[Tìm hiểu] IC điều khiển SMPS VIPER22A

09/08/23

Chuyên mục: Kiến Thức Chung

VIPER22A là một IC điều khiển chuyển đổi chế độ nguồn được giới thiệu bởi hãng STMicroelectronics. Thiết bị chuyển đổi điện áp xoay chiều sang mức điện áp một chiều cần cho các mục đích khác nhau bằng các phương pháp chuyển mạch.

IC này đi kèm với Bộ điều khiển PWM và MOSFET mạnh mẽ. Nó được sử dụng chủ yếu trong các mạch không có biến áp. Nó có dãy cung cấp điện áp xoay chiều đầu vào rộng cùng với các nấc điều chỉnh cho các tình huống bị lỗi và chế độ ngắt tự động khi tải thấp.

ic-dieu-khien-smps-viper22a

Các ứng dụng điển hình bao gồm bộ sạc pin và thiết bị điện tử tiêu dùng. Hướng dẫn này đề cập đến sơ đồ chân, các tính năng, thông số kỹ thuật, mạch ví dụ và các ứng dụng.

Sơ đồ chân VIPER22A

Sơ đồ sau đây cho thấy sơ đồ chân của IC điều khiển VIPER22A SMPS:

Sơ đồ chân VIPER22A

Cấu hình chân

Chúng ta sẽ thảo luận về sơ đồ chân của vi mạch điều khiển VIPER22A SMPS. Mạch tích hợp có tổng cộng 6 chân. Chi tiết cấu hình chân trong bảng dưới đây:

Tên chân	Chức năng
VDD	Chân cấp nguồn dương
Drain	Chân drain MOSFET
Source	MOSFET Chân Source hoặc chân nối đất
FB	Chân đầu vào phản hồi. Nó nhạy cảm với dòng điện và dùng để đồng bộ hóa, điều chỉnh và bảo vệ mạch SMPS.

Các tính năng và thông số kỹ thuật của VIPER22A

Điện áp hoạt động: 9 V - 38
Tần số dao động bên trong: 60 kHz
Điện áp Drain-Source: 730 Volts
Dòng điện feedback: 3 mA
Giới hạn dòng điện đỉnh phổ biến: 0,7 A
Idoff: 0,1 mA
Thời gian giảm: 100ns
Thời gian tăng: 50ns
Trở kháng phản hồi đầu vào: 1,2 Kohms

IC được lập trình nhúng các mạch bảo vệ có chức năng tự khởi động lại. IC có thể cung cấp khả năng kiểm soát dòng điện, có bảo vệ điện áp phụ trợ, và cũng bao gồm nguồn dòng khởi động điện áp cao được kết nối ở cống của MOSFET.

Sơ đồ khối VIPER22A

Sơ đồ khối cho mạch tích hợp để hiểu rõ hơn về các thành phần của nó:

Sơ đồ khối VIPER22A

Mạch ví dụ VIPER22A SMPS

Phần này là hướng dẫn ví dụ về Mạch cấp nguồn SMPS sử dụng IC điều khiển SMPS VIPER22A. Mạch sử dụng nguồn điện đầu vào 220-240V để đưa ra đầu ra 12V, 1A khi đầy tải.

Mẫu thiết kế được xây dựng trong phần mềm thiết kế Power Supply do chính các nhà sản xuất cung cấp. Sơ đồ thiết kế SMPS được hiển thị dưới đây:

Các thành phần trong VIPER22A

Bộ nguồn VIPER22A SMPS bao gồm các bộ phận và phần khác nhau:

Mạch bảo vệ sự cố và thay đổi đột ngột ở đầu vào
Bộ lọc đầu vào
Bộ chỉnh lưu toàn sóng
Chuyển đổi bộ điều khiển
Mạch kẹp điện áp
Cách ly từ tính và điện từ.
Bộ lọc EMI
Bộ chỉnh lưu thứ cấp
Bộ lọc
Mạch phản hồi.

Mạch bảo vệ sự cố và thay đổi đột ngột ở đầu vào

Mạch bảo vệ sự cố bao gồm một cầu chì và một MOV. Như bạn có thể thấy ở sơ đồ trên, chuỗi F1 là cầu chì 1A, 250VAC và MOV 275V, 7mm.

Bất cứ khi nào điện áp đầu vào tăng cao hơn giới hạn thì được gọi là tăng điện áp gây ra dòng điện cực đại. Trong tình huống này, MOV ngắn mạch đối với cầu chì và dòng khởi động tối đa chạy qua cầu chì.

Bộ lọc đầu vào

Bảo vệ sự cố ở tụ lọc dòng đầu vào. Một tụ điện dây loại X 250 VAC được kết nối để tránh nhiễu điện áp đường dây không mong muốn tạo ra trong mạch.

Chỉnh lưu toàn sóng

Điện áp đầu vào Analog được số hóa qua bộ chỉnh lưu toàn sóng 1A, 1000V DB107. Tín hiệu digital thu được sau đó được lọc và dòng điện một chiều được làm mịn bằng cách sử dụng tụ điện 400V có điện dung 22uF.

Chuyển đổi bộ điều khiển

Tiếp theo là IC VIPER22A. Mạch tích hợp được kết nối với cuộn dây biến áp để lấy phân cực đầu vào. IC được lập trình với MOSFET công suất cao thực hiện chuyển mạch qua máy biến áp.

Một diode là D3 thay đổi đầu ra xoay chiều thành đầu ra một chiều, tiếp theo là điện trở 10 ôm để giảm dòng khởi động. Đầu ra sau đó được đưa qua tụ điện để làm phẳng gợn sóng đầu ra DC.

Mạch kẹp điện áp

Mạch kẹp có nhiệm vụ kẹp các xung điện áp gai nhọn xảy ra do đóng cắt máy biến áp. Điốt D1 Diode TVS hoạt động như một bộ kẹp và điốt khôi phục cực nhanh D2 hoạt động như một diode chặn.

Máy biến áp đóng vai trò như một cuộn cảm cho bộ điều khiển SMPS và tạo ra các thay đổi đột ngột điện áp trong chu kỳ ngắt do điện cảm rò rỉ.

Điều này gây thiệt hại cho người vận hành. Vì vậy, để ngăn chặn điều đó, chúng tôi đã chọn P6KE200A và UF4007 và nó kẹp điện áp đầu ra thành 200V.

Bộ cách ly & lọc EMI

Điều quan trọng là cách ly mạch từ tính để tránh dòng điện rò rỉ. Vì vậy chúng tôi sử dụng một máy biến áp sắt từ có ba cuộn dây tức là Sơ cấp, Thứ cấp và Phụ trợ C1 là một tụ điện 2kV cấp Y. Nó được lọc và giảm nhiễu EMI do cảm ứng điện từ trong mạch.

Chỉnh lưu và lọc thứ cấp

Thành phần D6 trong sơ đồ là diode Schottky SB360 với xếp hạng 3A 60V. Chúng tôi đang thiết kế một bộ nguồn với dòng điện đầu ra 2A.

Vì vậy, diode được chỉ định đang được sử dụng. Cuối cùng, việc loại bỏ gợn sóng khỏi điện áp DC được thực hiện lại bằng cách sử dụng bộ lọc C6 và bộ lọc LC (L2 & 7).

Cơ chế phản hồi feedback

Mạch phản hồi được cách ly điện với mạch bộ điều khiển VIPER22A do optocoupler PC817 (U2) vì giao tiếp thông qua quang thay vì điện. Bộ điều chỉnh điện trở shunt TL431 và R6, R7 hoạt động giống như bộ chia điện trở phát hiện điện áp đầu ra.

Bộ điều chỉnh shunt có điện thế tham chiếu là 2,5V. Đầu ra mong muốn của chúng tôi là 5 volt vì vậy bất cứ khi nào điện áp đầu ra lên đến 5V, bộ điều chỉnh sẽ đạt được 2,5V và optocoupler điều khiển mạch điều khiển VIPER22A hoặc TNY268PN. Nếu không, quá trình chuyển đổi sẽ bị tạm dừng.

TNY268PN bật chu kỳ chuyển đổi và kiểm tra chân kích hoạt. Trong điều kiện bình thường, nó sẽ tiếp tục hoạt động và khắc phục các sự cố quá áp. Trong điều kiện bị lỗi, TNY268PN và vòng phản hồi sẽ lặp lại cho đến khi các điều kiện bình thường.

Vòng lặp này được gọi là chế độ hoạt động theo nấc và cơ chế phản hồi, trong đó điện áp đầu ra được đưa trở lại bộ điều khiển để tiếp tục hoạt động được gọi là cấu trúc flyback.