A hatékony áramellátási áramkör megtervezése nem kisebb kihívás. Azok, akik már dolgoztak az SMPS áramkörökkel, könnyen egyetértenek abban, hogy a flyback transzformátorok kialakítása alapvető szerepet játszik a hatékony áramellátási áramkör kialakításában. Legtöbbször ezek a transzformátorok nem állnak rendelkezésre a polcról, pontosan ugyanazzal a paraméterrel, amely megfelel a tervezésünknek. Tehát ebben a transzformátor-tervezési útmutatóbanmegtanuljuk, hogyan építsük meg saját transzformátorunkat az áramkörtervünknek megfelelően. Vegye figyelembe, hogy ez az oktatóanyag csak azt az elméletet fedi le, amelynek felhasználásával később egy másik oktatóanyagban egy 5V 2A SMPS áramkört építünk egy kézzel készített transzformátorral, amint az a fenti képen látható, a gyakorlati expozíció érdekében. Ha még nem ismeri a transzformátort, olvassa el a Transzformátor alapjai cikket, hogy jobban megértse az eljárást.
Alkatrészek SMPS transzformátorban
Az SMPS transzformátor különböző transzformátor alkatrészekkel rendelkezik, amelyek közvetlenül felelősek a transzformátor teljesítményéért. A transzformátorban található alkatrészeket az alábbiakban ismertetjük, megtudjuk az egyes alkatrészek fontosságát és azt, hogy miként kell kiválasztani a transzformátor tervezéséhez. Ezek a részek a legtöbb esetben azonosak más típusú transzformátorok esetében is.
Mag
Az SMPS kapcsolóüzemű tápegységet jelent. Az SMPS transzformátor tulajdonságai nagymértékben függenek a frekvenciától, amelyben működnek. A magas kapcsolási frekvencia lehetőséget kínál kisebb SMPS transzformátorok választására, ezek a magas frekvenciájú SMPS transzformátorok ferrit magokat használnak.
A transzformátor mag kialakítása a legfontosabb egy SMPS transzformátor konstrukciónál. A magnak különböző típusú A L- je van (Ungapped mag induktivitási együttható), a mag anyagától, a mag méretétől és a mag típusától függően. Népszerű típusú maganyagok az N67, N87, N27, N26, PC47, PC95 stb. A ferritmagok gyártója részletes paramétereket ad meg az adatlapon, amelyek hasznosak lesznek, amikor kiválasztják a transzformátor magját
Például itt található a népszerű EE25 mag adatlapja.
A fenti kép egy széles körben elterjedt TDK maggyártó PC47 anyagának EE25 magjának adatlapja. A transzformátor építéséhez minden egyes információra szükség lesz. Azonban a magok közvetlen kapcsolatban állnak a kimeneti teljesítményrel, ezért az SMPS különböző teljesítményéhez különböző alakú és méretű magokra van szükség.
Itt van a magok listája a teljesítménytől függően. A lista 0-100W-os konstrukción alapul. A lista forrása az Energiaintegráció dokumentációjából származik. Ez a táblázat hasznos lehet a transzformátor tervezéséhez megfelelő mag kiválasztásához annak teljesítményértéke alapján.
| Maximális kimeneti teljesítmény | Ferrit magok a TIW építéséhez | Ferrit magok Margin Wound építéshez |
| 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 |
Itt a TIW kifejezés hármas szigetelt huzalszerkezetet jelent. Az E magok a legnépszerűbbek, és széles körben használják az SMPS transzformátorokban. Az E magoknak azonban több esete is van, például EE, EI, EFD, ER stb. Mindegyikük úgy néz ki, mint az „E” betű, de a középső rész minden anyag esetében más és más. Az E magok általános típusait az alábbiakban képek segítségével szemléltetjük.
EE Core
EI Core
ER mag
EFD mag
Orsó
Az orsó a magok és tekercsek háza. Az orsó tényleges szélessége elengedhetetlen a huzalátmérők és a transzformátor felépítésének kiszámításához. Nem csak ez, a transzformátor orsója is rendelkezik egy pontozott jellel, amely az elsődleges tekercsekről nyújt információt. Az alábbiakban látható a gyakran használt EE16 transzformátor orsó
Elsődleges tekercselés
Az SMPS transzformátor tekercsének elsődleges és legalább egy másodlagos tekercse lesz, a kialakítás alapján esetleg több másodlagos vagy kiegészítő tekercseléssel rendelkezik. Az elsődleges tekercs a transzformátor első és legbelső tekercselése. Közvetlenül csatlakozik az SMPS elsődleges oldalához. Az elsődleges oldalon lévő tekercsek száma általában több, mint a transzformátor többi tekercselése. A primer tekercs megtalálása egy transzformátorban könnyű; csak meg kell vizsgálni a transzformátor pontoldalát az elsődleges tekercselés szempontjából. Általában a mosfet nagyfeszültségű oldalán helyezkedik el.
Az SMPS vázlatában észreveheti a nagyfeszültségű egyenáramot a nagyfeszültségű kondenzátorból, amely a transzformátor elsődleges oldalához van csatlakoztatva, és a másik vége az elektromos meghajtóval (belső mosfet lefolyócsap) vagy egy különálló nagyfeszültségű MOSFET lefolyócsappal van összekötve..
Másodlagos tekercselés
A szekunder tekercs a feszültséget, valamint az elsődleges oldalon lévő áramot a kívánt értékre alakítja. A másodlagos kimenet kiderítése kissé bonyolult, mivel egyes SMPS terveknél a transzformátor általában több másodlagos kimenettel rendelkezik. Az SMPS áramkör kimeneti vagy kisfeszültségű oldala azonban általában a szekunder tekercshez van csatlakoztatva. A szekunder tekercs egyik oldala az egyenáram, a GND, a másik oldal pedig a kimeneti diódán keresztül van összekötve.
Amint arról már volt szó, az SMPS transzformátornak több kimenete lehet. Ezért az SMPS transzformátornak több szekunder tekercse is lehet.
Segédtekercsek
Különböző típusú SMPS kialakítások léteznek, ahol a meghajtó áramkörnek további feszültségforrásra van szüksége a meghajtó IC táplálásához. A segédtekercset használják, hogy ezt a kiegészítő feszültséget biztosítsák a meghajtó áramkörében. Például, ha a meghajtó IC 12 V-on működik, akkor az SMPS transzformátor egy kiegészítő kimeneti tekerccsel rendelkezik, amely az IC áramellátására használható.
Szigetelő szalag
A transzformátorok nem rendelkeznek elektromos kapcsolattal a különböző tekercsek között. Ezért a különféle tekercsek becsomagolása előtt szigetelőszalagokat kell tekerni a tekercsek köré az elválasztáshoz. A tipikus poliészter zárószalagokat különböző szélességgel használják a különböző orsókhoz. A szigetelés biztosításához a szalagok vastagsága 1-2 milliméter.
A transzformátor tervezésének lépései:
Most, hogy ismerjük a transzformátor alapelemeit, követhetjük az alábbi lépéseket saját transzformátorunk megtervezéséhez
1. lépés : Keresse meg a kívánt magot a kívánt kimenethez. Válassza ki a fenti szakaszban felsorolt megfelelő magokat.
2. lépés : Az elsődleges és a másodlagos fordulatok megismerése.
Az elsődleges és a másodlagos fordulat összekapcsolódik, és más paraméterektől függ. A transzformátor tervezési képlete az elsődleges és a másodlagos fordulatok kiszámításához
Ahol
N p az elsődleges fordulatok, N s a másodlagos fordulatok, Vmin a minimális bemeneti feszültség, Vds a Power Mosfet forrásfeszültségének levezetése, Vo a kimeneti feszültség
Vd a kimeneti diódák előre feszültségesése
A Dmax pedig a maximális munkaciklus.
Ezért az elsődleges és a másodlagos fordulatok összekapcsolódnak, és fordulási arányuk van. A fenti számításból az arány beállítható, és így a másodlagos fordulatok kiválasztásával megtudható az elsődleges fordulatok. A jó gyakorlat az, hogy a szekunder tekercs kimeneti feszültségénként 1 fordulatot kell használni.
3. lépés: A következő lépés a transzformátorok elsődleges induktivitásának megismerése. Ezt az alábbi képlettel lehet kiszámítani,
Hol, P 0 a kimeneti teljesítmény, z a veszteségelosztási tényező, n a hatékonyság, f s a kapcsolási frekvencia, I p a csúcs primer áram, K RP a hullámáram és a csúcs aránya.
4. lépés: A következő lépés a kívánt réselt mag hatékony induktivitásának megismerése.
A fenti képen látható, hogy mi a réselt mag. A réselés egy olyan módszer, amely a magok elsődleges induktivitásának értékét a kívánt értékre csökkenti. Az alapgyártók hiányos magot biztosítanak a kívánt A LG besoroláshoz. Ha az érték nem érhető el, akkor a magok közé távtartókat adhat, vagy ledarálhatja a kívánt érték eléréséhez.
5. lépés: A következő lépés az elsődleges és a másodlagos vezetékek átmérőjének megismerése. A primer vezetékek átmérője milliméterben:
Ahol BW E az orsó tényleges szélessége és N p az elsődleges fordulatok száma.
A másodlagos vezetékek átmérője milliméterben
A BW E az orsó tényleges szélessége, N S a másodlagos fordulatok száma, M pedig mindkét oldalon a margó. A vezetékeket AWG vagy SWG szabvány szerint kell átalakítani.
A szekunder vezeték, nagyobb, mint 26 AWG nem megengedett növekedése miatt a bőr hatás. Ebben az esetben párhuzamos vezetékek építhetők. Párhuzamos huzaltekercselésnél ez azt jelenti, hogy amikor kettőnél több huzal tekercselésére van szükség a szekunder oldal számára, akkor az egyes huzalok átmérője a tényleges egyvezetékes érték helyett a transzformátor szekunder oldalán könnyebb tekercselni. Ezért talál néhány transzformátort, amelyek egyetlen tekercsen kettős huzallal rendelkeznek.
Ez az SMPS transzformátor tervezéséről szól. A tervezéssel kapcsolatos kritikus összetettség miatt az SMPS tervezőszoftver, például a PI Expert az energiaellátás integrálásához vagy a Viper az ST-től biztosítja az eszközöket és kiemelkedőt az SMPS transzformátor szükség szerinti cseréjéhez és konfigurálásához. A gyakorlati megvilágítás érdekében ellenőrizheti ezt az 5V 2A SMPS tervezési oktatóanyagot, ahol a PI Expert segítségével saját transzformátort építettünk az eddig tárgyalt pontok felhasználásával.
Remélem, megértette az oktatóanyagot, és élvezettel tanulott valami újat. Ha bármilyen kérdése van, hagyja nyugodtan a megjegyzés rovatban, vagy tegye fel a fórumba a gyorsabb válasz érdekében.