At designe et effektivt strømforsyningskredsløb er ikke mindre en udfordring. De, der allerede har arbejdet med SMPS-kredsløb, ville let være enige om, at design af flyback-transformer spiller en vital rolle i designet af et effektivt strømforsyningskredsløb. De fleste gange er disse transformatorer ikke tilgængelige fra hylden i nøjagtigt den samme parameter, der passer til vores design. Så i denne tutorial til transformerdesignvi lærer, hvordan vi bygger vores egen transformer som krævet af vores kredsløbsdesign. Bemærk, at denne tutorial kun dækker teorien, hvor vi senere i en anden tutorial bygger et 5V 2A SMPS-kredsløb med en håndlavet transformer som vist i billedet ovenfor for praktisk eksponering. Hvis du er helt ny inden for transformer, skal du læse Grundlæggende om Transformer-artiklen for bedre at forstå proceduren.
Dele i en SMPS-transformer
Et SMPS-transformerdesign har forskellige transformerdele, som er direkte ansvarlige for transformatorens ydeevne. De dele præsentere i en transformer er forklaret nedenfor, vil vi lære betydningen af hver del, og hvordan det skal af hensyn til din transformer design. Disse dele holder det samme i de fleste tilfælde også for andre typer transformere.
Kerne
SMPS står for switch-mode strømforsyningsenhed. Egenskaberne for en SMPS-transformer afhænger meget af, hvor ofte de fungerer. Høj skiftfrekvens åbner mulighederne for at vælge mindre SMPS-transformere. Disse højfrekvente SMPS-transformere bruger ferritkerner.
Den transformer kerne design er den vigtigste i en SMPS transformer konstruktion. En kerne har en anden type A L (ikke-indkapslet kerneinduktanskoefficient) afhængigt af kernematerialet, kernestørrelsen og kernetypen. Populær type kernemateriale er N67, N87, N27, N26, PC47, PC95 osv. Producenten af ferritkerner giver også detaljerede parametre i databladet, hvilket vil være nyttigt, når du vælger kernen til din transformer
For eksempel er her et datablad med den populære kerne EE25.
Ovenstående billede er et datablad af EE25-kerne af PC47- materiale fra en meget populær kerneproducent TDK. Hver eneste bit information vil være nødvendig til transformerkonstruktion. Imidlertid har kerner et direkte forhold mellem output watt, og derfor kræves forskellige former og størrelser på kerner for forskellige wattforbrug af SMPS.
Her er listen over kerner afhængigt af effekten. Listen er baseret på 0-100W konstruktion. Kilden til listen er hentet fra Power Integration- dokumentation. Denne tabel vil være nyttig til at vælge den rigtige kerne til dit transformerdesign baseret på dens wattværdi.
| Maksimal udgangseffekt | Ferritkerner til TIW-konstruktion | Ferritkerner til Margin Wound-konstruktion |
| 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 står udtrykket TIW for tredobbelt isoleret trådkonstruktion. E-kernerne er de mest populære og bruges i vid udstrækning i SMPS-transformere. Imidlertid har E-kerner flere tilfælde, såsom EE, EI, EFD, ER osv. De ligner alle bogstavet 'E', men den midterste del er forskellig for hvert stof. De almindelige typer E-kerner er illustreret nedenfor ved hjælp af billeder.
EE Core
EI Core
ER-kerne
EFD-kerne
Spole
En spole er huset til kerner og viklinger. En spole har en effektiv bredde, som er vigtig for at beregne tråddiameterne og transformatorens konstruktion. Ikke kun dette, en transformers spole har også et prikket mærke, der giver information om primære viklinger. Den almindeligt anvendte EE16 transformer spole er vist nedenfor
Primærvikling
Den SMPS vikling vil have en primær vikling og mindst en sekundær vikling, baseret på design kan det hav mere sekundære vikling eller en hjælpevikling. Den primære vikling er den første og inderste vikling af en transformer. Det er direkte forbundet til den primære side af en SMPS. Normalt er antallet af viklinger på den primære side mere end andre viklinger af transformeren. Det er let at finde den primære vikling i en transformer; man skal bare kontrollere transformatorens prikside for den primære vikling. Det er generelt placeret på tværs af højspændingssiden af mosfet.
I et SMPS-skema kan du bemærke den høje spændingsstrøm fra højspændingskondensatoren, der er forbundet med transformerens primære side, og den anden ende er forbundet med strømdriveren (Intern mosfet-afløbsstift) eller med en separat højspændings MOSFET's afløbsstift.
Sekundær vikling
Sekundærvikling konverterer spændingen såvel som strømmen på den primære side til den krævede værdi. At finde ud af det sekundære output er lidt komplekst, da transformatoren i nogle SMPS-design normalt har flere sekundære output. Imidlertid er output- eller lavspændingssiden af et SMPS-kredsløb generelt forbundet til sekundærviklingen. Den ene side af sekundærviklingen er DC, GND og den anden side er forbundet over udgangsdioden.
Som diskuteret kan en SMPS-transformer have flere udgange. Derfor kan en SMPS-transformer også have flere sekundære viklinger.
Hjælpeviklinger
Der er forskellige typer SMPS-design, hvor førerkredsløbet har brug for en ekstra spændingskilde for at drive driverens IC. Hjælpeviklingen bruges til at give denne ekstra spænding til førerkredsløbet. For eksempel, hvis din driver-IC arbejder på 12V, vil SMPS-transformatoren have en ekstraudgangsvikling, der kan bruges til at drive denne IC.
Isoleringstape
Transformere har ikke en elektrisk forbindelse mellem forskellige viklinger. Derfor skal der inden isolering af viklinger vikles isolationsbånd, der vikles omkring viklingerne for adskillelse. Typiske polyesterbarrierebånd anvendes med forskellig bredde til forskellige typer spoler. Båndens tykkelse skal være 1-2mil for at give isolering.
Transformer design trin:
Nu hvor vi kender de grundlæggende elementer i en transformer, kan vi følge nedenstående trin for at designe vores egen transformer
Trin 1 : Find den rigtige kerne til det ønskede output. Vælg de rigtige kerner, der er anført i ovenstående afsnit.
Trin 2 : Find ud af de primære og sekundære sving.
Primære og sekundære sving er sammenkoblet og afhænger af andre parametre. Den transformer design formel til beregning af primære og sekundære vindinger er-
Hvor,
N p er de primære drejninger, N s er de sekundære drejninger, Vmin er den mindste indgangsspænding, Vds er afløb til kildespænding af Power Mosfet, Vo er udgangsspændingen
Vd er udgangsdioderne fremad spændingsfald
Og Dmax er den maksimale driftscyklus.
Derfor er primære og sekundære drejninger forbundet med hinanden og har et drejningsforhold. Fra ovenstående beregning kan forholdet indstilles, og man kan således finde ud af de primære drejninger ved at vælge de sekundære drejninger. Den gode praksis er at bruge 1 omdrejning pr. Udgangsspænding for sekundærviklingen.
Trin 3: Det næste trin er at finde ud af transformatorernes primære induktans. Dette kan beregnes ved hjælp af nedenstående formel,
Hvor, P 0 er udgangseffekten, z er tabsallokeringsfaktoren, n er effektiviteten, f s er skiftefrekvensen, I p er primær strøm, K RP er forholdet mellem rippelstrøm og spids.
Trin 4: Næste trin er at finde ud af den effektive induktans for den ønskede gappede kerne.
Ovenstående billede viser, hvad den lukkede kerne er. Gapping er en teknik til at reducere værdien af kernernes primære induktans til en ønsket værdi. Kerneproducenter giver en gapped kerne til ønsket A LG- vurdering. Hvis værdien ikke er tilgængelig, kan man tilføje afstandsstykker mellem kernerne eller male den for at få den ønskede værdi.
Trin 5: Det næste trin er at finde ud af diameteren på primære og sekundære ledninger. Diameteren på de primære ledninger i millimeter er
Hvor BW E er den effektive spolebredde, og Np er antallet af primære sving.
Den diameter af sekundære ledninger i millimeter er-
BW E er den effektive spolebredde, N S er antallet af sekundære sving, og M er margenen på begge sider. Ledningerne skal konverteres i AWG- eller SWG-standard.
For den sekundære leder er større end 26 AWG ikke tilladt på grund af øget hudeffekt. I sådanne tilfælde kan der konstrueres parallelle ledninger. I parallel trådvikling betyder det, at når der er behov for mere end to ledninger, der skal vikles til den sekundære side, kan diameteren af hver ledning være på vegne af den faktiske enkeltledningsværdi for lettere vikling over transformatorens sekundære side. Dette er grunden til, at du finder nogle transformatorer, der har to ledninger på en enkelt spole.
Dette handler om at designe SMPS-transformeren. På grund af den kritiske designrelaterede kompleksitet leverer SMPS-designsoftware såsom PI Expert til strømintegration eller Viper fra ST værktøjer og udmærker sig til at ændre og konfigurere SMPS-transformeren efter behov. For at få en mere praktisk eksponering kan du tjekke denne 5V 2A SMPS-designvejledning, hvor vi brugte PI Expert til at bygge vores egen transformer ved hjælp af de hidtil diskuterede punkter.
Håber du forstod vejledningen og nød at lære noget nyt, hvis du har spørgsmål, er du velkommen til at efterlade dem i kommentarfeltet eller sende dem i fora for hurtigere svar.