使用viper22a的12V 1a电源电路设计

在许多电子设计中，最常需要开关电源电路（SMPS），以将交流市电电压转换为适合设备运行的直流电压水平。这种AC-DC转换器将230V / 110V AC电源电压作为输入，并通过切换将其转换为低电平DC电压，因此被称为开关模式电源。像5V 2A SMPS电路和12V 1A TNY268 SMPS电路一样，我们之前已经建立了很少的SMPS电路。我们甚至确实构建了自己的SMPS变压器，该变压器可与驱动器IC一起用于我们的SMPS设计中。在这个项目中，我们将使用VIPer22A构建另一种12V 1A SMPS电路，该电路是意法半导体（STMicroelectronics）流行的低成本SMPS驱动器IC。本教程将引导您完成整个电路，并说明如何为VIPER电路建造自己的变压器。有趣的权利，让我们开始吧。

VIPer22A电源设计规格

与以前的基于SMPS的项目相同，不同类型的电源在不同的环境中工作并在特定的输入输出边界中工作。该SMPS也有规范。因此，在进行实际设计之前，需要进行适当的规格分析。

输入规范：这将是交流到直流转换域中的SMPS。因此，输入将为交流电。在该项目中，输入电压是固定的。根据欧洲标准电压等级。因此，此SMPS的输入AC电压将为220-240VAC。这也是印度的标准额定电压。

输出规格：输出电压选择为12V，额定电流为1A。因此，它将是12W输出。由于此SMPS将提供恒定电压而不管负载电流如何，因此它将在CV（恒定电压）模式下工作。同样，输出电压将在最低输入电压下保持恒定且稳定，并且输出两端的最大负载（2A）。

输出纹波电压：非常希望一个好的电源的纹波电压小于30mV pk-pk。该SMPS的目标纹波电压是相同的，pk-pk纹波小于30mV。但是，SMPS输出纹波在很大程度上取决于SMPS的结构，所使用的PCB和电容器的类型。我们使用了Wurth Electronics的105度额定值的低ESR电容器，预期的输出纹波似乎在以下。

保护电路： SMPS中可以使用各种保护电路，以确保安全可靠的运行。该保护电路可保护SMPS以及相关的负载。根据类型的不同，保护电路可以跨输入或跨输出连接。对于此SMPS，将使用最大工作输入电压为275VAC的输入电涌保护。同样，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。

选择SMPS驱动器IC

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Drier IC。让我们总结一下设计注意事项，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

12W输出。满载时为12V 1A。
欧洲标准输入额定值。50Hz时为85-265VAC
输入电涌保护。最大输入电压275VAC。
输出短路，过压和过流保护。
恒定电压操作。

根据上述要求，可以选择多种IC，但对于本项目，我们选择了意法半导体（STMicroelectronics）的VIPer22A电源驱动器。它是意法半导体（STMicroelectronics）的一款非常低成本的电源驱动器IC。

在上图中，显示了VIPer22A IC的典型额定功率。但是，没有关于开放式或适配器类型电源输出规范的指定部分。我们将在开放框架下并根据欧洲输入等级制造SMPS。在这种情况下，VIPer22A可以提供20W的输出。我们将其用于12W输出。所述VIPer22A的IC的引脚排列在下面的图像中给出。

设计VIPer22A电源电路

构造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2.24版以使用VIPer22A，该软件的最新版本不再支持VIPer22A。它是意法半导体出色的电源设计软件。通过提供设计要求信息，可以生成完整的电源电路图。该软件生成的该项目的VIPer22A电路如下所示

在直接构建原型零件之前，让我们探索电路操作。该电路包括以下部分-

输入浪涌和SMPS故障保护
输入过滤器
AC-DC转换
驱动器电路或开关电路
钳位电路。
电磁和电流隔离。
EMI滤波器
二次整流器
过滤部分
反馈部分。

输入浪涌和SMPS故障保护。

此部分由两个组件F1和RV1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）。在高电压浪涌（超过275VAC）下，MOV短路并烧毁了输入保险丝。但是，由于具有慢速熔断功能，保险丝可以承受通过SMPS的浪涌电流。

输入过滤器

电容器C3是250VAC线路滤波电容器。这是一个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。

AC-DC转换。

使用DB107全桥整流二极管完成AC DC转换。它是额定值为1000V 1A的整流二极管。使用22uF 400V电容器进行滤波。但是，在此原型期间，我们使用了非常大的电容器值。取而代之的是22uF，由于电容器的可用性，我们使用了82uF电容器。这种高值电容器对于电路的操作不是必需的。22uF 400V足以满足12W的输出额定值。

驱动器电路或开关电路。

VIPer22A需要来自变压器偏置绕组的电源。在获得偏置电压之后，VIPer开始使用内置的高压MOSFET在变压器上进行切换。D3用于将交流偏置输出转换为DC，R1、10欧姆电阻用于控制浪涌电流。滤波电容器为4.7uF 50V，用于消除直流纹波。

钳位电路

变压器在电源驱动器IC VIPer22上起着巨大的电感作用。因此，在关断周期中，由于变压器的漏感，变压器会产生高压尖峰。这些高频电压尖峰对功率驱动器IC有害，并可能导致开关电路故障。因此，这需要通过跨变压器的二极管钳位来抑制。D1和D2用于钳位电路。D1是TVS二极管，D2是超快速恢复二极管。D1用于钳位电压，而D2用作隔离二极管。根据设计，目标钳位电压（VCLAMP）为200V。因此，P6KE200A 选择，并针对超快速阻塞相关问题选择UF4007作为D2。

电磁和电流隔离。

该变压器是铁磁变压器，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。它具有三个缠绕指令。初级，辅助或偏置绕组和次级绕组。

EMI滤波器。

EMI滤波由C4电容器完成。它增加了电路的抗扰性，以减少高EMI干扰。它是Y级电容器，额定电压为2kV。

次级整流器和缓冲电路。

变压器的输出经过整流，并使用肖特基整流二极管D6转换为DC。由于输出电流为2A，为此选择了3A 60V二极管。SB360是3A 60V额定肖特基二极管。

过滤器部分。

C6是滤波电容器。它是低ESR电容器，具有更好的纹波抑制能力。同样，使用LC后置滤波器，其中L2和C7在输出端提供更好的纹波抑制。

反馈部分。

输出电压由U3 TL431和R6和R7感测。在感测到线路U2之后，对光耦合器进行控制，并将次级反馈传感部分与初级侧控制器电气隔离。该PC817是光耦。它有两个侧面，一个晶体管和一个LED内部。通过控制LED，可以控制晶体管。由于通信是通过光学方式完成的，因此没有直接的电气连接，因此也满足了反馈电路上的电流隔离。

现在，由于LED通过在光耦合器LED上提供足够的偏压来直接控制晶体管，因此人们可以控制 光耦合器晶体管，尤其是驱动器电路。该控制系统由TL431使用。并联稳压器。由于并联稳压器的参考引脚上有一个电阻分压器，因此它可以控制跨接在其上的光耦合器LED。反馈引脚的 参考电压为2.5V。因此，仅在分压器两端的电压足够时，TL431才可以激活。在本例中，分压器设置为5V。因此，当输出达到5V时，TL431在基准引脚上获得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。如果输出两端的电压不足，则立即暂停开关周期。

首先，TNY268PN激活第一个开关周期，然后检测其EN引脚。如果一切正常，它将继续进行切换，否则，将在一段时间后再次尝试。该循环将一直持续到一切恢复正常为止，从而防止出现短路或过压问题。这就是为什么将其称为 反激式拓扑的原因，因为输出电压会流回驱动器以感应相关的操作。同样，将尝试循环称为故障条件下的打ic操作模式。