Å designe en effektiv strømforsyningskrets er ikke mindre av en utfordring. De som allerede har jobbet med SMPS-kretser, vil lett være enige i at flyback transformatordesign spiller en viktig rolle i utformingen av en effektiv strømforsyningskrets. De fleste ganger er disse transformatorene ikke tilgjengelig fra hyllen i nøyaktig samme parameter som passer vårt design. Så i denne transformatordesignveiledningenvi vil lære hvordan vi bygger vår egen transformator som kreves av kretsdesignet vårt. Vær oppmerksom på at denne opplæringen bare dekker teorien, som senere i en annen opplæring bygger vi en 5V 2A SMPS-krets med en håndlaget transformator som vist på bildet ovenfor for praktisk eksponering. Hvis du er helt ny innen transformator, kan du lese Basics of Transformer-artikkelen for å bedre forstå prosessen.
Deler i en SMPS-transformator
En SMPS-transformatordesign har forskjellige transformatordeler som er direkte ansvarlige for ytelsen til transformatoren. De deler presentere i en transformator er forklart nedenfor, vil vi lære betydningen av hver del og hvordan det bør velges for transformator design. Disse delene holder i de fleste tilfeller det samme for andre typer transformatorer.
Kjerne
SMPS står for switch-mode strømforsyningsenhet. Egenskapene til en SMPS-transformator er sterkt avhengig av frekvensen de opererer i. Høy koblingsfrekvens åpner for mulighetene for å velge mindre SMPS-transformatorer. Disse høyfrekvente SMPS-transformatorene bruker ferrittkjerner.
Den transformator Core Design er det viktigste i en SMPS transformator konstruksjon. En kjerne har en annen type A L (ikke-utpekt kjerneinduktanskoeffisient) avhengig av kjernemateriale, kjernestørrelse og kjernetype. Populær type kjernemateriale er N67, N87, N27, N26, PC47, PC95, etc. Også produsenten av ferrittkjerner gir detaljerte parametere i databladet, noe som vil være nyttig når du velger kjernen til transformatoren din.
For eksempel, her er et datablad med populær kjerne EE25.
Ovenstående bilde er et datablad med EE25-kjerne av PC47- materiale fra en meget populær kjerneprodusent TDK. Hver eneste bit informasjon vil være nødvendig for transformatorkonstruksjon. Imidlertid har kjerner et direkte forhold mellom utgangseffekten, og for forskjellige wattforbruk av SMPS er det derfor nødvendig med forskjellige former og størrelser på kjerner.
Her er listen over kjerner avhengig av effekt. Listen er basert på 0-100W konstruksjon. Kilden til listen er hentet fra dokumentasjonen for Power Integration. Denne tabellen vil være nyttig for å velge riktig kjerne for transformatordesignet basert på wattstyrken.
| Maksimal utgangseffekt | Ferritkjerner for TIW-konstruksjon | Ferritkjerner for Margin Wound-konstruksjon |
| 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 |
Her uttrykket, TIW står for Triple isolert wire konstruksjon. E-kjernene er de mest populære og brukes mye i SMPS-transformatorer. Imidlertid har E-kjerner flere tilfeller, for eksempel EE, EI, EFD, ER, etc. De ser alle ut som bokstaven 'E', men midtdelen er forskjellig for hvert stoff. De vanligste typene E-kjerner er illustrert nedenfor ved hjelp av bilder.
EE Core
EI Core
ER Core
EFD Core
Spole
En spole er huset til kjerner og viklinger. En spole har en effektiv bredde som er viktig for å beregne ledningsdiameterene og transformatorens konstruksjon. Ikke bare dette, en spole av en transformator har også et prikket merke som gir informasjon om primære viklinger. Den ofte brukte EE16-transformatorspolen er vist nedenfor
Primærvikling
Den SMPS transformatorvinding vil ha en primærvikling og minst en sekundærvikling, basert på utformingen kan det hav flere sekundære vikling eller en ekstra vikling. Primærviklingen er den første og innerste viklingen av en transformator. Den er direkte koblet til den primære siden av en SMPS. Vanligvis er antall viklinger på primærsiden mer enn andre viklinger av transformatoren. Å finne primærviklingen i en transformator er enkelt; man trenger bare å sjekke prikkesiden av transformatoren for primærviklingen. Det ligger generelt over høyspenningssiden av mosfet.
I et SMPS-skjema kan du legge merke til høyspennings DC fra høyspentkondensatoren som er koblet til primærsiden av transformatoren, og den andre enden er koblet til strømdriveren (Intern mosfetavløpspinne) eller med en separat høyspennings MOSFETs avløpspinne.
Sekundær vikling
Sekundærvikling konverterer både spenningen og strømmen på primærsiden til ønsket verdi. Å finne ut den sekundære utgangen er litt kompleks, da transformatoren i noen SMPS-design vanligvis har flere sekundære utganger. Imidlertid er utgangssiden eller lavspenningssiden til en SMPS-krets vanligvis koblet til sekundærviklingen. Den ene siden av sekundærviklingen er DC, GND og den andre siden er koblet over utgangsdioden.
Som diskutert kan en SMPS-transformator ha flere utganger. Derfor kan en SMPS-transformator også ha flere sekundære viklinger.
Hjelpeviklinger
Det finnes forskjellige typer SMPS-design der førerkretsen trenger en ekstra spenningskilde for å drive driver-IC. Hjelpeviklingen brukes til å gi denne tilleggsspenningen til førerkretsen. For eksempel hvis driver-IC-en din opererer på 12V, vil SMPS-transformatoren ha en ekstra utgangsspoling som kan brukes til å drive denne IC-en.
Isolasjonstape
Transformatorer har ikke en elektrisk forbindelse mellom forskjellige viklinger. Derfor, før du vikler forskjellige viklinger, er det nødvendig med isolasjonsbånd som skal vikles rundt viklingene for separering. Typiske polyesterbarrierebånd brukes med forskjellig bredde for forskjellige typer spoler. Tykkelsen på båndene må være 1-2mil for å gi isolasjon.
Transformer Design Steps:
Nå som vi kjenner de grunnleggende elementene i en transformator, kan vi følge trinnene nedenfor for å designe vår egen transformator
Trinn 1 : Finn riktig kjerne for ønsket utgang. Velg de riktige kjernene som er oppført i avsnittet ovenfor.
Trinn 2 : Finn ut de primære og sekundære svingene.
Primære og sekundære svinger er sammenkoblet og avhenger av andre parametere. Den transformatorkonstruksjonen formel for å beregne den primære og sekundære vindinger er-
Hvor,
N p er de primære svingene, N s er de sekundære svingene, Vmin er minimum inngangsspenning, Vds er avløpet til kildespenningen til Power Mosfet, Vo er utgangsspenningen
Vd er utgangsdiodene spenningsfall fremover
Og Dmax er den maksimale driftssyklusen.
Derfor er primære og sekundære svinger sammenkoblet og har et svingforhold. Fra ovennevnte beregning kan forholdet settes, og ved å velge sekundære svinger kan man finne ut de primære svingene. God praksis er å bruke 1 omdreining per utgangsspenning for sekundærviklingen.
Trinn 3: Neste trinn er å finne ut transformatorens primære induktans. Dette kan beregnes med formelen nedenfor,
Hvor, P 0 er utgangseffekten, z er tapsfordelingsfaktoren, n er effektiviteten, f s er svitsjefrekvensen, I p er topp primærstrøm, K RP er forholdet mellom ringstrøm og topp.
Trinn 4: Neste trinn er å finne ut den effektive induktansen for den ønskede gapede kjernen.
Ovenstående bilde viser hva den gapede kjernen er. Gapping er en teknikk for å redusere verdien av kjernens primære induktans til en ønsket verdi. Kjerneprodusenter gir en gapende kjerne for ønsket A LG- vurdering. Hvis verdien ikke er tilgjengelig, kan man legge til mellomrom mellom kjernene eller male den for å få ønsket verdi.
Trinn 5: Det neste trinnet er å finne ut diameteren på primær- og sekundærledninger. Diameteren på primærtrådene i millimeter er
Hvor BW E er den effektive spolebredden og Np er antall primære svinger.
Den diameteren av sekundærtråder i millimeter er-
BW E er den effektive spolebredden, N S er antallet sekundære svinger, og M er margen på begge sider. Ledningene må konverteres i AWG- eller SWG-standard.
For sekundærlederen er større enn 26 AWG ikke tillatt på grunn av økningen av hudeffekten. I slike tilfeller kan parallelle ledninger konstrueres. I parallell trådvikling, det vil si at når mer enn to ledninger trengs for å vikles opp for sekundærsiden, kan diameteren på hver ledning være på vegne av den faktiske enkeltledningsverdien for lettere vikling over sekundærsiden av transformatoren. Dette er grunnen til at du finner noen transformatorer som har to ledninger på en enkelt spole.
Dette handler om å designe SMPS-transformatoren. På grunn av den kritiske designrelaterte kompleksiteten, gir SMPS-designprogramvare som PI Expert for kraftintegrering eller Viper fra ST verktøy og utmerker seg for å endre og konfigurere SMPS-transformatoren etter behov. For å få en mer praktisk eksponering kan du sjekke denne 5V 2A SMPS designveiledningen der vi brukte PI Expert til å bygge vår egen transformator ved hjelp av punktene som er diskutert så langt.
Håper du forsto opplæringen og likte å lære noe nytt, hvis du har spørsmål, kan du gjerne legge dem igjen i kommentarseksjonen eller legge dem ut i forumet for raskere respons.