Электрификация

Справочник домашнего мастера

Viper20a схема включения

VIPer – новое слово в проектировании импульсных источников питания

28 ноября 2007

В недавнем прошлом многие компании-производители стали отказываться от трансформаторных блоков питания вследствие их немалой массы и значительных габаритных размеров. Представьте себе трансформаторный блок питания с выходной мощностью 100-150 Вт, выполненный даже на ториодальном магнитопроводе. Масса такого блока питания будет составлять примерно 5-7 кг, а о его габаритах даже нечего и говорить. С появлением всевозможных микросхем ШИМ-контроллеров и высоковольтных мощных MOSFET-транзисторов на смену трансформаторным источникам питания пришли импульсные, следовательно, габаритные размеры и масса блоков питания уменьшились в несколько раз. Импульсные блоки питания не уступают трансформаторным по мощности, более того, они гораздо эффективнее. КПД современных импульсных блоков питания достигает 95%. Однако у таких блоков питания есть свои недостатки:

1. Большое количество элементов схемы, что в результате усложняет проектирование топологии печатных плат и приводит к паразитным возбуждениям и помехам.

2. Cложность настройки из-за подбора пассивных компонентов в обвязке ШИМ-контроллера, в цепи защиты и т.д.

Эти недостатки также создают неудобства при проведении диагностики неисправностей и при их устранении.

Основные узлы классической схемы импульсного обратноходового блока питания состоят из следующих блоков.

1. Входная цепь (включает в себя сетевой фильтр, диодный мост и фильтрующие конденсаторы).
2. ШИМ-контроллер.
3. Схемы защиты (по перенапряжению, по превышению температуры, и т.д.)
4. Схемы стабилизации выходного напряжения.
5. Мощный выходной MOSFET-транзистор.
6. Выходная цепь, состоящая из диодного моста и фильтрующих конденсаторов.

Как видно, количество активных компонентов, входящих в состав импульсного блока питания, доходит до нескольких десятков, что увеличивает габаритные размеры устройства и, как следствие, создает ряд проблем при проектировании и отладке.

Компания STMicroelectronics, проанализировав трудности, возникающие при проектировании импульсных источников питания, разработала уникальную серию микросхем, объединив на одном кристалле ШИМ-контроллер, цепи защиты и мощный выходной MOSFET-транзистор. Серия приборов была названа VIPer.

Название VIPer произошло от технологии изготовления самого MOSFET-транзистора, а именно, Vertical Power MOSFET.

Функциональная схема одного из приборов семейства VIPer представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Функциональная схема VIPer

Основные особенности:

  • регулируемая частота переключения от 0 до 200 кГц;
  • режим токовой регуляции;
  • мягкий старт;
  • потребление от сети переменного тока менее 1 Вт в дежурном режиме;
  • выключение при понижении напряжения питания в случае короткого замыкания (КЗ) или перегрузки по току;
  • интегрированная в микросхему цепь запуска;
  • автоматический перезапуск;
  • защита от перегрева;
  • регулируемое ограничение по току.

Пример принципиальной схемы стандартного включения одного из представителей семейства VIPer представлен на рисунке 2.

Как и в аналогичных микросхемах для построения импульсных источников питания производства таких фирм как Power Integrations и Fairchild, в микросхемах семейства VIPer применяется режим регулирования по току. Используются две петли обратной связи — внутренняя петля контроля по току и внешняя петля контроля по напряжению. Когда МОП-транзистор открыт, значение тока первичной обмотки трансформатора отслеживается датчиком SenseFET и преобразуется в напряжение, пропорциональное току. Когда это напряжение достигает величины, равной Vcomp (напряжение на выводе COMP (см. рис. 1) — выходное напряжение усилителя ошибки), транзистор закрывается. Таким образом, внешняя петля регулирования по напряжению определяется величиной, при которой внутренняя токовая петля выключает высоковольтный ключ. Немаловажно отметить еще одну особенность микросхем VIPer, которая ставит их на уровень выше конкурентов. Это возможность работать на частотах достигающих 300 кГц. Она позволяет добиться еще большего КПД и использовать трансформаторы с меньшими габаритными размерами, что ведет к миниатюризации источника питания с сохранением расчетной выходной мощности.

Рис. 2. Принципиальная схема включения микросхемы семейства VIPer

Семейство VIPer имеет широкую номенклатурную линейку приборов, позволяющих легко выбрать микросхему, удовлетворяющую заданные технические условия. Доступные на данный момент приборы, включая новинки, представлены в таблице 1.

Таблица 1. Сводная таблица приборов семейства VIPer

Микросхемы VIPer доступны в различных корпусных исполнениях, представленных на рисунке 3.

Рис. 3. Корпусное исполнение микросхем семейства VIPer

Корпусное исполнение PowerSO-10 является разработкой компании ST Microelectronics. Этот корпус предназначен для поверхностного монтажа на контактную медную площадку на поверхности печатной платы, соединенную со стоком мощного транзистора.

В таблице 2 представлены рекомендации от STMicroelectronics по замене аналогичных приборов других производителей на приборы семейства VIPer. Данная таблица была составлена по материалам, предоставленным STMicroelectronics. Приборы VIPer, указанные в таблице, не являются pin-to-pin аналогами приборов других производителей. Данные были составлены, исходя из близких параметрических особенностей.

Таблица 2. Сводная таблица рекомендованных к замене приборов

Рис. 4. Интерфейс программного обеспечения для расчета источника питания на приборах семейства VIPer

В заключение хочется отметить, что компания STMicroelectronics предоставляет разработчикам пакет бесплатного программного обеспечения для расчета параметров источника питания, построенного на основе микросхем семейства VIPer.

Пакет VIPer Design Software имеет доступный и понятный интерфейс, позволяющий задать любой из необходимых параметров и получить готовую схему с перечнем используемых компонентов, графиками и осциллограммами процессов.

По вопросам получения технической информации, заказа образцов и поставки обращайтесь в компанию КОМПЭЛ. Е-mail: analog.vesti@compel.ru

EEPROM в новом миниатюрном корпусе

В марте 2007 г. компания STMicroelectronics объявила о выпуске привычных всем микросхем EEPROM (емкостью от 2 до 64 кБит; с SPI или I2C-интерфейсом) в миниатюрном 2х3 мм MLP8 (ML — Micro Leadframe) исполнении. По своим рабочим характеристикам новая разработка сравнима со своей предшественницей, микросхемой размером 4×5 мм, (в корпусе S08N), однако позволяет значительно сэкономить место на печатной плате, равно как и снизить стоимость конечного устройства.

STMicroelectronics — первая компания, которая представила на рынок полную линейку серии EEPROM в столь малом корпусе. Супертонкий корпус (всего 0,6 мм) с плоскими выводами, расположенными c двух сторон, число циклов памяти до 1 миллиона (!), способность сохранять необходимые данные более 40 лет — все это делает микросхему достойным представителем своего семейства.

Новая разработка предназначена для применений в широких областях современной микроэлектроники: цифровые фото- и видеокамеры, миниатюрные MP3-плееры, разнообразные пульты, игровые приставки, беспроводные устройства, Wi-Fi-системы.

Выпуск новой микросхемы намечен на вторую половину 2007 года, но образцы можно заказывать уже сейчас.

Стабилизированный блок питания на микросхеме Viper22a

Приветствую, Самоделкины!
Сегодня мы вместе с Романом, автором YouTube канала «Open Frime TV», будем собирать вот такой миниатюрный блок питания на микросхеме VIPER 22A.





В первую очередь поговорим о том, для чего нужен такой блок питания. В основном автор планирует использовать его как дежурное питание в более мощных блоках для того, чтобы исключить из схемы самозапит и микростарт.


Да, мы немного проиграем в размерах платы, но зато наладка всего устройства будет намного проще. Также этот блок можно использовать как зарядник или же как блок питания для каких-нибудь слаботочных потребителей. Выходная мощность может достигать 15Вт.
Вторая же причина сборки — это желание разобраться в обратно ходовых преобразователях, и начать автор решил именно с такого блока. Из плюсов у него то, что силовая и управляющая часть схемы находятся в одной микросхеме и нам остается только намотать трансформатор и развести плату, что очень удобно для начинающего.

Давайте приступать к сборке. Сначала рассмотрим схему устройства:
Как видим, рассчитана она на 12В и ток в 0,5А.
Но что, если нам нужны другие выходные характеристики? Для этого разработчики написали специальную программу, в которой можно задать требуемое выходное напряжение и ток, а она уже сама подбирает номиналы.
Вот к примеру, можем задать напряжение в 5В и ток в 1А, как для зарядного устройства. На выходе получаем вот такие номиналы:
В принципе, тут все хорошо, кроме вот этих кондёров:
Они зависят от того, как вы намотаете трансформатор. В данном случае пришлось их подбирать, так как при стандартных номиналах был слышен небольшой писк, что очень раздражало. Также видим, что программа выдала нам необходимые номиналы делителя для tl431.
Они рассчитываются таким образом, что при номинальном выходном напряжении в точке делителя было 2,5В.
Когда получили все номиналы, приступаем к разводке печатной платы.
Как видим, она получилась миниатюрной и тут присутствуют всего 2 smd элемента.
Первый — это резистор для светодиода, который нужно подобрать в зависимости от напряжения, а второй — это конденсатор возле tl431, при трассировке автор про него попросту забыл, а когда вспомнил было уже поздно, так что придется купить smd конденсатор или же переразвести плату.
Еще вы могли обратить внимание на полигон возле микросхемы.
Это так называемый импровизированный радиатор, так как микросхема отводит тепло только с помощью своих выводов.
Теперь самая сложная часть схемы — это трансформатор, точнее это дроссель, но привычней его называть трансформатором.
Расчет можно произвести в заводской программе:
Но, как видим, там все запутано и плюс диаметры проводов в другой системе измерений. В общем автор рекомендует воспользоваться программой Старичка, так как она намного удобнее.
В ней выбираем сердечник, тут можно использовать довольно популярный сердечник из дежурного блока питания ATX — e16.
Автор же использовал сердечник е20, так как только такие были на рынке.
Если будете юзать другой сердечник, просто на печатной плате измените расстояние между ножками, вот и все.
Итак, дальше указываем параметры обмоток, а также диаметр провода, который имеется в наличии, и программа нам выдает параметры намотки.
Обмотку самозапита автор выбрал на 15В, хотя из даташита видно, что напряжение можно поднимать вплоть до 50В.
Также немаловажную роль играет зазор в сердечнике. Как было сказано выше, это не трансформатор, а дроссель, и если не сделать зазор, то получится большая индуктивность, которая не будет успевать отдавать энергию в нагрузку и дроссель уйдет в насыщение, что плохо.
Когда разобрались с расчетами, переходим к намотке. Сейчас вы увидите, как мотал свой трансформатор автор данного проекта. Первым делом берем наш каркас, закрепляем начала первичной обмотки и начинаем мотать.
Все обмотки мотаются в одну сторону, допустим вправо, таким образом мы не напутаем с фазировкой. Начало и конец обмотки обозначены на печатной плате.
Стараемся мотать виток к витку. После заполнения слоя необходимо произвести изоляцию. Для этого нам понадобится термоскотч.
Изолируем поверхность и продолжаем мотать в том же направлении и таким образом делаем столько слоев, чтоб поместилась первичка.
Изоляцию нужно использовать в каждом слое для повышения безопасности. Стоит сразу сказать, что технология намотки неправильная, но для таких мощностей пойдет, а уже в более мощной версии, автор обещает показать правильную намотку. Заключается она в том, чтобы разделить первичку на 2 части, одна часть будет в самом низу, а вторая – вверху. Таким образом будет лучше потокосцепление.
Когда намотали первичку, начинаем мотать обмотку самозапита, все также вправо, соблюдая фазировку, тут нет ничего сложного.
В конце еще один слой изоляции и теперь приступаем к намотке вторички. Ее выводы располагаются на другой части каркаса, направление обмотки сохраняется.
Когда закончили и со вторичкой, сделали изоляцию вот такой желтой лентой для красоты.
Дальше необходимо посадить половинки сердечника на каркас. Если намотали все верно, то они должны свободно садится.
Теперь то, из-за чего автор так не любит обратноход — это зазор. В принципе, работать будет даже если сделать зазор на глаз, но мы же хотим качественный блок, поэтому начинаем подбирать зазор. В данном случае отлично подошла желтая лента, ее автор взял в 2 слоя.
И теперь проверяем индуктивность с помощью прибора.
Как видим, она совпадает с расчетной, а это значит, что намотали хорошо и выбран правильный зазор. На этом сборка завершена и традиционно у нас тесты. Подключаем блок к сети и проверяем напряжение на выходе.
12 вольт — все отлично. Теперь подцепим небольшую лампочку накаливания, рассчитанную на напряжение 12В.
Как видим, опять все отлично. Можем в нагрузку даже подцепить светодиодную ленту, результат тот же.
В общем можно смело советовать данный блок для повторения. Благодарю за внимание. До новых встреч!
Видео:

Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. .

VIPER22ADIP-E, Преобразователь переменного тока в постоянный [DIP-8]

Комбинированные микросхемы источников питания серии Viper от компании STMicroelectronics хорошо зарекомендовали себя на рынке. С каждым годом их популярность растет, поскольку идет постоянное обновление и расширение линейки.
Интеграция в одном кристалле ШИМ-контроллера и высоковольтного МДП-транзистора, а также встроенных в микросхему схем защиты от перегрузки по току и перегрева позволяет значительно повысить надежность источников питания, построенных с использованием микросхем семейства VIPer. Уменьшение числа компонентов упрощает процесс конструирования, а также позволяют понизить общую стоимость разработки и производства источников питания. Каждая микросхема рассчитана на соответствующую топологию схемы преобразователя, а так же на определенную мощность конечного устройства.
Область применения микросхем семейства Viper — практически все возможные бытовые источники питания мощностью до 100 Вт: зарядные устройства, источники питания для светодиодных источников света, а также вторичные источники питания для всевозможной бытовой электроники.
Основные отличительные особенности данных микросхем: возможность построения схем, как на топологии с постоянной частотой коммутации, так и квазирезонансных схем; минимальное потребление энергии в дежурном режиме, минимально возможное количество элементов обвязки, наличие ШИМ-контроллера с флуктуацией частоты для снижения электромагнитного эмиссионного излучения, увеличенное максимальное допустимое напряжение транзистора, встроенный ограничитель тока с регулируемой контрольной точкой, безопасный режим автоматического перезапуска при обнаружении сбоев и гистерезисная схема отключения при перегреве.
Для ускорения проектирования импульсных ИП на основе ИС серии VIPer, компания STMicroelectronics предлагает несколько оценочных наборов, каждый из которых демонстрирует пример реализации некоего законченного устройства, также STMicroelectronics предоставляет для разработчиков пакеты автоматизированного расчёта параметров источника питания на основе VIPer (VIPerXXX Design Software). При использовании специального программного обеспечения VIPer Software разработка еще более упрощается.

Неизолированный импульсный преобразователь с двумя выходами для питания бытовых приборов

Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2017

Fabio Cacciotto, STMicroelectronics

EDN

Реализация многих функций современных бытовых приборов в значительной степени основана на использовании микроконтроллеров и дополнительных схем. Хотя обеспечить изоляцию от сети переменного тока могут обычные трансформаторы с железным сердечником, низковольтное питание микропроцессоров, выходные сигналы которых управляют связанными с сетью силовыми ключами, требуют еще одного уровня электрической изоляции, такой как оптроны или импульсные трансформаторы.

Разработчики могут избежать сложностей и затрат, связанных с добавлением дополнительных компонентов изоляции от неизолированной линии сети переменного тока. Но если получение с помощью автономного импульсного источника питания одного низкого напряжения не вызывает никаких трудностей, получение нескольких напряжений представляет определенную проблему и требует относительно сложной конструкции.

В качестве альтернативы вы можете использовать однокристальный контроллер импульсного преобразователя, такой, например, как Viper22A, выпускаемый STMicroelectronics (IC1 на Рисунке 1), с помощью которого из напряжения сети переменного тока от 88 В до 265 В можно получить два стабилизированных напряжения суммарной мощностью до 3.3 Вт. При указанных на рисунке номиналах компонентов схема обеспечивает нагрузку напряжениями –5 В ±5% при токе до 300 мА и –12 В ±10% при токе до 150 мА.

Рисунок 1. Этот автономный импульсный источник питания стабилизирует
два выходных напряжения.

В состав Viper22A входят тактовый генератор 60 кГц, источник опорного напряжения, цепь защиты от перегрева и высоковольтный силовой MOSFET, способный рассеивать мощность в несколько ватт. Хотя микросхема Viper22A выпускается в 8-выводном корпусе, для ее работы требуются всего четыре контакта: вход напряжения питания VDD, вход обратной связи FB, а также выводы истока и стока MOSFET. Остальные выводы – вход резервного питания и дополнительные контакты стока – служат для улучшения отвода тепла в печатную плату.

Резистор R4 ограничивает броски входного тока и одновременно выполняет функцию защитного предохранителя. Диодом D1 переменное напряжение сети выпрямляется до эффективного значения порядка 160 В и сглаживается фильтром на элементах C1, R1, L1, и C2. Помимо сглаживания пульсаций постоянного тока, фильтр снижает электромагнитные помехи до уровня, соответствующего требованиям европейского стандарта 55014 CISPR14. Дополнительное снижение кондуктивных излучений обеспечивает демпфирующий конденсатор C9, включенный параллельно диоду D1.

Конденсатор C3 накапливает положительный заряд в течение времени, когда MOSFET закрыт, и отдает его для питания микросхемы IC1 напряжением VDD, когда MOSFET открыт. Обратное напряжение диода D3 может достигать суммы пикового выпрямленного напряжения сети и максимального выходного постоянного напряжения, поэтому в качестве D3 следует выбирать диод с быстрым восстановлением, рассчитанный на пиковое обратное напряжение 600 В.

Для обратной связи, замыкающей контур регулирования, используется напряжение VOUT2. Сумма напряжения база-эмиттер PNP транзистора общего назначения Q1 и обратного напряжения стабилитрона D6 устанавливает напряжение VOUT2 равным –5 В. Стабилитрон D7 сдвигает напряжение на входе обратной связи микросхемы IC1 в ее линейный диапазон 0…1 В. Для исключения высокочастотной генерации в цепи обратной связи проводники, идущие к конденсатору C4, необходимо сделать как можно более короткими. Две обмотки катушки L2 намотаны на гантельном ферритовом сердечнике TDK SRW0913; соотношение витков обмотки определяет выходное напряжение VOUT1. Для поддержания стабилизации при отсутствии нагрузки на выходе VOUT1 и полной нагрузке на VOUT2 между VOUT1 и общей линией заземления включен дополнительный резистор R5.

admin

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Наверх