基于IC UC2的緊湊型12V 2A SMPS電路

在這篇文章中，我們將全面討論使用IC UC2的12個(gè)簡(jiǎn)單的2V 2842 A SMPS電路。我們通過評(píng)估各種公式來研究 2安培反激式設(shè)計(jì)，該公式提供了變壓器繞組和零件規(guī)格的確切選擇細(xì)節(jié)。

設(shè)計(jì)#1：簡(jiǎn)介

第一種設(shè)計(jì)基于多功能IC VIPer53-E。

VIPer53-E 采用改進(jìn)的電流模式 PWM 控制器構(gòu)建，該控制器在同一封裝內(nèi)具有高壓 MDMesh? 功率MOSFET。VIPer53-E有幾種不同的封裝，DIP8和PowerSO-10.基準(zhǔn)測(cè)試板無疑是一個(gè)離線寬范圍電源，其中包括VIPer53-E，設(shè)計(jì)用于通過光耦合器操作PWM控制器進(jìn)行二次調(diào)節(jié)。開關(guān)頻率為100kHz，總輸出功率為24 W。

下面給出了IC的一些主要功能：

? 基于 SMPS 的通用電源

? 電流模式控制以及可變限制功能

? 效率約為 75%

? 輸出通過短路和過載保護(hù)保護(hù)? 還通過內(nèi)置的熱關(guān)斷保護(hù)

來控制過溫? 符合 EN55022 B 類 EMI 規(guī)范和藍(lán)天使標(biāo)準(zhǔn)。

使用VIPer12-E的擬議2V 53安培電路的電路圖如下圖所示：

下載完整的 PCB 和零件清單

主要操作條件可以通過下圖進(jìn)行研究：

變壓器詳細(xì)信息：

上述SMPS電路的鐵氧體磁芯變壓器繞組細(xì)節(jié)可以根據(jù)下圖提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：

設(shè)計(jì)#2：簡(jiǎn)介

下一個(gè)設(shè)計(jì)基于德州儀器的IC UC2842，該IC12也可用于構(gòu)建額定電壓為2V的高級(jí)固態(tài)非?？煽康腟MPS電路，電流輸出@4安培至《》安培。

該設(shè)計(jì)的完整電路圖如下圖所示：

讓我們嘗試了解此12V 2 A SMPS電路中使用的幾個(gè)主要組件的功能和關(guān)鍵性：

Cin 輸入大容量電容器和最小大容量電壓：

所示的大容量電容器Cin可以使用單個(gè)或幾個(gè)并聯(lián)電容器進(jìn)行整合，可能通過使用電感器在它們兩端消除由于差模傳導(dǎo)而產(chǎn)生的噪聲。該電容器的值決定了最小大容量電壓的水平。

如果使用較低值的 Cin 來降低最小大容量電壓，可能會(huì)導(dǎo)致初級(jí)峰值電流升高，使開關(guān) MOSFET 和變壓器過載。

相反，保持較大的值可能會(huì)導(dǎo)致MOSFET和trafo上的峰值電流更高，這也是不可接受的，因此應(yīng)選擇圖中所示的合理值。

可以使用以下公式完成此操作：

此處 Vin（min） 表示最小交流輸入電壓的 RMS 值，約為 85 V RMS。

fLINE（min）表示上述RMS值的頻率，可以假設(shè)為47Hz。

參考上述等式，為了達(dá)到最低75V的體電壓值，在85%的效率下，Cin值將需要在126uF左右，在我們的原型中發(fā)現(xiàn)180uF就好了。

計(jì)算坦斯利夫車數(shù)比：

首先計(jì)算變壓器匝數(shù)，需要找出最有利的開關(guān)頻率。

雖然IC UC2842被指定為產(chǎn)生500kHz的最大頻率，但考慮到所有可行和效率相關(guān)參數(shù)，決定選擇并將器件設(shè)置為110kHz左右。

這使得設(shè)計(jì)在變壓器尺寸、EMI濾波器尺寸方面得到了合理的平衡，并且仍然將操作保持在可容忍的損耗范圍內(nèi)。

術(shù)語Nps是指變壓器的初級(jí)，這可以根據(jù)所用驅(qū)動(dòng)器MOSFET的額定值以及次級(jí)整流二極管規(guī)格的額定值來確定。

為了獲得最佳的MOSFET額定值，我們首先需要參考最大RMS電壓值（在本例中為265V輸入AC）計(jì)算峰值大容量電壓。因此，我們有：

為了簡(jiǎn)單和成本效益，這款 650V 9 安培 smps 電路原型選擇了額定電壓為 65V 的 mosfet IRFB12N2A。

如果我們認(rèn)為MOSFET漏極上的最大電壓應(yīng)力約為其規(guī)格的80%，并將最大大容量輸入電源的30%作為允許的電壓尖峰，則最終的反射輸出電壓可以預(yù)期低于130V，如以下公式所示：

因此，對(duì)于12V輸出，最大初級(jí)/次級(jí)變壓器匝數(shù)比或NPS可以計(jì)算如下式所示：

在我們的設(shè)計(jì)中，納入了Nps = 10的匝數(shù)比。

該繞組的計(jì)算方式必須使其能夠產(chǎn)生略高于IC最小Vcc規(guī)格的電壓，以便IC能夠在最佳條件下工作，并在整個(gè)電路中保持穩(wěn)定性。

輔助繞組Npa的計(jì)算公式如下：

變壓器中的輔助繞組用于偏置并向IC提供工作電源。

現(xiàn)在對(duì)于輸出二極管，其上的電壓應(yīng)力可能相當(dāng)于輸出電壓和反射的輸入電源，如下所示：

為了抵消由于“振鈴”現(xiàn)象引起的電壓尖峰，本設(shè)計(jì)中有必要使用額定阻斷電壓為60V或更高的肖特基二極管。

此外，為了遠(yuǎn)離高壓電流尖峰因數(shù)，該反激式轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)為與連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）配合使用。

計(jì)算最大占空比：

如上一段所述，一旦我們計(jì)算出變壓器的NPS，所需的最大占空比Dmax可以通過分配給基于CCM的轉(zhuǎn)換器的傳遞函數(shù)來計(jì)算，詳細(xì)信息如下：

變壓器電感和峰值電流

在我們討論的12V 2 A

smps電路中，變壓器磁化電感Lp是根據(jù)CCM參數(shù)確定的。在本例中，電感的選擇使得轉(zhuǎn)換器能夠以大約10%的負(fù)載進(jìn)入CCM工作區(qū)，并使用最小的大容量電壓，以將輸出紋波保持在最低水平。