Proiectarea unui circuit eficient de alimentare nu este mai puțin o provocare. Cei care au lucrat deja cu circuite SMPS ar fi de acord cu ușurință că proiectarea transformatorului flyback joacă un rol vital în proiectarea unui circuit eficient de alimentare. De cele mai multe ori aceste transformatoare nu sunt disponibile de pe raft în același parametru care se potrivește cu designul nostru. Deci, în acest tutorial de proiectare a transformatoarelorvom învăța cum să ne construim propriul transformator așa cum ne cere proiectarea circuitului nostru. Rețineți că acest tutorial acoperă doar teoria folosind care ulterior într-un alt tutorial vom construi un circuit SMPS de 5V 2A cu un transformator manual, așa cum se arată în imaginea de mai sus pentru o expunere practică. Dacă sunteți complet nou în transformator, vă rugăm să citiți articolul de bază despre Transformer pentru a înțelege mai bine procedurile.
Piese dintr-un transformator SMPS
Un design al transformatorului SMPS are diferite părți ale transformatorului, care sunt direct responsabile de performanța transformatorului. În părțile prezintă într - un transformator sunt explicate mai jos, vom învăța importanța fiecărei părți și modul în care ar trebui să fie selectat pentru design - ul transformator. Aceste piese sunt valabile în majoritatea cazurilor și pentru alte tipuri de transformatoare.
Miezul
SMPS înseamnă unitatea de alimentare cu comutare. Proprietățile unui transformator SMPS depind în mare măsură de frecvența în care funcționează. Frecvența mare de comutare deschide posibilitățile de a alege transformatoare SMPS mai mici. Aceste transformatoare SMPS de înaltă frecvență utilizează miezuri de ferită.
Designul de bază transformator este cel mai important lucru într - un SMPS de construcții transformator. Un miez are un tip diferit de A L (Ungapped core inductance Coefficient) în funcție de materialul miezului, dimensiunea miezului și tipul miezului. Tipurile populare de materiale de bază sunt N67, N87, N27, N26, PC47, PC95 etc. De asemenea, producătorul de miezuri de ferită oferă parametri detaliați în foaia tehnică, care vor fi utile în timp ce selectați miezul pentru transformatorul dvs.
De exemplu, aici este o foaie de date a nucleului popular EE25.
Imaginea de mai sus este o foaie de date a nucleului EE25 al materialului PC47 de la un producător de nucleu popular TDK. Fiecare informație va fi necesară pentru construcția transformatorului. Cu toate acestea, nucleele au o relație directă a puterii de ieșire, astfel încât pentru o putere diferită a SMPS sunt necesare diferite forme și dimensiuni ale nucleelor.
Iată lista nucleelor în funcție de puterea. Lista se bazează pe construcții 0-100W. Sursa listei este preluată din documentația Power Integration. Acest tabel va fi util pentru a selecta nucleul potrivit pentru proiectarea transformatorului dvs. pe baza puterii sale.
| Putere maximă de ieșire | Miezuri de ferită pentru construcția TIW | Miezuri de ferită pentru construcția Margin Wound |
| 0-10W |
EPC17, EFD15, EE16, EI16, EF15, E187, EE19, EI19 |
EEL16, EF20, EEL19, EPC25, EFD25 |
| 10-20W |
EE19, EI19, EPC19, EF20, EFD20, EE22, EI22 |
EEL19, EPC25, EFD25, EF25 |
| 20-30W | EPC25, EFD25, E24 / 25, EI25, EF25, EI28 |
EPC30, EFD30, EF30, EI30, ETD29, EER28 |
| 30-50W |
EI28, EF30, EI30, ETD29, EER28 |
EI30, ETD29, EER28,
EER28L, EER35 |
| 50-70W |
EER28L, ETD34, EI35, EER35 |
EER28L, ETD34, EER35, ETD39 |
| 70-100W |
EPC30, EFD30, EF30, EI30, ETD29, EER28 |
EER35, ETD39, EER40, E21 |
Aici termenul, TIW înseamnă construcție de sârmă izolată triplă. Miezurile E sunt cele mai populare și sunt utilizate pe scară largă în transformatoarele SMPS. Cu toate acestea, nucleele E au mai multe cazuri, cum ar fi EE, EI, EFD, ER, etc. Toate arată ca litera „E”, dar partea centrală este diferită pentru fiecare substanță. Tipurile comune de nuclee E sunt ilustrate mai jos cu ajutorul imaginilor.
EE Core
EI Core
ER Core
EFD Core
Bobină
O bobină este carcasa miezurilor și a înfășurărilor. O bobină are o lățime eficientă, care este esențială pentru calcularea diametrelor firelor și a construcției transformatorului. Nu numai acest lucru, o bobină a unui transformator are, de asemenea, un semn punctat care oferă informații despre înfășurările primare. Bobina de transformare EE16 utilizată în mod obișnuit este prezentată mai jos
Înfășurarea primară
Înfășurarea transformatorului SMPS va avea o înfășurare primară și cel puțin o înfășurare secundară, bazat pe design - ar putea hav înfășurării secundare mai multe sau lichidare un auxiliar. Înfășurarea primară este prima și cea mai interioară înfășurare a unui transformator. Este conectat direct la partea primară a unui SMPS. De obicei, numărul de înfășurări pe partea primară este mai mare decât alte înfășurări ale transformatorului. Găsirea înfășurării primare într-un transformator este ușoară; trebuie doar să verificați partea punctului transformatorului pentru înfășurarea primară. În general, este situat peste partea de înaltă tensiune a mosfetului.
Într-o schemă SMPS, puteți observa curent continuu de înaltă tensiune de la condensatorul de înaltă tensiune conectat cu partea primară a transformatorului, iar celălalt capăt este conectat cu driverul de alimentare (pin intern de evacuare Mosfet) sau cu un pin de golire separat de înaltă tensiune MOSFET.
Înfășurare secundară
Înfășurarea secundară convertește tensiunea, precum și curentul de pe partea primară la valoarea necesară. Aflarea ieșirii secundare este puțin complexă, deoarece în unele modele SMPS transformatorul are de obicei mai multe ieșiri secundare. Cu toate acestea, ieșirea sau partea de joasă tensiune a unui circuit SMPS este în general conectată la înfășurarea secundară. O parte a înfășurării secundare este DC, GND, iar cealaltă parte este conectată la dioda de ieșire.
După cum sa discutat, un transformator SMPS poate avea mai multe ieșiri. Prin urmare, un transformator SMPS poate avea și înfășurări secundare multiple.
Înfășurări auxiliare
Există diferite tipuri de design SMPS în care circuitul driverului are nevoie de o sursă de tensiune suplimentară pentru a alimenta IC-ul driverului. Înfășurarea auxiliară este utilizată pentru a furniza această tensiune suplimentară circuitului șoferului. De exemplu, dacă driverul IC funcționează pe 12V, atunci transformatorul SMPS va avea o înfășurare auxiliară de ieșire care poate fi utilizată pentru alimentarea acestui IC.
Banda izolatoare
Transformatoarele nu au o conexiune electrică între diferite înfășurări. Prin urmare, înainte de a înfășura diferite înfășurări, sunt necesare benzi izolatoare pentru a fi înfășurate în jurul înfășurărilor pentru separare. Benzi tipice de barieră din poliester sunt utilizate cu lățime diferită pentru diferite tipuri de bobine. Grosimile benzilor trebuie să fie de 1-2mil pentru asigurarea izolației.
Etape de proiectare a transformatoarelor:
Acum, că cunoaștem elementele de bază dintr-un transformator, putem urma pașii de mai jos pentru a proiecta propriul nostru transformator
Pasul 1 : Găsiți nucleul potrivit pentru ieșirea dorită. Alegeți nucleele potrivite listate în secțiunea de mai sus.
Pasul 2 : Aflați virajele primare și secundare.
Întoarcerile primare și secundare sunt interconectate și depind de alți parametri. Formula de proiectare transformator pentru a calcula curbele primare și secundare sunt-
Unde,
N p este prima rotație, N s este virajele secundare, Vmin este tensiunea minimă de intrare, Vds este scurgerea la sursa de tensiune a Power Mosfet, Vo este tensiunea de ieșire
Vd este căderea de tensiune a diodelor de ieșire
Iar Dmax este ciclul maxim de funcționare.
Prin urmare, virajele primare și secundare sunt interconectate și au un raport de viraje. Din calculul de mai sus, raportul poate fi setat și, prin selectarea virajelor secundare, puteți afla virajele primare. Buna practică este de a utiliza 1 spire pe tensiunea de ieșire a înfășurării secundare.
Pasul 3: Etapa următoare este de a afla inductanța primară a transformatoarelor. Acest lucru poate fi calculat prin formula de mai jos,
Unde, P 0 este puterea de ieșire, z este factorul de alocare a pierderilor, n este eficiența, f s este frecvența de comutare, I p este curentul primar de vârf, K RP este raportul curent ondulat la vârf.
Pasul 4: Etapa următoare este de a afla inductanța eficientă pentru nucleul golit dorit.
Imaginea de mai sus arată care este nucleul decalat. Gapping este o tehnică de reducere a valorii inductanței primare a nucleelor la o valoare dorită. Producătorii de bază oferă un nucleu decalat pentru calificarea A LG dorită. Dacă valoarea nu este disponibilă, puteți adăuga distanțiere între nuclee sau o puteți măcina pentru a obține valoarea dorită.
Pasul 5: Pasul următor este de a afla diametrul firelor primare și secundare. Diametrul firelor primare în milimetri este
Unde, BW E este lățimea efectivă a bobinei și N p este numărul de ture principale.
Diametrul firelor secundare în milimetri este-
BW E este lățimea efectivă a bobinei, N S este numărul de viraje secundare, iar M este marginea de pe ambele părți. Sârmele trebuie convertite în standard AWG sau SWG.
Pentru conductorul secundar, mai mare de 26 AWG nu este permisă din cauza creșterii efectului pielii. În acest caz se pot construi fire paralele. În înfășurarea paralelă a firului, asta înseamnă că atunci când sunt necesare mai mult de două fire pentru a fi înfășurate pentru partea secundară, diametrul fiecărui fir poate fi în funcție de valoarea reală a firului unic pentru o înfășurare mai ușoară pe partea secundară a transformatorului. Acesta este motivul pentru care găsiți niște transformatoare cu fire duale pe o singură bobină.
Este vorba despre proiectarea transformatorului SMPS. Datorită complexității critice legate de proiectare, software-ul de proiectare SMPS, cum ar fi PI Expert pentru integrarea energiei sau Viper de la ST, oferă instrumente și excelențe pentru schimbarea și configurarea transformatorului SMPS, după cum este necesar. Pentru a obține o expunere mai practică, puteți verifica acest tutorial de proiectare SMPS de 5V 2A în care am folosit PI Expert pentru a ne construi propriul transformator folosind punctele discutate până acum.
Sper că ați înțeles tutorialul și v-a plăcut să învățați ceva nou, dacă aveți întrebări, nu ezitați să le lăsați în secțiunea de comentarii sau să le postați pe forumuri pentru un răspuns mai rapid.