Làm việc cơ bản
Vì vậy, điều này hoạt động bằng cách lưu trữ và bán năng lượng. Khác với các bộ chuyển đổi khác chỉ truyền nguồn qua một máy biến áp, lần đầu tiên này lưu trữ năng lượng ở lõi khi bật công tắc và khi nó tắt thì nó ném tất cả năng lượng lưu trữ đó vào đầu ra.
Điều gì xảy ra từng bước?
Mains AC đi vào, được chỉnh lưu và lọc:
Chúng tôi có Mains AC, phải không? Nó đi qua một bộ chỉnh lưu cầu, sau đó được biến thành DC và sau đó một tụ điện lớn làm mịn nó ra.
Điện áp DC sau khi chỉnh lưu:
Vdc = √ (2) * Vac - Vdiode
Vì vậy, nếu chúng tôi có 230V AC, thì điều này mang lại cho chúng tôi khoảng 325V DC.
Chuyển đổi và lưu trữ năng lượng:
UC2842 điều khiển một công tắc MOSFET (hãy nói IRF840 cho nguồn điện 230V) ở một số tần số cao, như 50-100 kHz.
Khi MOSFET được bật thì dòng điện trong cuộn dây chính của máy biến áp và sau đó năng lượng được lưu trữ trong lõi từ tính.
Phát hành năng lượng và cải chính đầu ra:
MOSFET tắt và bây giờ tất cả năng lượng lưu trữ đó nhảy sang phía thứ cấp.
Có một diode nhanh (UF4007, MUR460, v.v.) điều chỉnh nó và một tụ điện làm mịn nó ra.
Bây giờ chúng tôi đã có một đầu ra DC ổn định sẵn sàng để sử dụng.
Kiểm soát phản hồi và quy định điện áp:
Chúng tôi cảm nhận được điện áp đầu ra bằng cách sử dụng bộ điều chỉnh optocof và bộ điều chỉnh TL431.
UC2842 điều chỉnh chu kỳ nhiệm vụ của mình để giữ cho điện áp đầu ra ổn định.
Những phần chúng ta cần?
Công cụ chính trong mạch:
- UC2842 PWM IC - Chạy toàn bộ chương trình, chuyển đổi MOSFET.
- MOSFET - (như IRF840) bật và tắt máy biến áp.
- Máy biến áp Flyback-Tùy chỉnh-Wound, Bước xuống Điện áp.
- Diode nhanh - (UF4007, MUR460, v.v.) chặn điện áp ngược.
- Tụ điện đầu ra - Lưu trữ điện tích, đầu ra lọc.
- Mạch Snubber-Dừng đột biến điện áp cao trên MOSFET.
- OptoCoupler (PC817) - cô lập và gửi phản hồi.
- TL431 - Điều khiển điện áp phản hồi.
Làm việc chi tiết
Bây giờ đề cập đến sơ đồ mạch chuyển đổi SMPS UC2842 220V đến 12V, phải mất 85V thành 265V AC, chuyển đổi nó thành 12V DC tại 4A. Đây là một nguồn cung cấp năng lượng phân lập đầu vào rộng, có nghĩa là đầu vào và đầu ra được phân tách hoàn toàn bởi máy biến áp. Nó hoàn hảo cho bộ điều hợp, bộ sạc pin và SMP công suất thấp.
Vì vậy, hãy để chúng tôi xem những gì đang xảy ra trong mạch từng bước.
AC đến DC Chỉnh lưu và lọc
Đầu tiên chúng tôi có nguồn chính AC (85V đến 265V).
Điều này đi vào một bộ chỉnh lưu cầu (D_Bridge) chuyển đổi AC thành DC xung.
Sau đó, một tụ điện lớn (C_in, 180 Pha) làm mịn nó ra và cung cấp cho chúng tôi điện áp DC (ở đâu đó trong khoảng từ 120V DC đến 375V DC liên quan đến điện áp AC đầu vào).
Công thức cho điện áp DC sau khi chỉnh lưu:
V_dc = √ (2) × v_ac - v_diode
Đối với 230V AC, chúng tôi nhận được 325V DC.
Cung cấp năng lượng cho IC UC2842
UC2842 cần khoảng 10V đến 30V để chạy.
Nó có nguồn điện thông qua R_start (100kΩ) làm giảm điện áp từ DC điện áp cao.
Sau đó, có d_bias (diode) và c_vcc (120 Phaf) giữ cho điện áp ổn định tại chân VCC (chân 7).
Khi UC2842 bắt đầu chuyển đổi, thì nó tự sử dụng cuộn dây phụ trợ N_A.
Hành động máy biến áp flyback
Máy biến áp này là phần chính ở đây.
Nó có ba cuộn dây:
Cuộn dây chính (N_P) - Kết nối với cống MOSFET.
Winding phụ trợ (N_A) - Cung cấp UC2842 sau khi khởi động.
Cuộn dây thứ cấp (N_S) - Cung cấp đầu ra 12V.
Khi MOSFET (Q_SW) bật thì dòng điện chảy qua cuộn dây N_P và năng lượng được lưu trữ trong lõi.
Khi MOSFET tắt thì năng lượng được lưu trữ này được đẩy vào cuộn dây thứ cấp (N_S) và ở đây nó được chỉnh sửa bởi D_out.
Tỷ lệ biến áp:
N_P: N_S = 10: 1
N_P: N_A = 10: 1
Điều này có nghĩa là điện áp thứ cấp là khoảng 12V và điện áp cuộn dây phụ là đủ để giữ cho UC2842 chạy.
Phản hồi và quy định
Điện áp đầu ra (12V DC) được cảm nhận bởi một tham chiếu có thể lập trình TL431.
Nó điều chỉnh dòng điện thông qua một OptoCouppler gửi phản hồi đến chân VFB của UC2842 (chân 2).
UC2842 điều chỉnh chu kỳ nhiệm vụ của MOSFET để giữ cho điện áp đầu ra ổn định.
Chuyển đổi và bảo vệ MOSFET
MOSFET (Q_SW) thực hiện chuyển đổi ở tần số cao (~ 50-100kHz).
Một điện trở cổng (R_G 10Ω) điều khiển dòng ổ đĩa cổng.
Mạng Snubber (D_Clamp, C_Snub, R_SNUB) hấp thụ hầu hết các gai điện áp để bảo vệ MOSFET.
Một điện trở cảm biến hiện tại (R_CS, 0,75Ω) được sử dụng để hạn chế dòng điện cực đại để ngăn ngừa thiệt hại.
Công thức cho giới hạn hiện tại cực đại:
I_peak = 1V / r_cs
Ở đây, r_cs = 0,75Ω, vì vậy i_peak ≈ 1.33a.
Chỉnh lưu và lọc đầu ra
Khi năng lượng chuyển sang cuộn dây thứ cấp (N_S) thì nó sẽ đi qua D_out, đó là một diode phục hồi nhanh.
C_out (2200 Phaf) làm mịn các gợn sóng, cho chúng ta một DC 12V ổn định.
R_LED và R_TLBias giúp kiểm soát TL431.
Công thức điện áp gợn đầu ra:
V_RIPPLE = (i_out × d_max) / (f_sw × c_out)
An toàn và cô lập
OPTOCOUPLER (PC817 hoặc tương đương) đảm bảo rằng không có kết nối trực tiếp giữa phía điện áp cao và phía điện áp thấp.
Mạch Snubber bảo vệ IC chống lại các gai điện áp.
Vòng phản hồi với TL431 đảm bảo rằng đầu ra vẫn ổn định và quy định.
Cách chúng tôi tính toán mọi thứ
Tính toán sức mạnh:
Công suất đầu ra:
Pout = Vout * Iout
Công suất đầu vào (bao gồm cả tổn thất):
PIN = Pout / Hiệu quả (ETA)
Hiệu quả là khoảng 75-85% thường.
Công cụ phụ chính:
Điện áp DC sau khi chỉnh lưu:
VDC = √ (2) * Vac - Vdiode cho 230V AC, chúng tôi nhận được 325V dc.
Dòng điện chính:
Iprimary = (2 * pin) / (vdc * dmax) dmax thường là 50-60%.
Tính toán cuộn dây máy biến áp:
Tỷ lệ biến:
NPRI / NSEC = (VDC * DMAX) / (Vout + Vdiode)
Độ tự cảm chính:
Lprimary = (vdc * dmax * ts) / iprimaryts
= 1 / FSW (FSW là tần số chuyển đổi).
Kích thước tụ điện đầu ra:
Giá trị tụ điện dựa trên điện áp gợn:
Cout = (iout * dmax) / (fsw * vRipple)
