Projetando SMPS de baixa potência no chip LNK501 usando o programa VDS. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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O chip LNK501 é muito conveniente para construir fontes de alimentação chaveadas com potência de até 5 W. Mas o programa de design automático PIXIs Designer recomendado pelo fabricante possui limitações que não permitem o aproveitamento total dos recursos deste chip. O autor deste artigo superou com sucesso essas limitações - ele calculou o transformador de pulso usando outro programa - VIPer Design Software, projetado para microcircuitos VIPer.

Os conversores flyback de baixa potência (FFCs) são amplamente utilizados em carregadores de telefones celulares, fontes de alimentação de rede para reprodutores de áudio, câmeras digitais, modems e vários periféricos de computador. Elementos modernos permitem torná-los em miniatura, circuitos tecnicamente simples e baratos.

Como fazer uma fonte de alimentação chaveada no chip LNK501 com tensão de saída estabilizada de 3 ou 5,5 V é descrito no artigo [1]. Mas quando precisei de uma fonte semelhante com tensão de 12 V e corrente de saída de até 0,2 A, de forma bastante inesperada (afinal, a potência de tal dispositivo não excede 2,4 W, o que é bastante consistente com o chip usado) um resultado negativo foi obtido. Descobriu-se que o programa especializado PIXIs Designer, mencionado no artigo [1], destinado ao cálculo de um transformador de pulso em um OCP, não consegue dar conta de tal tarefa. O programa pressupõe a utilização de transformadores em núcleos magnéticos de ferrite com este microcircuito de apenas três tipos - EE13, EE16, EE19. Ao projetar o conversor necessário, mesmo no maior dos núcleos magnéticos listados, a ferrita entra em saturação (a indução magnética calculada atinge um valor de 0,45 T, que excede significativamente os 0,38 T permitidos). Como o conteúdo das células do programa está bloqueado para edição, o usuário não poderá inserir os parâmetros de seu próprio transformador nos cálculos. Isso significa que o programa não permite ao usuário calcular fontes de alimentação para tensões padrão de 9 e 12 V, o que restringe significativamente o escopo dos microcircuitos LNK501.

Fig. 1

Portanto, para projetar o SMPS necessário, optou-se por utilizar o programa VDS - VIPer Design Software. A revista “Radio” já falou sobre a utilização deste programa para projetar OCs em ICs da série TOPSwitch-ll [2]. A experiência com o LNK501 também foi bem sucedida. O diagrama esquemático do dispositivo calculado é mostrado na Fig. 1. Difere do protótipo (Fig. 1 em [1]) nas classificações de alguns elementos e na presença de um indicador de ligação HL1, que, juntamente com o resistor limitador de corrente R4, garante uma carga mínima.

Fig. 2

Na Fig. A Figura 2 mostra a característica de carga da unidade com uma tensão de entrada de 220 V. Uma carga com resistência nominal consome uma corrente de 0,17 A com uma tensão de saída de 12 V. Na Fig. A Figura 3 mostra a dependência da tensão de saída na tensão de entrada na resistência nominal de carga.

Fig. 3

O princípio de funcionamento do OCP no chip LNK501 é descrito detalhadamente no artigo [1]. A tarefa de projetar um SMPS se resume ao cálculo de um transformador de pulso. A sequência de tal cálculo no programa VDS: defina a faixa de tensão de entrada para 176...264 V; selecione o controlador VIPer53A PSI em um pacote DIP8, o valor da tensão refletida é 50 V (como em [1]), a frequência de comutação é 42 kHz; a tensão e a corrente de saída são 12 V e 0,2 A, respectivamente.

Para o transformador de pulso, é utilizado um núcleo magnético de ferrite M2000NM1 de tamanho padrão B22, entre as metades do qual é inserida uma arruela de material não magnético de 0,1 mm de espessura (a folga não magnética total equivalente é de 0,2 mm). O enrolamento primário contém 87 voltas de fio PEV-2 com diâmetro de 0,21 mm. Sua indutância medida é de 2,62 mH. O programa selecionou um análogo estrangeiro próximo - o núcleo magnético RM8 feito de ferrite N27. Depois de forçar o programa a definir a indutância medida do enrolamento primário e o número de voltas nele, foi obtido um resultado bastante aceitável - com uma corrente máxima de 228 mA, a indução magnética não excede 0,109 Tesla.

De acordo com os dados do passaporte do microcircuito LNK501, a limitação de corrente interna ocorre no nível de 0,24...0,27 A. Para uma operação confiável e estável da fonte de alimentação, é aconselhável não permitir que a corrente através do microcircuito aumente acima de 0,24 A na corrente de carga máxima.

Fig. 4

Para qualquer combinação de tensão de entrada e corrente de carga, o transformador opera em modo de corrente intermitente, conforme recomendado pelos desenvolvedores do chip LNK501. Os resultados dos cálculos utilizando o programa VDS mostraram que com os parâmetros forçados do enrolamento primário do transformador, o enrolamento secundário deveria conter 22 voltas de fio PEV-2 com diâmetro de 0,6 mm. Não há enrolamento de comunicação no transformador do dispositivo, portanto as informações do programa correspondente não são utilizadas. Os enrolamentos são isolados entre si por várias camadas de tecido envernizado. Todos os elementos da fonte de alimentação (exceto SA1 e FU1) são instalados em uma placa de circuito impresso (Fig. 4) feita de folha de fibra de vidro laminada unilateral com 1,5 mm de espessura. A aparência da placa com detalhes é mostrada na foto (Fig. 5). Durante a montagem, as metades do circuito magnético do transformador são firmemente fixadas à placa com um parafuso MZ através do orifício central, o parafuso é isolado do circuito magnético com uma arruela getinaks e um pedaço de tubo de PVC colocado no parafuso, a porca na placa é fixada com uma gota de tinta nitro. Não há ruído acústico no transformador mesmo sem qualquer impregnação. Devido aos pequenos campos eletromagnéticos dispersos externos do circuito magnético blindado, a tela de curto-circuito feita de fita de cobre, recomendada em [1], não é utilizada.

Fig. 5

No estágio de configuração, a resistência do resistor R2 foi reduzida dos 20 kOhm originais para 18 kOhm para definir a tensão de saída para 12 V a uma corrente de carga de 0,2 A. Nenhum aquecimento de nenhum elemento foi observado. Isso possibilitou a instalação do chip na placa por meio de um painel adaptador DIP8.

Assim, usando o programa VDS, você pode concluir de forma rápida e eficiente um projeto OCP de baixa potência usando um núcleo magnético adequado e um chip LNK501 disponível para o radioamador. Os oscilogramas de corrente e tensão obtidos pelo programa são próximos dos reais.

Literatura

1. Pletnev E. Fonte de alimentação chaveada de pequeno porte baseada no microcircuito LNK501. - Rádio, 2006, nº 5, p. 32-34.
2. Kosenko S. Projeto de SMPS flyback em TOPSwitch-ll usando o programa VDS. - Rádio, 2006, nº 3, p. 30-32.

Autor: S. Kosenko, Voronezh; Publicação: radioradar.net

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