Πώς να σχεδιάσετε το δικό σας μετασχηματιστή για κυκλώματα τροφοδοσίας smps

Ο σχεδιασμός ενός αποτελεσματικού κυκλώματος τροφοδοσίας δεν είναι λιγότερο πρόκληση. Όσοι έχουν ήδη εργαστεί με κυκλώματα SMPS θα συμφωνούσαν εύκολα ότι ο σχεδιασμός του μετασχηματιστή flyback διαδραματίζει ζωτικό ρόλο στο σχεδιασμό ενός αποτελεσματικού κυκλώματος τροφοδοσίας. Τις περισσότερες φορές αυτοί οι μετασχηματιστές δεν είναι διαθέσιμοι από το ράφι με την ίδια ακριβώς παράμετρο που ταιριάζει στο σχέδιό μας. Έτσι σε αυτό το σεμινάριο σχεδιασμού μετασχηματιστήθα μάθουμε πώς να φτιάχνουμε τον δικό μας μετασχηματιστή όπως απαιτείται από τον σχεδιασμό κυκλώματος. Σημειώστε ότι αυτό το σεμινάριο καλύπτει μόνο τη θεωρία που χρησιμοποιεί την οποία αργότερα σε ένα άλλο σεμινάριο θα κατασκευάσουμε ένα κύκλωμα 5V 2A SMPS με ένα χειροποίητο μετασχηματιστή όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα για πρακτική έκθεση. Εάν είστε εντελώς νέος στον μετασχηματιστή, διαβάστε το άρθρο Βασικά στοιχεία του μετασχηματιστή για να κατανοήσετε καλύτερα τη διαδικασία.

Εξαρτήματα σε μετασχηματιστή SMPS

Ένας σχεδιασμός μετασχηματιστή SMPS έχει διαφορετικά μέρη μετασχηματιστή που είναι άμεσα υπεύθυνα για την απόδοση του μετασχηματιστή. Τα μέρη που υπάρχουν σε έναν μετασχηματιστή εξηγούνται παρακάτω, θα μάθουμε τη σημασία κάθε εξαρτήματος και πώς θα πρέπει να επιλεγεί για το σχεδιασμό του μετασχηματιστή σας. Αυτά τα ανταλλακτικά ισχύουν στις περισσότερες περιπτώσεις και για άλλους τύπους μετασχηματιστών.

Πυρήνας

Το SMPS σημαίνει μονάδα τροφοδοσίας εναλλαγής. Οι ιδιότητες ενός μετασχηματιστή SMPS εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τη συχνότητα στην οποία λειτουργούν. Η υψηλή συχνότητα μεταγωγής ανοίγει τις δυνατότητες επιλογής μικρότερων μετασχηματιστών SMPS σε αυτές τις υψηλής συχνότητας, οι μετασχηματιστές SMPS χρησιμοποιούν πυρήνες φερρίτη.

Ο πυρήνας του μετασχηματιστή είναι το πιο σημαντικό πράγμα στην κατασκευή μετασχηματιστή SMPS. Ένας πυρήνας έχει έναν διαφορετικό τύπο A _L (Unapapped core επαγωγικότητα πυρήνα) ανάλογα με το υλικό του πυρήνα, το μέγεθος του πυρήνα και τον τύπο του πυρήνα. Δημοφιλή είδος του υλικού του πυρήνα είναι N67, Ν87, N27, N26, PC47, PC95, κ.λπ. Επίσης, ο κατασκευαστής του φερρίτη πυρήνες παρέχει λεπτομερείς παραμέτρους στο δελτίο, το οποίο θα είναι χρήσιμο, ενώ επιλέγοντας τον πυρήνα για μετασχηματιστή σας

Για παράδειγμα, εδώ είναι ένα φύλλο δεδομένων του δημοφιλούς πυρήνα EE25.

Η παραπάνω εικόνα είναι ένα φύλλο δεδομένων πυρήνα EE25 από υλικό PC47 από έναν ευρέως δημοφιλή κατασκευαστή πυρήνα TDK. Κάθε πληροφορία θα χρειαστεί για την κατασκευή μετασχηματιστή. Ωστόσο, οι πυρήνες έχουν άμεση σχέση με την ισχύ εξόδου, επομένως για διαφορετική ισχύ SMPS απαιτείται διαφορετικό σχήμα και μέγεθος πυρήνων.

Εδώ είναι η λίστα των πυρήνων ανάλογα με τη ισχύ. Η λίστα βασίζεται στην κατασκευή 0-100W. Η πηγή της λίστας προέρχεται από την τεκμηρίωση Power Integration. Αυτός ο πίνακας θα είναι χρήσιμος για την επιλογή του σωστού πυρήνα για τη σχεδίαση του μετασχηματιστή σας με βάση την βαθμολογία ισχύος του.

Μέγιστη ισχύς εξόδου	Πυρήνες φερρίτη για κατασκευή TIW	Πυρήνες φερρίτη για κατασκευή 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

Εδώ ο όρος, TIW σημαίνει τριπλή μόνωση καλωδίων. Οι πυρήνες E είναι οι πιο δημοφιλείς και χρησιμοποιούνται ευρέως σε μετασχηματιστές SMPS. Ωστόσο, οι πυρήνες E έχουν αρκετές περιπτώσεις, όπως EE, EI, EFD, ER κ.λπ. Όλοι μοιάζουν με το γράμμα «E», αλλά το κεντρικό τμήμα είναι διαφορετικό για κάθε ουσία. Οι κοινοί τύποι πυρήνων Ε απεικονίζονται παρακάτω με τη βοήθεια εικόνων.

Πυρήνας ΕΕ

Πυρήνας EI

Πυρήνας ER

Πυρήνας EFD

Κουβαρίστρα

Ένα μπομπίνα είναι το περίβλημα των πυρήνων και των περιελίξεων. Ένα μπομπίνα έχει αποτελεσματικό πλάτος που είναι απαραίτητο για τον υπολογισμό των διαμέτρων του σύρματος και της κατασκευής του μετασχηματιστή. Όχι μόνο αυτό, ένα μπομπίνα ενός μετασχηματιστή έχει επίσης ένα διακεκομμένο σημάδι που παρέχει τις πληροφορίες των πρωτογενών περιελίξεων. Η κοινώς χρησιμοποιούμενη μπομπίνα μετασχηματιστή EE16 φαίνεται παρακάτω

Πρωτεύουσα περιέλιξη

Η περιέλιξη του μετασχηματιστή SMPS θα έχει ένα πρωτεύον τύλιγμα και τουλάχιστον μία δευτερεύουσα περιέλιξη, με βάση το σχεδιασμό που μπορεί να έχει πιο δευτερεύουσα περιέλιξη ή μια βοηθητική περιέλιξη. Η κύρια περιέλιξη είναι η πρώτη και η πιο εσωτερική περιέλιξη ενός μετασχηματιστή. Συνδέεται απευθείας με την κύρια πλευρά ενός SMPS. Συνήθως ο αριθμός περιελίξεων στην πρωτεύουσα πλευρά είναι μεγαλύτερος από άλλες περιελίξεις του μετασχηματιστή. Η εύρεση της πρωτεύουσας περιέλιξης σε έναν μετασχηματιστή είναι εύκολη. πρέπει απλώς να ελέγξει την κουκκίδα του μετασχηματιστή για την πρωτεύουσα περιέλιξη. Βρίσκεται γενικά στην πλευρά υψηλής τάσης του mosfet.

Σε ένα σχήμα SMPS, μπορείτε να παρατηρήσετε το DC υψηλής τάσης από τον πυκνωτή υψηλής τάσης που είναι συνδεδεμένος με την πρωτεύουσα πλευρά του μετασχηματιστή και το άλλο άκρο συνδέεται με το πρόγραμμα οδήγησης ισχύος (εσωτερικός πείρος αποστράγγισης mosfet) ή με ξεχωριστό πείρο αποστράγγισης MOSFET υψηλής τάσης.

Δευτερεύουσα περιέλιξη

Η δευτερεύουσα περιέλιξη μετατρέπει την τάση καθώς και το ρεύμα στην κύρια πλευρά στην απαιτούμενη τιμή. Η εύρεση της δευτερεύουσας εξόδου είναι λίγο περίπλοκη, όπως σε ορισμένα σχέδια SMPS, ο μετασχηματιστής έχει συνήθως πολλές δευτερεύουσες εξόδους. Ωστόσο, η έξοδος ή η πλευρά χαμηλής τάσης ενός κυκλώματος SMPS συνδέεται γενικά με τη δευτερεύουσα περιέλιξη. Η μία πλευρά της δευτερεύουσας περιέλιξης είναι η DC, GND και η άλλη πλευρά συνδέεται κατά μήκος της διόδου εξόδου.

Όπως συζητήθηκε, ένας μετασχηματιστής SMPS μπορεί να έχει πολλαπλές εξόδους. Επομένως, ένας μετασχηματιστής SMPS μπορεί επίσης να έχει πολλαπλές δευτερεύουσες περιελίξεις.

Βοηθητικές περιελίξεις

Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι σχεδιασμού SMPS όπου το κύκλωμα οδηγού χρειάζεται μια πρόσθετη πηγή τάσης για να τροφοδοτήσει το IC του οδηγού. Η βοηθητική περιέλιξη χρησιμοποιείται για την παροχή αυτής της πρόσθετης τάσης στο κύκλωμα οδήγησης. Για παράδειγμα, εάν το IC του προγράμματος οδήγησης λειτουργεί σε 12V, τότε ο μετασχηματιστής SMPS θα έχει μια βοηθητική περιέλιξη εξόδου που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία αυτού του IC.

Μονωτική ταινία

Οι μετασχηματιστές δεν έχουν ηλεκτρική σύνδεση μεταξύ διαφορετικών περιελίξεων. Επομένως, πριν από την περιτύλιξη διαφορετικών περιελίξεων, οι μονωτικές ταινίες πρέπει να τυλίγονται γύρω από τις περιελίξεις για διαχωρισμό. Τυπικές ταινίες φραγμού πολυεστέρα χρησιμοποιούνται με διαφορετικό πλάτος για διαφορετικούς τύπους μασούρια. Το πάχος των ταινιών πρέπει να είναι 1-2mil για την παροχή μόνωσης.

Βήματα σχεδιασμού μετασχηματιστή:

Τώρα που γνωρίζουμε τα βασικά στοιχεία ενός μετασχηματιστή, μπορούμε να ακολουθήσουμε τα παρακάτω βήματα για να σχεδιάσουμε τον δικό μας μετασχηματιστή

Βήμα 1 : Βρείτε τον σωστό πυρήνα για την επιθυμητή έξοδο. Επιλέξτε τους σωστούς πυρήνες που αναφέρονται στην παραπάνω ενότητα.

Βήμα 2 : Ανακαλύψτε τις κύριες και δευτερεύουσες στροφές.

Οι πρωτογενείς και δευτερεύουσες στροφές αλληλοσυνδέονται και εξαρτώνται από άλλες παραμέτρους. Ο τύπος σχεδιασμού του μετασχηματιστή για τον υπολογισμό των πρωτογενών και δευτερευόντων στροφών είναι-

Όπου, το

N _p είναι οι κύριες στροφές, N _s είναι οι δευτερεύουσες στροφές, Το Vmin είναι η ελάχιστη τάση εισόδου, Vds είναι η τάση αποστράγγισης στην πηγή του Power Mosfet, Vo είναι η τάση εξόδου

Vd είναι η πτώση τάσης προς τα εμπρός διόδων εξόδου

Και το Dmax είναι ο μέγιστος κύκλος λειτουργίας.

Επομένως, οι πρωτεύουσες και οι δευτερεύουσες στροφές αλληλοσυνδέονται και έχουν λόγο στροφών. Από τον παραπάνω υπολογισμό μπορεί να οριστεί ο λόγος και έτσι επιλέγοντας τις δευτερεύουσες στροφές, μπορεί κανείς να ανακαλύψει τις κύριες στροφές. Η καλή πρακτική είναι να χρησιμοποιήσετε 1 στροφές ανά τάση εξόδου της δευτερεύουσας περιέλιξης.

Βήμα 3: Το επόμενο στάδιο είναι να μάθετε την πρωταρχική επαγωγή των μετασχηματιστών. Αυτό μπορεί να υπολογιστεί με τον παρακάτω τύπο,

Οπου, Το P ₀ είναι η ισχύς εξόδου, z είναι ο συντελεστής κατανομής ζημιών, n είναι η αποδοτικότητα, f _s είναι η συχνότητα μεταγωγής, I _p είναι το πρωτεύον ρεύμα αιχμής, Το K _RP είναι ο λόγος κυματισμού προς το μέγιστο.

Βήμα 4: Το επόμενο στάδιο είναι να ανακαλύψετε την αποτελεσματική επαγωγή για τον επιθυμητό κενό πυρήνα.

Η παραπάνω εικόνα δείχνει τι είναι ο κενός πυρήνας. Το κενό είναι μια τεχνική για τη μείωση της τιμής των πυρήνων της πρωταρχικής επαγωγής σε μια επιθυμητή τιμή. Οι κατασκευαστές πυρήνων παρέχουν έναν κεντρικό πυρήνα για την επιθυμητή βαθμολογία _LG. Εάν η τιμή δεν είναι διαθέσιμη, μπορείτε να προσθέσετε διαχωριστικά μεταξύ των πυρήνων ή να την αλέσετε για να λάβετε την επιθυμητή τιμή.

Βήμα 5: Το επόμενο βήμα είναι να μάθετε τη διάμετρο των πρωτογενών και δευτερευόντων καλωδίων. Η διάμετρος των πρωτογενών καλωδίων σε χιλιοστά είναι

Όπου, το BW _E είναι το πραγματικό πλάτος μπομπίνας και το N _p είναι ο αριθμός των κύριων στροφών.

Η διάμετρος των δευτερευόντων καλωδίων σε χιλιοστά είναι-

Το BW _E είναι το πραγματικό πλάτος μπομπίνας, το N _S είναι ο αριθμός των δευτερευουσών στροφών και το M είναι το περιθώριο και στις δύο πλευρές. Τα καλώδια πρέπει να μετατραπούν σε πρότυπα AWG ή SWG.

Για τον δευτερεύοντα αγωγό, μεγαλύτερη από 26 AWG δεν επιτρέπεται λόγω της αύξησης του δέρματος. Σε τέτοια περίπτωση μπορούν να κατασκευαστούν παράλληλα σύρματα. Στην παράλληλη περιέλιξη σύρματος, αυτό σημαίνει ότι όταν χρειάζονται περισσότερα από δύο καλώδια για να τυλίγονται για τη δευτερεύουσα πλευρά, η διάμετρος κάθε καλωδίου μπορεί να αντιστοιχεί στην πραγματική τιμή ενός σύρματος για ευκολότερη περιέλιξη στη δευτερεύουσα πλευρά του μετασχηματιστή. Γι 'αυτό θα βρείτε μερικούς μετασχηματιστές με διπλά καλώδια σε ένα μόνο πηνίο.

Αυτό έχει να κάνει με το σχεδιασμό του μετασχηματιστή SMPS. Λόγω της κρίσιμης πολυπλοκότητας που σχετίζεται με το σχεδιασμό, το λογισμικό σχεδιασμού SMPS όπως το PI Expert για ενσωμάτωση ισχύος ή το Viper από το ST παρέχει εργαλεία και υπερέχει για την αλλαγή και τη διαμόρφωση του μετασχηματιστή SMPS όπως απαιτείται. Για να αποκτήσετε μια πιο πρακτική έκθεση, μπορείτε να δείτε αυτόν τον οδηγό σχεδίασης 5V 2A SMPS όπου χρησιμοποιήσαμε το PI Expert για να φτιάξουμε τον δικό μας μετασχηματιστή χρησιμοποιώντας τα σημεία που συζητήθηκαν μέχρι στιγμής.

Ελπίζω ότι καταλάβατε το σεμινάριο και απολαύσατε να μάθετε κάτι νέο, αν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις, μη διστάσετε να τα αφήσετε στην ενότητα σχολίων ή να τα δημοσιεύσετε στα φόρουμ για ταχύτερη απόκριση.