Conversor AC/DC de chip único com PFM. Esquema, descrição

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A fonte de alimentação chaveada de ciclo único de média potência (SMPS) apresentada no artigo pode ser usada para substituir um adaptador de rede convencional construído com base em uma fonte de alimentação linear.

Principais características técnicas

Faixa de tensões alternadas permitidas da rede de alimentação, V......80...276
O número de fases da tensão de rede ...... 1
Tensão de saída constante nominal, V......20
Corrente máxima permitida consumida pela carga, A......4
Corrente consumida pela alimentação da rede sem carga, mA......13
Faixa de controle de frequência de conversão típica, kHz......20...70

O diagrama esquemático da fonte de alimentação é mostrado na fig. 1.

Conversor AC/DC de chip único com PFM

O SMPS possui isolamento galvânico dos circuitos de entrada e saída. O principal componente do SMPS é um microcircuito especializado da marca 1182EMZ da empresa NPC SIT de Bryansk. Informações de referência sobre o microcircuito 1182EMZ podem ser encontradas no livro de referência [1, p. 34, 35], que, em particular, afirma que o microcircuito especificado não possui análogos. As vantagens do microcircuito deste SMPS são a presença de proteção integrada contra sobrecargas de corrente de carga e superaquecimento de seu cristal semicondutor. O microcircuito opera segundo o princípio da modulação de frequência de pulso (PFM) com uma faixa de frequência de geração de 20 kHz a 70 kHz. A faixa de frequência operacional do PFM pode ser variada alterando a indutância do enrolamento primário do transformador de tensão de pulso TV1. A amplitude dos pulsos de tensão aplicados ao enrolamento primário do transformador TV1 depende da tensão de ruptura elétrica do diodo zener VD1.

Finalidade e possível substituição de componentes

O componente de duas peças SA1 é o interruptor de alimentação e FU1 é o fusível que protege o gerador CA contra sobrecarga se DA1 falhar. O capacitor cerâmico de alta tensão C1, que pode ser retirado das marcas K15-5, K15-U2, KSO-10, KSO-11 ou KSO-13, suprime a ondulação gerada por um conversor composto por um microcircuito DA1 e um pulso TV1 transformador. Este capacitor deve ter os valores mínimos possíveis dos parâmetros parasitas de indutância e resistência, e também deve operar de forma confiável quando uma tensão alternada é aplicada às placas.

Um retificador de meia onda montado no diodo VD2 e um filtro capacitivo no capacitor C2 garantem o funcionamento do microcircuito DA1. O diodo VD2 pode ser substituído por dispositivos das marcas SF12, SF14, UF4002, US1D ou KD212A, e o capacitor C2 pode ser utilizado pelas marcas K73-11, K73-20, K73-15, K73-16, K73-22 ou K73P-2 . O capacitor eletrolítico C3 é projetado para suprimir a ondulação na tensão CC aplicada à carga. Este capacitor C3 pode ser usado como K50-6, K50-29, K50-31 ou um capacitor importado semelhante com dimensões tão pequenas quanto possível. O diodo VD3 marca BYW80-200 retifica a tensão de pulso induzida no enrolamento III do transformador de tensão TV1. É necessário garantir o contato térmico deste diodo com o cooler do chip DA1, o que pode exigir a utilização de um espaçador feito de material isolante elétrico como mica ou cerâmica de berílio. O diodo VD3 deve ser de alta frequência ou pulsado; pode ser substituído por um dispositivo 15ETN03, MUR820, KD213A, KD213B ou KD213V.

O chip DA1 deve ser montado em um cooler HS113, HS118, HS134, HS184 ou similar usando pasta térmica KPT-8. O microcircuito é colocado em uma caixa de metal-plástico "Multiwatt-9" e possui as seguintes atribuições de pinos:

1 - a saída destina-se à ligação do enrolamento primário do transformador;

2 e 3 - conclusões para o fornecimento de tensão alternada da rede;

4 - a saída é necessária para conectar o enrolamento primário do transformador; 5, 6 e 9 – não utilizado;

7 - fio comum local do microcircuito;

8 pinos para conectar um diodo zener. A temperatura operacional de aquecimento do cristal semicondutor do microcircuito está na faixa de -40°C a +150°C. A resistência térmica típica do chip - o corpo do chip é de 4°C/W, e a resistência térmica do chip - o ambiente chega a 50°C/W. O limite para proteção contra superaquecimento do cristal do microcircuito está na faixa de +135°C a +160°C. Além disso, o microcircuito pode suportar potencial estático com tensões de até 2 kV.

O transformador de tensão de pulso TV1 é feito em um núcleo de ferrite de tamanho padrão Ш12x15. O grau de ferrita pode ser 2500NMS1, 2500NMS2 ou 3000NMS. O comprimento do intervalo não magnético é selecionado até que a indutância do enrolamento primário seja de 2,5 mH (neste caso, a frequência de conversão será de cerca de 30 kHz). O enrolamento I é formado por 47 voltas, o enrolamento 11-14 voltas e o enrolamento III por 24 voltas de fio PEV, PEL ou PELSHO. O diâmetro do fio com isolamento do enrolamento I é 0,41 mm, enrolamento 11-0,14 mm e enrolamento III - 0,89 mm. Embora esses fios de enrolamento de grande diâmetro levem a perdas maiores devido a efeitos de superfície, você pode conviver com isso ou usar fio Litz de seção transversal equivalente. Cada enrolamento é isolado um do outro com três camadas de Mylar, laca ou filme de Teflon.

O resistor fixo R1 e o LED HL1 formam um circuito que indica o estado ligado da fonte de alimentação e também representam uma pequena carga não comutável de um conversor de terminação única. É permitido utilizar resistor R1 da marca MLT, OMLT, C2-22, C2-23 ou similar. O LED pode ser usado sob as marcas KIPM05D-1ZH, KIPM05D1-1ZH, KIPM05E-1ZH, KIPM05E1-1ZH, KIPM06D-1ZH, KIPM07D-1ZH, KIPD35A-ZH ou similar.

projeto

Ao instalar o SMPS, todas as conexões devem ser feitas com condutores mais curtos possíveis. É aconselhável dobrar as pernas 2 e 3 do microcircuito DA1 em direções opostas para evitar quebras e curto-circuito.

Ajuste e ajuste

A fonte de alimentação deverá começar a funcionar imediatamente, sem quaisquer ajustes. Porém, pode ser necessário selecionar o número de voltas do enrolamento III do transformador TV1 para definir com maior precisão a tensão de saída. Se você ouvir um rangido ou outros sons estranhos durante a operação do SMPS, deverá alterar a indutância do enrolamento primário do transformador de tensão de pulso TV1, ajustando assim a faixa de frequência PFM.

Literatura

Circuitos integrados: Microcircuitos para comutação de fontes de alimentação e sua aplicação. Edição 2ª. - M.: DODEKA, 2000. - 608 p.

Autor: E.Moskatov, Taganrog, moskatov.narod.ru

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