Двухканальный источник питания мощностью 20W для высокотемпературных применений.

Двухканальный источник питания мощностью 20W для высокотемпературных применений.

Краткая спецификация:

Входное напряжение: 85-265 VAC

Выходные каналы: 12V/1.25A и -14V/0.4A

Применение: Оборудование, работающее при высоких температурах (к примеру кухонное оборудование).

Номер документа: DER-53

Автор документа: Департамент по применению Power Integrations.

Достоинства этого решения:

1) Работа при повышенной температуре окружающей среды. Работоспособен при Tamb=105C.

2) TOP247Y работает на частоте в 66 кHz, что снижает потери и размер фильтра ЭМИ.

3) Снижены габариты печатного узла 7"x5".

4) Высокий КПД>85% при работе на полной нагрузке.

Внешний вид источника питания.

Полная спецификация:

Описание	Обозначение	Мин.	Норма	Макс.	Ед. изм
Вход Напряжение Частота Потребление на холостом ходу (230VAC).	Vin fline	85 47	50/60	265 64 0.3	VAC Hz W
Выход Напряжение 1 канал Пульсация 1 канал Ток 1 канал Напряжение 2 канал Пульсация 2 канал Ток 2 канал Выходная мощность (RMS) Выходная мощность (пиковая)	Vout1 Vripple1 Iout1 Vout2 Vripple2 Iout2 Pout Pout_peak	0.25     0.05	12     -14	50 1.25   100 0.4 20.6 40	V mV A V mV A W W
КПД	n	-	85	-	%
Параметры безопасности и ЭМИ	Соответствуют CISPR22B / EN55022B, IEC950, UL1950 Class II
Рабочий диапазон окружающей температуры	Tamb	0	-	105	C

Схема источника питания (кликните на схему для увеличения):

Описание работы схемы:

Схема на рисунке выше представляет собой обратноходовый преобразователь на базе микросхемы TOP247Y. Схема спроектирована на диапазон входных напряжений 85-265 VAC и на выходе выдает 2 напряжения: +12V (at) 1.25A и -14V (at) 0.4A.

Конденсатор С1 вместе с индукцией рассеяния L1 фильтруют дифференциальную помеху, в то же время д1 еще снижает синфазную помеху.

Мостовой выпрямитель выполненый на дискретных элементах D1-D4 и конденсатор С2 формируют первичную шину высокого постоянного напряжения. С3 снимает высокочастотный "звон". Резистор R1 подавляет ЭМИ средней частоты. Высокое постоянное напряжение прикладывается к выводу первичной обмотки трансформатора T1. Другой вывод этой обмотки управляется MOSFET транзистором интегрированным в U1. Диоды D6 и D5 срезают высоковольтные выбросы образующиеся из-за индукции рассеяния трансформатора при выключении MOSFET транзистора. Емкость С4 снижает температуру D5 шунтированием высоковольтных выбросов. Резистор R2 подавляет высокочастотный "звон" на стоке. Резистор R3 устанавливает нижний порог отключения в 69 Вольт, при этом он же устанавливает верхний порог отключения в 320 Вольт. Резистор R4 устанавливает ограничение по току микросхемы U1 в пределах 40% от максимального. Это ограничивает выходной ток при критических условиях работы источника. С5 шунтирует вывод CONTROL микросхемы U1. У емкости С6 3 функции. Обеспечивает U1 необходимой энергией во время старта, обеспечивает функцию авторестарта при критических условиях а также играет роль коэфициента усиления U1, как функции от частоты. R5 стабилизирует петлю обратной связи источника питания. Диод D7 и емкость С19 обеспечивают выпрямление и фильтрацию напряжения смещения для U1 и U2.

Выход трансформатора T1 выпрямляется и фильтруется элементами D8, C10-C11, D9 и C14. Дроссель L2(L3), элементы C12(C15) и С13(С16) - обеспечивают дополнительную высокочастотную фильтрацию. Резистор R6(R7) и С8(С9) обеспечивают демпфирование D8(D9). Это особо важно для работы в режиме холостого хода и для подавления высокочастотных ЭМИ. При этом этими элементами можно управлять для подстройки источника питания под свои нужды. Увеличение С8 и снижение R6 будет увеличиваться подавление высокочастотных ЭМИ, но ценой этого будет увеличение энергопотребления на холостом ходу.

Резисторы R11 и R12 делят выходное напряжение и прикладывают его на вывод уcилителя ошибки микросхемы U1. Стабилизатор U3 управляет оптопарой U2 через резистор R6 для передачи информации по обратной связи на вывод CONTROL микросхемы U1. Кроме этого выход оптопары питает U1 во ремя нормальной работы схемы. Диод D8 и С18 защищают источник питания от перенапряжения при старте. Резистор R9 разряжяет С18 при отключении источника питания. Компоненты С6, С17, R5, R10, R8 компенсируют обратную связь.

Разводка печатного узла:

Перечень элементов.

N	Кол-во	Обозначение	Part number	Описание	Производитель	Номинал
1	1	C1	ECQ-U2A224ML	220nF, 275 VAC, Film, X2	Panasonic	220nF
2	1	C2	UVZ2G221MRD	220uF, 450V, Electrolytic, Gen.Purpose	Nichicon	220uF
3	1	C3	5GASS20	20nF, 500 V, Disc Ceramic	Vishay	20nF
4	1	C4	ECK-D3A472KBN	4.7nF, 1 kV, Disc Ceramic	Panasonic	4.7nF
5	4	C5 C13 C16 C17	ECU-S1H104KBB	100nF, 50 V, Ceramic, X7R	Panasonic	100nF
6	1	C6	KME16VB47RM5X11LL	47uF, 16 V, Electrolytic, Gen. Purpose, (5 x 11)	United Chemi-Con	47uF
7	1	C7	440LD22	2.2nF, Ceramic, Y1	Vishay	2.2nF
8	2	C8 C9	NCD471K1KVY5F	470pF, 1 kV, Disc Ceramic	NIC Components Corp	470pF
9	2	C10 C11	LXZ35VB102MK25LL	1000uF, 35 V, Electrolytic, Low ESR, 30mOhm, (12.5 x 25)	United Chemi-Con	1000uF
10	2	C12 C15	KME35VB101M6X11LL	100uF, 35 V, Electrolytic, Gen. Purpose, (8 x 11.5)	United Chemi-Con	100uF
11	1	C14	KZE35VB471MJ20LL	470uF, 35 V, Electrolytic, Very Low ESR, 23mOhm, (10 x 20)	United Chemi-Con	470uF
12	1	C18	KME50VB10RM5X11LL	10uF, 50 V, Electrolytic, Gen. Purpose, (5 x 11)	United Chemi-Con	10uF
13	1	C19	KMG50VB1R0M5X11LL	1uF, 50 V, Electrolytic, Gen. Purpose, (5 x 11)	United Chemi-Con	1uF
14	4	D1 D2 D3 D4	1N5407	800 V, 3 A, Rectifier, DO-201AD	Vishay	1N5407
15	1	D5	P6KE200A	200 V, 5 W, 5%, DO204AC (DO-15)	Vishay	P6KE200A
16	1	D6	UF4005	600 V, 1 A, Ultrafast Recovery, 75 ns, DO-41	Vishay	UF4005
17	2	D7 D10	1N4148	75 V, 300mA, Fast Switching, DO-35	Vishay	1N4148
18	1	D8	MBR2060CT	60 V, 20 A, Dual Schottky, TO- 220AB	Vishay	MBR2060CT
19	1	D9	SB580	80 V, 5 A, Schottky, DO-201AD	Vishay	SB580
20	1	F1	3,701,315,041	3.15 A, 250V,Fast, TR5	Wickman	3.15 A
21	1	J1	26-48-1045	CONN HEADER 4POS(1 X 4) .156 VERT TIN	Molex	CON4
22	1	J2	26-48-1031	CONN HEADER 3POS(1 X 3) .156 VERT TIN	Molex	CON3
23	1	L1	ELF18N012A	9.5mH, 1.2 A, Common Mode Choke	Panasonic	9.5mH
24	1	L2	ELC08D3R3E	3.3uH, 5.7 A	Panasonic	3.3uH
25	1	L3	822LY-3R3M	3.3uH, 2.66 A	Toko	3.3uH
26	1	R1	CFR-25JB-2R2	2.2 R, 5%, 1/4 W, Carbon Film	Yageo	2.2
27	1	R2	CFR-50JB-68K	68 k, 5%, 1/2 W, Carbon Film	Yageo	68 k
28	1	R3	CFR-50JB-2M2	2.2 M, 5%, 1/2 W, Carbon Film	Yageo	2.2 M
29	1	R4	MFR-25FBF-13K0	13 k, 1%, 1/4 W, Metal Film	Yageo	28 k 1%
30	1	R5	CFR-12JB-6R8	6.8 R, 5%, 1/8 W, Carbon Film	Yageo	6.8
31	2	R6 R7	CFR-25JB-33R	33 R, 5%, 1/4 W, Carbon Film	Yageo	33
32	1	R8	CFR-12JB-470R	470 R, 5%, 1/8 W, Carbon Film	Yageo	470
33	1	R9	CFR-12JB-15K	15 k, 5%, 1/8 W, Carbon Film	Yageo	15 k
34	1	R10	CFR-12JB-3K3	3.3 k, 5%, 1/8 W, Carbon Film	Yageo	3.3 k
35	1	R11	MFR-25FBF-38K3	38.3 k, 1%, 1/4 W, Metal Film	Yageo	38.3 k
36	1	R12	MFR-25FBF-10K0	10 k, 1%, 1/4 W, Metal Film	Yageo	10 k
37	1	R13	CFR-12JB-1K0	1 k, 5%, 1/8 W, Carbon Film	Yageo	1 k
38	1	RT1	CL150	NTC Thermistor, 5 Ohms, 4.7 A	Thermometrics	5 ohm
39	1	RV1	V275LA20A	275 V, 75 J, 14 mm, RADIAL	Littlefuse	275Vac
40	1	T1	YC-3508	Bobbin, EER35, Vertical, 14 pins	Ying Chin	EER35
41	1	U1	TOP247Y	TOPSwitch-GX, TOP247Y, TO220-7C	Power Integrations	TOP247Y
42	1	U2	ISP817D, PC817X4	Opto coupler, 35 V, CTR 300- 600%, 4-DIP	Isocom, Sharp	PC817D
43	1	U3	TL431CLP	2.495 V Shunt Regulator IC, 2%, 0 to 70C, TO-92	Texas Instruments	TL431

Конструкция трансформатора:

Электрическая схема:

Электрическая спецификация:

Электрическая прочность	1 секунда, 60Hz, с выв. 1-7 на выв. 8-14.	3000 VAC
Индуктивность первичной обмотки	Выводы 1-4, ост. обмотки разомкнуты, 66 KHz, 0.4 Vrms.	683uH, +/-10%
Резонансная частота	Выводы 1-4, ост. обмотки разомкнуты.	500 kHz (мин.)
Индукция рассеяния первиной обмотки	Выводы 1-4 (выв. 8-14 закорочены), 66 KHz, 0.4 Vrms.	4uH (макс.)

Схема построения.

Схема каркаса (кликните на схему для увеличения).

Рабочие характеристики источнкиа питания.

1) Зависимость КПД от входного напряжения.

2) Зависимость входной потребляемой мощности от входного напряжения при минимальной нагрузке.

3) Нестабильность выходного напряжения по нагрузке.

4) Нестабильность выходного напряжения по сети.

5) Тепловые характеристики.

Для осуществления замеров температуры блок питания был помещен в термошкаф с температурой 105С. После наступления теплового равновесия были размещены термопары на критические с точки зрения температуры элементы схемы: микросхему TOPSwitch, импульсный трансформатор и выходной выпрямительный диод. При выходе источника питания на полную мощность и при длительной работе на этой мощности не было замечено значительных отклонения от изначальной температуры.

Данные с термопар сведены в таблицу.

Температура (С)
Элемент	115VAC	230VAC
Окружающая среда	105	105
Трансформатор (T1)	109	105
TOPSwitch (U1)	105	105
Выпрямитель (D8)	105	105
Конденсатор (С8)	105	105

Уровень наведенных ЭМИ.

Замеры наведенных ЭМИ прототипа источника питания были осуществлены с целью выяснить эффективность входного фильтра, конструкции трансформатора и правильности разводки печатной платы. Замеры проводились при входном напряжении 115VAC/60Hz с максимальной пиковой нагрузкой приложенной к обоим каналам.

Результаты замеров проедставлены в диаграмах:

1) Фаза

2) Нейтраль

Купить образцы микросхем Power Integrations, заказать бесплатную литературу и программное обеспечение, а также получить квалифицированную техническую поддержку вы сможете у эксклюзивного дистрибьютора Power Integrations в России - компании Макро Групп.

www.powerint.ru

Документ перевел:

Геннадий Бандура
Бренд-менеджер Power Integrations
МАКРО ГРУПП

Тел. : +7 (812) 370 60 70
Факс: +7 (812) 370 50 30
Bandura (at) macrogroup.ru