Oblikovanje učinkovitega napajalnega vezja ni manjši izziv. Tisti, ki so že delali s SMPS vezji, bi se zlahka strinjali, da ima zasnova povratnega transformatorja ključno vlogo pri oblikovanju učinkovitega napajalnega vezja. Ti transformatorji v večini primerov niso na voljo s popolnoma enakim parametrom, ki ustreza naši zasnovi. Torej v tej vadnici za načrtovanje transformatorjanaučili se bomo, kako zgraditi lastni transformator, kot zahteva naša zasnova vezja. Upoštevajte, da ta vadnica zajema le teorijo, pri kateri bomo kasneje v drugi vadnici zgradili 5V 2A SMPS vezje z ročno izdelanim transformatorjem, kot je prikazano na zgornji sliki za praktično izpostavljenost. Če ste popolnoma novi v transformatorju, preberite članek Osnove transformatorja, da boste bolje razumeli postopek.
Deli v transformatorju SMPS
PTM transformator zasnova ima različne transformatorske delov, ki so neposredno odgovorni za izvedbo transformatorja. V deli predstavili na transformatorju se je pojasnjeno v nadaljevanju, bomo spoznali pomen vsakega dela in kako je treba izbrana za transformator design. Ti deli v večini primerov veljajo tudi za druge vrste transformatorjev.
Jedro
SMPS pomeni napajalno enoto v stikalnem načinu. Lastnosti SMPS transformatorja so zelo odvisne od frekvence, v kateri delujejo. Visoka preklopna frekvenca odpira možnosti izbire manjših SMPS transformatorjev. Ti visokofrekvenčni SMPS transformatorji uporabljajo feritna jedra.
Načrtovanje jedra transformatorja je najpomembnejše pri konstrukciji transformatorja SMPS. Jedro ima drugačen tip A L (koeficient induktivnosti jedra), odvisno od materiala jedra, velikosti jedra in tipa jedra. Priljubljena vrsta jedrnega materiala so N67, N87, N27, N26, PC47, PC95 itd. Proizvajalec feritnih jeder v obrazcu vsebuje podrobne parametre, ki bodo koristni pri izbiri jedra za vaš transformator
Tu je na primer podatkovni list priljubljenega jedra EE25.
Zgornja slika je podatkovni list jedra EE25 iz materiala PC47 široko priljubljenega proizvajalca jeder TDK. Vsak delček informacij bo potreben za izdelavo transformatorja. Vendar imajo jedra neposredno povezavo izhodne moči, zato so za različne moči SMPS potrebne različne oblike in velikosti jeder.
Tu je seznam jeder, odvisno od moči. Seznam temelji na 0-100W konstrukciji. Vir seznama je povzet iz dokumentacije Power Integration. Ta tabela bo uporabna za izbiro pravega jedra za vaš načrt transformatorja na podlagi njegove moči.
| Največja izhodna moč | Feritna jedra za gradnjo TIW | Feritna jedra za gradnjo rane na robu |
| 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 |
Tu izraz TIW pomeni trojno izolirano žico. E jedra so najbolj priljubljena in se pogosto uporabljajo v SMPS transformatorjih. Vendar imajo jedra E več primerov, na primer EE, EI, EFD, ER itd. Vsi so videti kot črka „E“, vendar je osrednji del za vsako snov drugačen. Spodaj so s pomočjo slik ponazorjene običajne vrste jeder E.
EE jedro
EI jedro
ER jedro
EFD jedro
Klekljanje
Vretena je ohišje jeder in navitij. Vretena ima efektivno širino, ki je bistvena za izračun premerov žic in konstrukcije transformatorja. Ne samo to, kletka transformatorja ima tudi pikčasto oznako, ki daje informacije o primarnih navitjih. Spodaj je prikazana pogosto uporabljena transformatorska kleka EE16
Primarno navitje
PTM transformator navijanje bo imel primarnega navitja in najmanj enega sekundarnega navitja, ki temelji na zasnovi, da bi hav bolj sekundarnega navitja ali pomožno navitje. Primarno navitje je prvo in notranje navitje transformatorja. Neposredno je povezan s primarno stranjo SMPS. Običajno je število navitij na primarni strani večje od ostalih navitij transformatorja. Iskanje primarnega navitja v transformatorju je enostavno; treba je le preveriti pikčasto stran transformatorja za primarni navit. Običajno se nahaja čez visokonapetostno stran MOSFET-a.
V shemi SMPS lahko opazite visokonapetostni enosmerni tok iz visokonapetostnega kondenzatorja, ki je povezan s primarno stranjo transformatorja, drugi konec pa je povezan z napajalnikom (notranji odtočni zatič mosfet) ali z ločenim visokonapetostnim odtočnim zatičem MOSFET-a.
Sekundarno navitje
Sekundarno navitje pretvori napetost in tok na primarni strani v zahtevano vrednost. Ugotovitev sekundarnega izhoda je nekoliko zapletena, saj ima transformator v nekaterih izvedbah SMPS običajno več sekundarnih izhodov. Vendar je izhodna ali nizkonapetostna stran vezja SMPS praviloma povezana s sekundarnim navitjem. Ena stran sekundarnega navitja je DC, GND, druga stran pa je povezana preko izhodne diode.
Kot smo že omenili, ima transformator SMPS lahko več izhodov. Zato ima transformator SMPS lahko tudi več sekundarnih navitij.
Pomožna navitja
Obstajajo različne vrste zasnove SMPS, pri katerih gonilniško vezje potrebuje dodaten vir napetosti za napajanje voznikove IC. Pomožno navitje se uporablja za zagotavljanje te dodatne napetosti v gonilnem krogu. Na primer, če vaš gonilnik IC deluje na 12V, bo imel transformator SMPS pomožno izhodno navitje, ki se lahko uporablja za napajanje tega IC.
Izolacijski trak
Transformatorji nimajo električne povezave med različnimi navitji. Zato je treba pred zavijanjem različnih navitij izolirane trakove oviti okoli navitij za ločevanje. Značilni trakovi iz poliestrskih pregrad se uporabljajo z različno širino za različne vrste klekljev. Za izolacijo morajo biti debeline trakov 1-2 mil.
Koraki za načrtovanje transformatorja:
Zdaj, ko poznamo osnovne elemente transformatorja, lahko sledimo spodnjim korakom za načrtovanje lastnega transformatorja
1. korak : Poiščite pravo jedro za želeni izhod. Izberite ustrezna jedra, navedena v zgornjem razdelku.
2. korak : Poiščite primarni in sekundarni zavoj.
Primarni in sekundarni zavoj sta medsebojno povezana in sta odvisna od drugih parametrov. Formula transformator zasnova za izračun primarna in sekundarna zavoji so-
Kjer je
N p primarni zavoj, N s je sekundarni zavoj, Vmin je najmanjša vhodna napetost, Vds je napetost odtoka do vira Power Mosfet, Vo je izhodna napetost
Vd je padec napetosti izhodnih diod
In Dmax je največji obratovalni cikel.
Zato so primarni in sekundarni zavoji med seboj povezani in imajo razmerje zavojev. Iz zgornjega izračuna lahko nastavimo razmerje in tako z izbiro sekundarnih zavojev ugotovimo primarne zavoje. Dobra praksa je uporaba 1 obrata na izhodno napetost sekundarnega navitja.
3. korak: Naslednja faza je ugotoviti primarno induktivnost transformatorjev. To lahko izračunamo po spodnji formuli,
Kje, P 0 je izhodna moč, z faktor razporejanja izgub, n je učinkovitost, f s preklopna frekvenca, I p je največji primarni tok, K RP je razmerje med valovnim tokom in vrhom.
4. korak: Naslednja faza je ugotoviti efektivno induktivnost za želeno presledko jedra.
Zgornja slika prikazuje, kakšno je jedro z vrzeljo. Gapping je tehnika za zmanjšanje vrednosti primarne induktivnosti jeder na želeno vrednost. Glavni proizvajalci ponujajo preskočeno jedro za želeno oceno A LG. Če vrednost ni na voljo, lahko med jedra dodate presledke ali jih zmeljete, da dobite želeno vrednost.
5. korak: Naslednji korak je ugotoviti premer primarne in sekundarne žice. Premer primarnih žic v milimetrih je
Kjer je BW E efektivna širina kleklje, N p pa število primarnih zavojev.
Premer sekundarnih žic v milimetrih is-
BW E je efektivna širina kleklje, N S je število sekundarnih zavojev in M je rob na obeh straneh. Žice je treba pretvoriti v standard AWG ali SWG.
Za sekundarni vodnik več kot 26 AWG ni dovoljena zaradi povečanega učinka kože. V tem primeru je mogoče izdelati vzporedne žice. Pri vzporednem navitju žice to pomeni, da ko je treba za sekundarno stran navijati več kot dve žici, lahko premer vsake žice ustreza dejanski vrednosti posamezne žice za lažje navijanje čez sekundarno stran transformatorja. Zato najdete nekatere transformatorje z dvojnimi žicami na eni tuljavi.
To je vse o načrtovanju transformatorja SMPS. Zaradi kritične zapletenosti, povezane z načrtovanjem, programska oprema za načrtovanje SMPS, kot je PI Expert za integracijo moči ali Viper iz podjetja ST, nudi orodja in odličnosti za spreminjanje in konfiguriranje transformatorja SMPS, kot je potrebno. Za bolj praktično izpostavljenost si lahko ogledate to 5V 2A SMPS vadnico za načrtovanje SMPS, kjer smo s pomočjo PI Expert izdelali svoj lastni transformator z uporabo dosedanjih točk.
Upam, da ste razumeli vadnico in ste se z veseljem naučili česa novega. Če imate kakršna koli vprašanja, jih prosimo pustite v oddelku za komentarje ali objavite na forumih za hitrejši odziv.