Проектирането на ефективна верига за захранване не е по-малко предизвикателство. Тези, които вече са работили с SMPS вериги, лесно биха се съгласили, че конструкцията на трансформатора на обратния трансфер играе жизненоважна роля при проектирането на ефективна верига за захранване. Повечето пъти тези трансформатори не се предлагат на рафта по точно същия параметър, който отговаря на нашия дизайн. Така че в този урок за проектиране на трансформаторище научим как да изградим собствен трансформатор, както се изисква от нашия дизайн на веригата. Имайте предвид, че този урок обхваща само теорията, използвайки която по-късно в друг урок ще изградим 5V 2A SMPS верига с ръчно изработен трансформатор, както е показано на изображението по-горе за практическа експозиция. Ако сте напълно нов в трансформатора, моля, прочетете статията Основи на трансформатора, за да разберете по-добре процедурата.
Части в SMPS трансформатор
Един трансформатор дизайн ДЗПО има различни трансформаторни части, които са пряко отговорни за изпълнението на трансформатора. На части представят в трансформатор са обяснени по-долу, ние ще научите значението на всяка част и как тя трябва да бъде избрана за вашия трансформатор дизайн. Тези части се държат еднакво в повечето случаи и за други видове трансформатори.
Ядро
SMPS означава захранващ блок в режим на превключване. Свойствата на SMPS трансформатор силно зависят от честотата, в която работят. Високата честота на превключване отваря възможностите за избор на по-малки SMPS трансформатори. Тези високочестотни SMPS трансформатори използват феритни ядра.
Дизайнът на сърцевината на трансформатора е най-важното в конструкцията на SMPS трансформатор. Ядрото има различен тип A L (коефициент на индуктивност на сърцевината), в зависимост от материала на сърцевината, размера на сърцевината и типа на сърцевината. Популярен тип материал за сърцевина са N67, N87, N27, N26, PC47, PC95 и др. Също така производителят на феритни сърцевини предоставя подробни параметри в листа с данни, които ще бъдат полезни при избора на сърцевината за вашия трансформатор
Например, тук е лист с данни за популярното ядро EE25.
Горното изображение е лист с данни на ядрото EE25 от материал PC47 от широко популярен производител на ядро TDK. Всяка част от информацията ще е необходима за изграждането на трансформатор. Ядрата обаче имат пряка връзка с изходната мощност, поради което за различна мощност на SMPS са необходими различна форма и размер на ядрата.
Ето списъка на ядрата в зависимост от мощността. Списъкът се базира на конструкция от 0-100W. Източникът на списъка е взет от документацията на Power Integration. Тази таблица ще бъде полезна, за да изберете правилното ядро за вашия дизайн на трансформатора въз основа на неговата мощност.
| Максимална изходна мощност | Феритни сърцевини за изграждане на TIW | Феритни сърцевини за изграждане на маргинални рани |
| 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 |
Тук терминът TIW означава тройно изолирана жична конструкция. Е жилата са най-популярни и се използват широко в SMPS трансформатори. Ядрата Е обаче имат няколко случая, като EE, EI, EFD, ER и др. Всички те приличат на буквата „E“, но централната част е различна за всяко вещество. Често срещаните типове Е ядра са илюстрирани по-долу с помощта на изображения.
EE Core
EI Core
ER Core
EFD ядро
Бобина
Калерчето е корпусът на жилата и намотките. Калерчето има ефективна ширина, която е от съществено значение за изчисляване на диаметъра на проводниците и конструкцията на трансформатора. Не само това, калерчето на трансформатора също има пунктирана маркировка, която предоставя информацията за първичните намотки. Често използваната трансформаторна калерца EE16 е показана по-долу
Първична намотка
В трансформатор ДЗПО ликвидация ще има първичната намотка и най-малко една вторична намотка, въз основа на проекта това може да HAV повече вторична намотка или спомагателен ликвидация. Първичната намотка е първата и най-вътрешната намотка на трансформатор. Той е директно свързан с основната страна на SMPS. Обикновено броят на намотките от първичната страна е повече от другите намотки на трансформатора. Намирането на първичната намотка в трансформатор е лесно; просто трябва да проверите точковата страна на трансформатора за първичната намотка. Обикновено е разположен от страната на високо напрежение на MOSFET.
В схемата на SMPS можете да забележите постояннотоковото напрежение с високо напрежение от кондензатора за високо напрежение, свързан с първичната страна на трансформатора, а другият край е свързан с захранващия драйвер (вътрешен извод за изтичане на MOSFET) или с отделен изпускателен щифт на MOSFET за високо напрежение.
Вторична намотка
Вторичната намотка преобразува напрежението, както и тока от първичната страна до необходимата стойност. Разкриването на вторичния изход е малко сложно, тъй като при някои проекти на SMPS трансформаторът обикновено има множество вторични изходи. Обаче изходната или нисковолтовата страна на SMPS верига обикновено е свързана към вторичната намотка. Едната страна на вторичната намотка е DC, GND, а другата страна е свързана през изходния диод.
Както беше обсъдено, SMPS трансформаторът може да има множество изходи. Следователно SMPS трансформаторът може също да има множество вторични намотки.
Спомагателни намотки
Съществуват различни видове SMPS дизайн, при които схемата на драйвера се нуждае от допълнителен източник на напрежение за захранване на интегралната схема на драйвера. Допълнителната намотка се използва за осигуряване на това допълнително напрежение към веригата на водача. Например, ако вашата интегрална схема на драйвера работи на 12V, тогава SMPS трансформаторът ще има спомагателна изходна намотка, която може да се използва за захранване на тази интегрална схема.
Изолационна лента
Трансформаторите нямат електрическа връзка между различни намотки. Следователно, преди да се увият различни намотки, са необходими изолационни ленти, които да бъдат увити около намотките за отделяне. Типичните полиестерни бариерни ленти се използват с различна ширина за различните видове калерчета. Дебелината на лентите трябва да бъде 1-2mil за осигуряване на изолация.
Стъпки за проектиране на трансформатора:
Сега, когато знаем основните елементи в трансформатора, можем да следваме стъпките по-долу, за да проектираме свой собствен трансформатор
Стъпка 1 : Намерете правилното ядро за желания изход. Изберете правилните ядра, изброени в горния раздел.
Стъпка 2 : Откриване на първичните и вторичните завои.
Първичните и вторичните завои са взаимно свързани и зависят от други параметри. В формула трансформатор дизайн за изчисляване на първични и вторични спиралите са-
Където
N p е първичните завои, N s е вторичните завои, Vmin е минималното входно напрежение, Vds е напрежението на източване към източника на захранващия Mosfet, Vo е изходното напрежение
Vd е напрежението на изходните диоди напред
И Dmax е максималният работен цикъл.
Следователно първичните и вторичните завои са взаимно свързани и имат съотношение на завоите. От горното изчисление може да се зададе съотношението и по този начин, като се изберат вторичните завои, може да се открият първичните завои. Добрата практика е да се използват 1 оборот на изходно напрежение на вторичната намотка.
Стъпка 3: Следващият етап е да се открие първичната индуктивност на трансформаторите. Това може да се изчисли по формулата по-долу,
Където, P 0 е изходната мощност, z е коефициентът на разпределение на загубите, n е ефективността, f s е честотата на превключване, I p е пиков първичен ток, K RP е съотношението ток на пулсация към пик.
Стъпка 4: Следващият етап е да се установи ефективната индуктивност на желаната сърцевина с пролука.
Горното изображение показва какво е ядковото ядро. Gapping е техника за намаляване на стойността на първичната индуктивност на ядрата до желана стойност. Основните производители предоставят ядро с пропуски за желания рейтинг на LG. Ако стойността не е налична, можете да добавите разделители между ядрата или да я смилате, за да получите желаната стойност.
Стъпка 5: Следващата стъпка е да откриете диаметъра на първичните и вторичните проводници. Диаметърът на първичните проводници в милиметри е
Където BW E е ефективната ширина на калерчето, а N p е броят на първичните завои.
В диаметър на вторичните проводници в милиметри IS-
BW E е ефективната ширина на калерчето, N S е броят на вторичните завъртания и M е полето от двете страни. Проводниците трябва да бъдат преобразувани в стандарт AWG или SWG.
За вторичния проводник не е допустимо по-голямо от 26 AWG поради увеличаването на ефекта на кожата. В такъв случай могат да се конструират паралелни проводници. При паралелна намотка на проводник, това означава, че когато са необходими повече от два проводника за навиване за вторичната страна, диаметърът на всеки проводник може да отговаря на действителната стойност на единичен проводник за по-лесно навиване през вторичната страна на трансформатора. Ето защо откривате някои трансформатори с двойни проводници на една намотка.
Всичко е свързано с проектирането на SMPS трансформатора. Поради критичната сложност, свързана с дизайна, софтуерът за проектиране на SMPS, като PI Expert за интеграция на захранването или Viper от ST, предоставя инструменти и превъзходства за промяна и конфигуриране на SMPS трансформатора, както е необходимо. За да получите по-практична експозиция, можете да проверите този урок за проектиране на 5V 2A SMPS, където използвахме PI Expert, за да изградим свой собствен трансформатор, използвайки досега обсъдените точки.
Надявам се, че сте разбрали урока и сте се радвали да научите нещо ново, ако имате някакви въпроси, не се колебайте да ги оставите в раздела за коментари или да ги публикувате във форумите за по-бърз отговор.