Zaprojektowanie wydajnego obwodu zasilania jest nie mniejszym wyzwaniem. Ci, którzy już pracowali z obwodami SMPS, z łatwością zgodzą się, że projekt transformatora flyback odgrywa kluczową rolę w projektowaniu wydajnego obwodu zasilania. W większości przypadków te transformatory nie są dostępne z półki w dokładnie takim samym parametrze, jaki pasuje do naszego projektu. Więc w tym samouczku projektowania transformatoranauczymy się, jak zbudować własny transformator zgodnie z wymaganiami naszego projektu obwodu. Zwróć uwagę, że ten samouczek obejmuje tylko teorię, przy użyciu której później w innym samouczku zbudujemy obwód SMPS 5 V 2 A z ręcznie robionym transformatorem, jak pokazano na powyższym obrazku, w celu praktycznej ekspozycji. Jeśli nie masz doświadczenia z transformatorem, przeczytaj artykuł Podstawy transformatora, aby lepiej zrozumieć postępowanie.
Części w transformatorze SMPS
Projekt transformatora SMPS ma różne części transformatora, które są bezpośrednio odpowiedzialne za wydajność transformatora. W części prezentujemy w transformatorze są wyjaśnione poniżej poznamy znaczenie każdej części i jak to powinno być wybrane do projektowania transformatora. W większości przypadków części te zachowują się tak samo dla innych typów transformatorów.
Rdzeń
SMPS oznacza zasilacz impulsowy. Właściwości transformatora SMPS w dużym stopniu zależą od częstotliwości, z jaką pracują. Wysoka częstotliwość przełączania otwiera możliwości wyboru mniejszych transformatorów SMPS do tych wysokiej częstotliwości, transformatory SMPS wykorzystują rdzenie ferrytowe.
Konstrukcja rdzenia transformatora jest najważniejszą rzeczą w konstrukcji transformatora SMPS. Rdzeń ma inny typ A L (współczynnik niezakłóconej indukcyjności rdzenia) w zależności od materiału rdzenia, rozmiaru rdzenia i typu rdzenia. Popularnym rodzajem materiału rdzenia są N67, N87, N27, N26, PC47, PC95 itp. Ponadto producent rdzeni ferrytowych podaje szczegółowe parametry w karcie katalogowej, które będą przydatne przy doborze rdzenia do Twojego transformatora
Na przykład tutaj jest arkusz danych popularnego rdzenia EE25.
Powyższy obraz jest arkuszem danych rdzenia EE25 z materiału PC47 od bardzo popularnego producenta rdzeni TDK. Każda informacja będzie potrzebna do budowy transformatora. Jednak rdzenie mają bezpośredni związek z mocą wyjściową, dlatego dla różnych mocy SMPS wymagane są różne kształty i rozmiary rdzeni.
Oto lista rdzeni w zależności od mocy. Lista jest oparta na konstrukcji 0-100W. Źródło listy pochodzi z dokumentacji Power Integration. Ta tabela będzie przydatna przy wyborze odpowiedniego rdzenia do projektu transformatora na podstawie jego mocy znamionowej.
| Maksymalna moc wyjściowa | Rdzenie ferrytowe do konstrukcji TIW | Rdzenie ferrytowe do konstrukcji rany brzeżnej |
| 0-10 W. |
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 |
| 20-30 W. | EPC25, EFD25, E24 / 25, EI25, EF25, EI28 |
EPC30, EFD30, EF30, EI30, ETD29, EER28 |
| 30-50 W. |
EI28, EF30, EI30, ETD29, EER28 |
EI30, ETD29, EER28,
EER28L, EER35 |
| 50-70W |
EER28L, ETD34, EI35, EER35 |
EER28L, ETD34, EER35, ETD39 |
| 70-100 W. |
EPC30, EFD30, EF30, EI30, ETD29, EER28 |
EER35, ETD39, EER40, E21 |
Tutaj termin TIW oznacza potrójnie izolowaną konstrukcję z drutu. Rdzenie E są najbardziej popularne i są szeroko stosowane w transformatorach SMPS. Jednak rdzenie E mają kilka przypadków, takich jak EE, EI, EFD, ER itp. Wszystkie wyglądają jak litera „E”, ale środkowa część jest inna dla każdej substancji. Typowe typy rdzeni E zostały zilustrowane poniżej za pomocą ilustracji.
EE Core
EI Core
ER Core
EFD Core
Zwojnica
Cewka to obudowa rdzeni i uzwojeń. Cewka ma efektywną szerokość, która jest niezbędna do obliczenia średnic drutu i konstrukcji transformatora. Nie tylko to, szpulka transformatora ma również kropkowany znak, który dostarcza informacji o uzwojeniach pierwotnych. Poniżej przedstawiono powszechnie używaną szpulę transformatora EE16
Uzwojenie pierwotne
Transformator impulsowy uzwojenia będzie miał uzwojeniem pierwotnym i co najmniej jednym uzwojeniem wtórnym, w zależności od konstrukcji może hav więcej uzwojenie wtórne lub uzwojenia pomocniczego. Uzwojenie pierwotne jest pierwszym i najbardziej wewnętrznym uzwojeniem transformatora. Jest bezpośrednio podłączony do głównej strony SMPS. Zwykle liczba uzwojeń po stronie pierwotnej jest większa niż innych uzwojeń transformatora. Znalezienie uzwojenia pierwotnego w transformatorze jest łatwe; wystarczy sprawdzić kropkową stronę transformatora pod kątem uzwojenia pierwotnego. Zwykle znajduje się po stronie wysokiego napięcia mosfetu.
Na schemacie SMPS można zauważyć wysokie napięcie DC z kondensatora wysokiego napięcia połączonego z pierwotną stroną transformatora, a drugi koniec jest połączony ze sterownikiem mocy (wewnętrzny pin drenu mosfetu) lub z oddzielnym pinem drenującym MOSFET wysokiego napięcia.
Uzwojenie wtórne
Uzwojenie wtórne przekształca napięcie, a także prąd po stronie pierwotnej na wymaganą wartość. Stwierdzenie, że wyjście pomocnicze jest nieco skomplikowane, ponieważ w niektórych projektach SMPS transformator zwykle ma wiele wyjść pomocniczych. Jednak strona wyjściowa lub strona niskiego napięcia obwodu SMPS jest zwykle podłączona do uzwojenia wtórnego. Jedna strona uzwojenia wtórnego to DC, GND, a druga strona jest połączona przez diodę wyjściową.
Jak wspomniano, transformator SMPS może mieć wiele wyjść. Dlatego transformator SMPS może również mieć wiele uzwojeń wtórnych.
Uzwojenia pomocnicze
Istnieją różne typy konstrukcji SMPS, w których obwód sterownika wymaga dodatkowego źródła napięcia do zasilania układu scalonego sterownika. Uzwojenie pomocnicze służy do dostarczania tego dodatkowego napięcia do obwodu sterownika. Na przykład, jeśli układ scalony sterownika działa na napięciu 12 V, transformator SMPS będzie miał dodatkowe uzwojenie wyjściowe, które można wykorzystać do zasilania tego układu scalonego.
Taśma izolacyjna
Transformatory nie mają połączenia elektrycznego między różnymi uzwojeniami. Dlatego przed owinięciem różnych uzwojeń należy owinąć taśmy izolacyjne wokół uzwojeń w celu ich rozdzielenia. Typowe poliestrowe taśmy barierowe są używane z różną szerokością dla różnych typów cewek. Grubość taśm powinna wynosić 1-2 milimetry, aby zapewnić izolację.
Kroki projektowania transformatora:
Teraz, gdy znamy podstawowe elementy transformatora, możemy wykonać poniższe kroki, aby zaprojektować własny transformator
Krok 1 : Znajdź odpowiedni rdzeń dla żądanego wyjścia. Wybierz odpowiednie rdzenie wymienione w powyższej sekcji.
Krok 2 : Ustalenie zwrotu głównego i wtórnego.
Zwoje pierwotne i wtórne są ze sobą połączone i zależą od innych parametrów. Wzór konstrukcję transformatora obliczyć pierwotny i wtórny obrotów są-
Gdzie
N p jest zwojami pierwotnymi, N s to zwoje wtórne, Vmin to minimalne napięcie wejściowe, Vds jest drenem do źródła napięcia Power Mosfet, Vo to napięcie wyjściowe
Vd to spadek napięcia na diodach wyjściowych do przodu
A Dmax to maksymalny cykl pracy.
Dlatego zwoje pierwotne i wtórne są ze sobą połączone i mają stosunek zwojów. Z powyższego obliczenia można ustawić przełożenie, a zatem wybierając zwoje wtórne, można znaleźć zwoje pierwotne. Dobrą praktyką jest użycie 1 zwoju na napięcie wyjściowe uzwojenia wtórnego.
Krok 3: Kolejnym etapem jest ustalenie pierwotnej indukcyjności transformatorów. Można to obliczyć za pomocą poniższego wzoru,
Gdzie, P 0 to moc wyjściowa, z to współczynnik alokacji strat, n to wydajność, f s jest częstotliwością przełączania, I p jest szczytowym prądem pierwotnym, K RP to stosunek prądu tętnienia do wartości szczytowej.
Krok 4: Następnym etapem jest ustalenie efektywnej indukcyjności dla pożądanego rdzenia z przerwami.
Powyższy obrazek pokazuje, czym jest przerwa w rdzeniu. Luka to technika zmniejszania wartości pierwotnej indukcyjności rdzeni do żądanej wartości. Producenci rdzeni zapewniają rdzeń z przerwami dla pożądanej oceny A LG. Jeśli wartość nie jest dostępna, można dodać przekładki między rdzeniami lub przeszlifować ją do żądanej wartości.
Krok 5: Następnym krokiem jest ustalenie średnicy przewodów pierwotnych i wtórnych. Średnica drutów pierwotnych w milimetrach wynosi
Gdzie BW E to efektywna szerokość szpulki, a N p to liczba zwojów głównych.
Średnica przewodów wtórnych w milimetrach IS-
BW E to efektywna szerokość szpulki, N S to liczba zwojów wtórnych, a M to margines po obu stronach. Druty należy przekształcić w standard AWG lub SWG.
Dla przewodu wtórnego, większy niż 26 AWG jest niedopuszczalny ze względu na wzrost efektu naskórkowania. W takim przypadku można zbudować równoległe druty. W przypadku równoległego nawijania drutu, co oznacza, że gdy po stronie wtórnej trzeba nawinąć więcej niż dwa druty, średnica każdego drutu może odpowiadać rzeczywistej wartości pojedynczego drutu, co ułatwia nawijanie po stronie wtórnej transformatora. Z tego powodu niektóre transformatory mają podwójne przewody na jednej cewce.
Chodzi o zaprojektowanie transformatora SMPS. Ze względu na krytyczną złożoność związaną z projektowaniem, oprogramowanie do projektowania SMPS, takie jak PI Expert do integracji zasilania lub Viper firmy ST, zapewnia narzędzia i doskonałe narzędzia do zmiany i konfiguracji transformatora SMPS zgodnie z wymaganiami. Aby uzyskać bardziej praktyczną prezentację, możesz zapoznać się z samouczkiem projektowania SMPS 5V 2A, w którym wykorzystaliśmy PI Expert do zbudowania własnego transformatora, korzystając z omówionych do tej pory punktów.
Mam nadzieję, że zrozumiałeś samouczek i podobało Ci się, że nauczyłeś się czegoś nowego. Jeśli masz jakieś pytania, możesz je zostawić w sekcji komentarzy lub opublikować na forach, aby uzyskać szybszą odpowiedź.