट रेटिंग के लिए पर्याप्त है।

ड्राइवर सर्किटरी या स्विचिंग सर्किट।

VIPer22A को ट्रांसफार्मर की पूर्वाग्रह घुमावदार से शक्ति की आवश्यकता होती है । पूर्वाग्रह वोल्टेज प्राप्त करने के बाद, वीआईपीर एक निर्मित उच्च वोल्टेज मस्जिद का उपयोग करके ट्रांसफार्मर पर स्विच करना शुरू कर देता है । डी 3 का उपयोग एसी पूर्वाग्रह आउटपुट को एक डीसी और आर 1 में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है, 10 ओम अवरोधक का उपयोग दबाव वर्तमान को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है । फ़िल्टर कैपेसिटर DC रिपल को स्मूथ करने के लिए 4.7uF 50V है।

क्लैंप सर्किट

ट्रांसफार्मर बिजली चालक IC VIPer22 में एक विशाल प्रारंभ करनेवाला कार्य करता है। इसलिए, स्विचिंग-चक्र के दौरान, ट्रांसफार्मर के रिसाव के कारण ट्रांसफार्मर उच्च वोल्टेज स्पाइक्स बनाता है । ये उच्च-आवृत्ति वोल्टेज स्पाइक्स पावर ड्राइवर आईसी के लिए हानिकारक हैं और स्विचिंग सर्किट की विफलता का कारण बन सकते हैं। इस प्रकार, यह ट्रांसफार्मर के पार डायोड क्लैंप द्वारा दबाया जाना चाहिए। डी 1 और डी 2 का उपयोग क्लैंप सर्किट के लिए किया जाता है। D1 TVS डायोड है और D2 एक अल्ट्रा-फास्ट रिकवरी डायोड है । D1 का उपयोग वोल्टेज को क्लैंप करने के लिए किया जाता है जबकि D2 का उपयोग अवरुद्ध डायोड के रूप में किया जाता है। डिजाइन के अनुसार, लक्षित क्लैंपिंग वोल्टेज (VCLAMP) 200V है। इसलिए, P6KE200A का चयन किया जाता है और अल्ट्रा-फास्ट ब्लॉकिंग संबंधित मुद्दों के लिए, UF4007 को D2 के रूप में चुना जाता है।

मैग्नेटिक्स और गैल्वेनिक अलगाव।

ट्रांसफार्मर एक फेरोमैग्नेटिक ट्रांसफार्मर है और यह न केवल उच्च वोल्टेज एसी को कम वोल्टेज एसी में परिवर्तित करता है, बल्कि गैल्वेनिक अलगाव भी प्रदान करता है। इसके तीन घुमावदार आदेश हैं। प्राथमिक, सहायक या पूर्वाग्रह घुमावदार और माध्यमिक घुमावदार।

ईएमआई फ़िल्टर।

EMI फ़िल्टरिंग C4 कैपेसिटर द्वारा की जाती है। यह उच्च ईएमआई हस्तक्षेप को कम करने के लिए सर्किट की प्रतिरक्षा को बढ़ाता है। यह वाई-क्लास कैपेसिटर है जिसमें 2kV की वोल्टेज रेटिंग है।

सेकेंडरी रेक्टिफायर और स्नबर सर्किट।

ट्रांसफार्मर से आउटपुट को सुधारा जाता है और D6, एक स्कूटी रेक्टिफायर डायोड का उपयोग करके डीसी में परिवर्तित किया जाता है। जैसा कि आउटपुट करंट 2A है, इस उद्देश्य के लिए 3A 60V डायोड का चयन किया जाता है। SB360 3A 60V रेटेड Schottky डायोड है।

फ़िल्टर अनुभाग।

C6 फ़िल्टर कैपेसिटर है। यह बेहतर रिपल रिजेक्शन के लिए लो ईएसआर कैपेसिटर है। इसके अलावा, एक एलसी पोस्ट-फिल्टर का उपयोग किया जाता है जहां एल 2 और सी 7 आउटपुट में बेहतर रिपल रिजेक्शन प्रदान करते हैं।

प्रतिक्रिया अनुभाग।

आउटपुट वोल्टेज U3 TL431 और R6 और R7 द्वारा संवेदी है। U2 को लाइन करने के बाद, Optocoupler को नियंत्रित किया जाता है और प्राथमिक प्रतिक्रिया नियंत्रक के साथ माध्यमिक प्रतिक्रिया संवेदन भाग को अलग-थलग किया जाता है। PC817 एक Optocoupler है। इसके दो पहलू हैं, एक ट्रांजिस्टर और उसके अंदर एक एलईडी। एलईडी को नियंत्रित करके, ट्रांजिस्टर को नियंत्रित किया जाता है। चूंकि संचार वैकल्पिक रूप से किया जाता है, इसका कोई प्रत्यक्ष विद्युत कनेक्शन नहीं है, इसलिए प्रतिक्रिया सर्किट पर भी गैल्वेनिक अलगाव को संतुष्ट करता है।

अब, चूंकि एलईडी सीधे ट्रांजिस्टर को नियंत्रित करता है, ऑप्टोकॉपलर एलईडी में पर्याप्त पूर्वाग्रह प्रदान करके, ऑप्टोकॉप्लर ट्रांजिस्टर को नियंत्रित कर सकता है, विशेष रूप से ड्राइवर सर्किट। यह नियंत्रण प्रणाली TL431 द्वारा नियोजित है। एक शंट रेगुलेटर। चूंकि शंट रेगुलेटर में रेफरेंस पिन होता है, इसलिए यह ऑप्टोकोप्लर के नेतृत्व में नियंत्रण कर सकता है, जो इसके पार जुड़ा होता है। प्रतिक्रिया पिन में 2.5V का संदर्भ वोल्टेज है। इसलिए, TL431 केवल तभी सक्रिय हो सकता है जब विभक्त पर वोल्टेज पर्याप्त हो। हमारे मामले में, वोल्टेज विभक्त 5 वी के मान पर सेट है। इसलिए, जब आउटपुट 5V तक पहुंच जाता है तो TL431 संदर्भ पिन में 2.5V हो जाता है और इस प्रकार Optocoupler के एलईडी को सक्रिय करता है जो Optocoupler के ट्रांजिस्टर को नियंत्रित करता है और अप्रत्यक्ष रूप से TNY268PN को नियंत्रित करता है। यदि वोल्टेज आउटपुट के पार पर्याप्त नहीं है, तो स्विचिंग चक्र तुरंत निलंबित हो जाता है।

सबसे पहले, TNY268PN स्विचिंग के पहले चक्र को सक्रिय करता है और फिर इसके EN पिन को महसूस करता है। यदि सब कुछ ठीक है, तो यह स्विचिंग जारी रखेगा, यदि नहीं, तो यह कुछ समय बाद एक बार फिर से प्रयास करेगा। यह लूप तब तक जारी रहता है जब तक कि सब कुछ सामान्य नहीं हो जाता है, इस प्रकार शॉर्ट सर्किट या ओवरवॉल्टेज मुद्दों को रोका जा सकता है। यही कारण है कि इसे फ्लाईबैक टोपोलॉजी कहा जाता है, क्योंकि आउटपुट वोल्टेज को संबंधित संचालन के लिए ड्राइवर को वापस भेज दिया जाता है। इसके अलावा, कोशिश कर रहे पाश को विफलता की स्थिति पर ऑपरेशन का एक हिचकी मोड कहा जाता है।

VIPER22ASMPS सर्किट के लिए स्विचिंग ट्रांसफार्मर का निर्माण

आइए देखें उत्पन्न ट्रांसफार्मर निर्माण आरेख। यह आरेख पावर सप्लाई डिज़ाइन सॉफ़्टवेयर से प्राप्त होता है जिसकी हमने पहले चर्चा की थी।

कोर 0.25 मिमी के हवाई अंतराल के साथ E25 / 13/7 है । प्राथमिक अधिष्ठापन 1mH है । इस ट्रांसफार्मर के निर्माण के लिए निम्न बातों की आवश्यकता होती है। यदि आप ट्रांसफार्मर निर्माण के लिए नए हैं, तो कृपया अपने स्वयं के एसएमपीएस ट्रांसफार्मर का निर्माण करने के तरीके पर लेख पढ़ें।

1. पॉलिएस्टर टेप
2. E25 / 13/7 कोर जोड़े 0.36 मिमी वायु अंतराल के साथ।
3. 30 एडब्ल्यूजी तांबे के तार
4. 43 एडब्ल्यूजी तांबे के तार (हमने अनुपलब्धता के कारण 36 एडब्ल्यूजी का उपयोग किया)
5. 23 AWG (हमने इसके लिए 36 AWG का उपयोग किया)
6. क्षैतिज या ऊर्ध्वाधर बॉबिन (हमने क्षैतिज बॉबिन का उपयोग किया)
7. घुमावदार के दौरान बोबिन को पकड़ने के लिए एक पेन।

चरण 1: एक पेन का उपयोग करके कोर को पकड़ो, बोबिन के पिन 3 से 30 एडब्ल्यूजी तांबे के तार शुरू करें और पिन को क्लॉकवाइज़ 133 जारी रखें 1. पॉलिएस्टर टेप की 3 परतें लागू करें।

चरण 2: पिन 4 से 43 एडब्ल्यूजी तांबे के तार का उपयोग करके बायस घुमावदार शुरू करें और 31 मोड़ तक जारी रखें और पिन पर वाइंडिंग को समाप्त करें 5. पॉलिएस्टर टेप की 3 परतें लागू करें।

पिन 4 से 43 एडब्ल्यूजी तांबे के तार का उपयोग करके बायस वाइंडिंग शुरू करें और 31 मोड़ तक जारी रखें और पिन पर वाइंडिंग को समाप्त करें 5. पॉलिएस्टर टेप की 3 परतें लागू करें।

चरण 3: पिन 10 से द्वितीयक वाइंडिंग शुरू करें और 21 घुमावों की दक्षिणावर्त वाइंडिंग जारी रखें। पॉलिएस्टर टेप के 4 परतों को लागू करें।

स्टेप 4: डक्ट टेप को साइड से लपेटकर गैप्ड कोर को सुरक्षित करें। यह उच्च-घनत्व प्रवाह हस्तांतरण के दौरान कंपन को कम करेगा।

एक बार जब बिल्ड किया जाता है तो कॉइल्स के इंडक्शन वैल्यू को मापने के लिए ट्रांसफार्मर का परीक्षण LCR मीटर के साथ किया जाता है। मीटर 913 एमएच दिखा रहा है जो 1 एमएच प्राथमिक अधिष्ठापन के करीब है।

VIPer22A SMPS सर्किट का निर्माण:

ट्रांसफ़ॉर्म वेरिफ़ाइड की रेटिंग के साथ हम एक वेरो बोर्ड के सभी घटकों को सोल्डर आरेख में दिए गए तरीके से हल कर सकते हैं। एक बार सोल्डरिंग का काम करने के बाद मेरा बोर्ड नीचे इस तरह दिखता था

12V 1A SMPS के लिए VIPer22A सर्किट का परीक्षण:

सर्किट का परीक्षण करने के लिए मैंने इनपुट AC मेन्स वोल्टेज को नियंत्रित करने के लिए एक VARIAC के माध्यम से इनपुट पावर को मेन पावर सप्लाई से जोड़ा । नीचे की छवि में, 225VAC पर आउटपुट वोल्टेज दिखाया गया है।

जैसा कि आप आउटपुट पक्ष पर देख सकते हैं कि हमें 12.12V मिलता है जो वांछित 12V आउटपुट वोल्टेज के करीब है। पूर्ण कार्य इस पृष्ठ के निचले भाग में संलग्न वीडियो में दिखाया गया है । आशा है कि आप ट्यूटोरियल को समझ गए हैं और हस्तनिर्मित ट्रांसफार्मर के साथ अपने स्वयं के एसएमपीएस सर्किट का निर्माण करना सीख गए हैं । यदि आपके कोई प्रश्न हैं, तो उन्हें नीचे टिप्पणी अनुभाग में छोड़ दें।