使用Viper VP22A低功耗主開(kāi)關(guān)IC構(gòu)建簡(jiǎn)單的12.6V CC/CV鋰電池充電器

開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)是市場(chǎng)上最常用的交流-直流轉(zhuǎn)換器之一，因?yàn)樗鼈兘邮?10V/230V交流作為輸入，并將其轉(zhuǎn)換為理想的直流電壓水平，使其適用于廣泛的應(yīng)用。它們無(wú)處不在，從智能手機(jī)充電器到實(shí)驗(yàn)室工作臺(tái)電源，再到醫(yī)療工具。我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一些SMPS電路，例如5V 2A SMPS電路，12V 1A TNY268 SMPS電路和12V 1A基于毒蛇的CV電路。然而，我們沒(méi)有在任何這些項(xiàng)目中討論恒流(CC)與恒壓(CV)電源。CC和CV配置需要構(gòu)建鋰電池充電器，在本文中，我們將設(shè)計(jì)和構(gòu)建一個(gè)12.6V鋰離子電池充電器，為我們?cè)谥暗慕坛讨袠?gòu)建的12V電池組充電。恒流電路是非常有用的，因?yàn)樗鼈兛梢杂脕?lái)保護(hù)你的電路從過(guò)流，以及根據(jù)制造商的要求充電鋰電池。它還可以用作恒流LED驅(qū)動(dòng)器，以防止LED燒壞。因此，在這個(gè)項(xiàng)目中，我們將在基于viper22的電源中添加恒流功能，并將記錄整個(gè)施工過(guò)程。

基于Viper22A的SMPS電路設(shè)計(jì)規(guī)范

在我們開(kāi)始SMPS設(shè)計(jì)之前，我們需要列出規(guī)格，因?yàn)椴煌愋偷腟MPS在不同的環(huán)境中工作，并且它們有輸入和輸出規(guī)格。我們還需要考慮SMPS是在適配器內(nèi)還是在開(kāi)放環(huán)境中。

輸入規(guī)格

我們正在建造的SMPS電路將具有220V-240V的交流輸入電壓額定值，因?yàn)檫@是標(biāo)準(zhǔn)的印度規(guī)格。這也是EU的額定輸入電壓。

輸出規(guī)范

電源輸出電壓為12.6V，恒流為1.3A。輸出功率為16.8瓦。如前所述，SMPS將在恒流和恒壓模式下工作，這意味著考慮到負(fù)載的大小，電流將被限制在1.3A。

輸出紋波

由于設(shè)計(jì)恒流電源的目的是將其用作LED驅(qū)動(dòng)器或電池充電器，因此輸出紋波規(guī)格并不重要。但是，如果您使用該電源為高度敏感的電子設(shè)備供電，那么您需要考慮一個(gè)好的電源將具有30mV pk-pk的最大輸出紋波電壓。輸出紋波電壓取決于兩個(gè)主要因素，即變壓器結(jié)構(gòu)和輸出濾波器，因此我們需要在設(shè)計(jì)中考慮這兩個(gè)因素。我們將從專業(yè)制造商處訂購(gòu)變壓器，至于電容器，我們將使用低ESR值的電容器。

輸入輸出保護(hù)

有各種類型的保護(hù)電路可用于SMPS的安全可靠運(yùn)行，但保護(hù)系統(tǒng)可分為兩類：輸入保護(hù)和輸出保護(hù)。輸入保護(hù)電路保護(hù)SMPS免受瞬態(tài)和高輸入電壓的影響。輸出保護(hù)電路保護(hù)負(fù)載裝置不被損壞。輸入浪涌保護(hù)將在最大工作輸入電壓為275VAC時(shí)使用。此外，為了處理EMI問(wèn)題，將使用共模濾波器來(lái)消除產(chǎn)生的EMI。在輸出端，我們將包括短路保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)電路。

SMPS驅(qū)動(dòng)IC的選擇

為了構(gòu)建一個(gè)正常工作的SMPS，我們將需要一個(gè)PMIC或電源管理IC，正如我們之前討論的，我們將使用Viper22A SMPS控制器IC。該電路將具有以下功能。

?16.38W輸出，12.6V CV, 1.3A CC。

?標(biāo)準(zhǔn)(220-260)V輸入額定電壓

?輸入防雷保護(hù)。最大輸入電壓275VAC。

?輸出短路、過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)。

?恒壓操作。

從上述要求來(lái)看，我們有很多ICS可供選擇，但正如我們之前提到的，我們將使用viper22A IC，因?yàn)樗阋饲乙子谠谑袌?chǎng)上獲得，并且從viper22A的數(shù)據(jù)表中，我們可以看到功率能力在我們對(duì)DIP封裝的要求范圍內(nèi)，因此我們將使用該IC。

Viper22 IC電源能力

在上圖中，顯示了Viper22A IC的典型功率能力。如您所見(jiàn)，輸入電壓為195-265V的DIP-8版本IC可以提供20W的功率。Viper22A IC的引腳如下所示。

組件：12v鋰電池充電器

下面列出了構(gòu)建基于viper22的SMPS電路所需的組件。用于構(gòu)建此項(xiàng)目的大多數(shù)組件都可以在您當(dāng)?shù)氐膼?ài)好商店或任何在線商店中找到。基于viper22的電池充電器電路的完整BOM如下所示。

?VIper22A驅(qū)動(dòng)IC - 1

?EE25 SMPS變壓器- 1

?0.15nF， 250V交流電容- 1

?100uF， 16V電容- 2

?10 k Resistor-1

?1K電阻- 1

?680R電阻- 1

?4.7K電阻- 1

?10歐姆電阻-2

?180K電阻- 1

?2.2K電阻- 1

?22uF，400V電容- 1

?27K電阻- 1

?3.3uH，1A電感-1

?4.7uF，16V電容- 1

?9.1K電阻- 1

?DB107G橋式整流器

?快速恢復(fù)二極管- 1

?LM358運(yùn)算放大器- 1

?EL817光耦- 1

?SR360肖特基二極管- 1

?T500mA慢熔保險(xiǎn)絲- 1

?Tl431 - 1

?Uf4007 - 1

?LED紅- 1

?LED綠色- 1

?1R，2W電阻- 3

?1000uF，16V電容- 1

?0.1uF，16V電容- 4

毒蛇型CC/CV電池充電器電路圖

我們開(kāi)始使用Viper的電源設(shè)計(jì)軟件來(lái)設(shè)計(jì)電路。您可以下載VIPer Design Software Version 2.24。你需要明確這個(gè)版本，因?yàn)镾T最新版本的軟件不支持viper22A IC，通過(guò)選擇輸入輸出規(guī)格，可以生成完整的電源電路。完整的電路為基于viper22的CC/CV電池充電器如下所示。

?輸入浪涌和故障保護(hù)

?輸入濾波器

?交直流轉(zhuǎn)換

?驅(qū)動(dòng)電路或主開(kāi)關(guān)IC

?鉗位電路

?EMI濾波器

?二次整流

?過(guò)濾部分

?反饋部分

?恒流段

輸入浪涌和SMPS故障保護(hù)

輸入浪涌和故障保護(hù)部分由三部分組成：首先是慢熔保險(xiǎn)絲，其次是10歐姆的NTC，最后，我們有一個(gè)250V的7mm MOV(金屬氧化物壓敏電阻)，因?yàn)閂Iper22A IC的最大輸入額定電壓為265V。在高電壓浪涌期間，MOV將變成死短，保險(xiǎn)絲將爆炸保護(hù)IC免受高輸入電壓。SMPS電路中使用的保險(xiǎn)絲必須是慢熔型保險(xiǎn)絲，因?yàn)楫?dāng)電路接通時(shí)，由于電容器的存在會(huì)產(chǎn)生巨大的電流。NTC的存在是為了限制在前兩三個(gè)啟動(dòng)周期中流動(dòng)的涌流。

輸入濾波器

對(duì)于輸入濾波器，我們使用0.15nF，250V交流電容器。該電容器是一個(gè)x型電容器，我們?cè)谖覀兊淖儔浩魃匐娫丛O(shè)計(jì)中使用了這種類型的電容器。

交直流轉(zhuǎn)換

ac -DC轉(zhuǎn)換器的主要部件是全橋整流器，因此，我們使用DB107 1A整流器IC。為了將有噪聲的直流信號(hào)過(guò)濾為平滑的直流信號(hào)，我們使用22uF，400V低ESR電容。

驅(qū)動(dòng)電路或主開(kāi)關(guān)IC

Viper22A是我們電源的主要開(kāi)關(guān)元件，設(shè)備需要從變壓器的輔助繞組供電來(lái)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)過(guò)程。一旦開(kāi)關(guān)電壓在那里并且大于9V，主變壓器上的開(kāi)關(guān)就會(huì)從內(nèi)置的MOSFET開(kāi)始。

鉗位電路或瞬態(tài)鉗位電路

變壓器本身就是一個(gè)大電感器。與任何電感器一樣，它會(huì)在變壓器關(guān)斷期間產(chǎn)生高電壓尖峰，這可能會(huì)損壞Viper22IC。因此，為了防止這種情況，我們需要使用瞬態(tài)電壓抑制電路。D5， R2和C7構(gòu)成了這個(gè)電路。

二次整流

變壓器的高頻輸出由SR360二極管D1進(jìn)行整流和濾波。二極管的最大輸出電流為3A，因此它可以輕松處理我們的電源的最大輸出電流為1.3A。

過(guò)濾部分

在原理圖中，C3， L3和C13構(gòu)成了我們的LC PI濾波器。LC濾波器在電源輸出端提供更好的紋波抑制。

反饋部分

總反饋部分由TL431(U2), LM358N(IC1), PC817(OK2)和兩個(gè)led LED1， LED2組成。TL431檢測(cè)輸出電壓并輸出2.5V的恒定電壓。現(xiàn)在，這個(gè)2.5V與運(yùn)算放大器(IC1B)的輸出電壓進(jìn)行比較，并通過(guò)分壓器(R7和R5)降低電壓的反饋?，F(xiàn)在，當(dāng)電源的非反相輸入電壓大于反相輸入電壓時(shí)，運(yùn)算放大器的輸出變高，LED1亮起，表明它處于恒壓或CV模式?，F(xiàn)在，光耦合器打開(kāi)，并在VIPER22A IC的反饋引腳上提供一些電壓，viper相應(yīng)地調(diào)整其開(kāi)關(guān)速度。

現(xiàn)在對(duì)于恒流部分，操作和恒電壓幾乎是一樣的。電阻R8、R9和R13形成分壓器。這個(gè)電壓與0.33歐姆電阻上的壓降進(jìn)行比較，這是我們通過(guò)并聯(lián)三個(gè)1歐姆電阻得到的?，F(xiàn)在，如果運(yùn)算放大器的引腳3處的電壓高于引腳2，則運(yùn)算放大器的輸出變高，LED2打開(kāi)，現(xiàn)在控制光耦合器，充電器模塊在CC模式下工作。

使用Viper22A的12V電池充電器PCB設(shè)計(jì)

CC-CV充電器的PCB是一塊簡(jiǎn)單的單面板。我已經(jīng)使用Eagle來(lái)設(shè)計(jì)我的PCB，但你可以使用任何設(shè)計(jì)軟件的選擇。我的板子設(shè)計(jì)的二維圖像如下圖所示。

PCB的頂部和底部如上所示。正如你所看到的，在底部我使用了多邊形來(lái)確保足夠的電流可以通過(guò)它，厚多邊形也作為散熱片來(lái)散熱。完整的設(shè)計(jì)文件和原理圖PDF可以在下面給出的鏈接中找到。

下載基于CC/CV反激轉(zhuǎn)換器PCB的Viper22A的Gerber文件

為了方便和測(cè)試，我們制作了一個(gè)手工版的PCB，焊接后的頂部和底部如圖所示。

基于viper22的SMPS電路變壓器結(jié)構(gòu)

正如我們前面提到的，您需要使用viper設(shè)計(jì)軟件來(lái)設(shè)置輸入和輸出參數(shù)，一旦設(shè)置好了，您就需要單擊Transformer按鈕。

單擊變壓器按鈕后，您將得到如下所示的內(nèi)容。

Core為E20/10/5，氣隙為0.68mm。初級(jí)電感為0.72mH。主匝比是113匝與31 AWG線。輔助線是22匝44 AWG線。輸出繞組采用19匝21 AWG線。根據(jù)變壓器設(shè)計(jì)工具提供的所有信息，我們從一家專業(yè)建筑公司訂購(gòu)了變壓器，一周后我們收到了貨物，變壓器看起來(lái)像下圖所示。

基于Viper22A的SMPS電路測(cè)試

為了測(cè)試電路，我們有如下所示的測(cè)試設(shè)置。為了測(cè)量輸出電壓，我們使用萬(wàn)用表，為了測(cè)量電流，我們使用鉗形表。

現(xiàn)在你可以看到電路是通電的，在輸出端，我們得到12.7伏的電壓，這使得這個(gè)電路非常適合3S電池組充電。

現(xiàn)在你可以在圖像中看到，我們已經(jīng)將負(fù)載連接到電源的輸出端。負(fù)載是兩個(gè)并聯(lián)的10歐姆電阻，這使得負(fù)載為5歐姆，正如你所看到的，有一個(gè)900mA電流流過(guò)電阻。電流的值較低，因?yàn)樵跇?gòu)建電路的時(shí)候，我們沒(méi)有一個(gè)9.1K的電阻，我們需要把一些電阻串聯(lián)起來(lái)得到9.1K的值，這就是為什么我們沒(méi)有得到完整的1.3A輸出的原因。

用解決方案構(gòu)建電路時(shí)的問(wèn)題

我們?cè)诮ㄔ祀娐返倪^(guò)程中遇到了許多問(wèn)題。其中最大的問(wèn)題是我們手頭的復(fù)制ic。原IC中5、6、7、8引腳短接，重復(fù)IC中7、8引腳短接，5、6引腳與7、8引腳沒(méi)有連接。

接下來(lái)，需要觀察變壓器的輔助電壓。如果互感器的輔助電壓不大于9V，集成電路將不啟動(dòng)。

下一個(gè)問(wèn)題是恒流設(shè)計(jì)。Viper IC不是為恒流工作而設(shè)計(jì)的，我們必須添加一個(gè)額外的電路來(lái)啟用Viper IC的恒流模式。另一方面，如果我們使用Power integration IC，它將具有內(nèi)置的電流限制功能，但Viper IC沒(méi)有該功能。

本文編譯自circuitdigest