Розробка ефективного ланцюга живлення є не меншою проблемою. Ті, хто вже працював із схемами SMPS, легко сходяться на думці, що конструкція зворотного трансформатора відіграє життєво важливу роль у розробці ефективної схеми живлення. У більшості випадків ці трансформатори недоступні з полиці за тим самим параметром, який відповідає нашій конструкції. Отже, у цьому посібнику з проектування трансформаторівми дізнаємось, як побудувати власний трансформатор відповідно до нашої схеми. Зверніть увагу, що цей підручник охоплює лише теорію, за допомогою якої пізніше в іншому підручнику ми побудуємо схему SMPS 5В 2А з трансформатором ручної роботи, як показано на малюнку вище, для практичного впливу. Якщо ви зовсім не новачок у трансформаторі, прочитайте статтю "Основи трансформатора", щоб краще зрозуміти процедуру.
Деталі в трансформаторі SMPS
Конструкції трансформатора SMPS мають різні частини трансформатора, які безпосередньо відповідають за виконання трансформатора. В частині подання в трансформаторі пояснені нижче, ми дізнаємося про важливість кожної частини і як він повинен бути обраний для конструкції трансформатора. Ці частини в більшості випадків однакові для інших типів трансформаторів.
Ядро
SMPS розшифровується як імпульсний блок живлення. Властивості трансформатора SMPS сильно залежать від частоти, на якій вони працюють. Висока частота комутації відкриває можливості вибору менших SMPS трансформаторів. Ці високочастотні SMPS трансформатори використовують феритові сердечники.
Конструкція сердечника трансформатора - це найважливіше в конструкції трансформатора SMPS. Сердечник має інший тип A L (коефіцієнт індуктивності сердечника без зазору) залежно від матеріалу сердечника, розміру сердечника та типу сердечника. Популярним типом матеріалу серцевини є N67, N87, N27, N26, PC47, PC95 та ін. Також виробник ферритових сердечників надає детальні параметри в таблиці, що буде корисно при виборі сердечника для вашого трансформатора
Наприклад, ось таблиця популярного ядра EE25.
Наведене зображення являє собою таблицю даних ядра EE25 з матеріалу PC47 від широко популярного виробника сердечників TDK. Для побудови трансформатора знадобиться кожен біт інформації. Однак сердечники мають прямий зв’язок вихідної потужності, отже, для різної потужності СМПС потрібна різна форма та розмір жил.
Ось список жил в залежності від потужності. Список базується на конструкції 0-100 Вт. Джерело списку взято з документації Power Integration. Ця таблиця буде корисною для вибору правильного сердечника для вашої конструкції трансформатора на основі його потужності.
| Максимальна вихідна потужність | Феритові стрижні для будівництва TIW | Ферритові сердечники для побудови маржинальних ран |
| 0-10 Вт |
EPC17, EFD15, EE16, EI16, EF15, E187, EE19, EI19 |
EEL16, EF20, EEL19, EPC25, EFD25 |
| 10-20 Вт |
EE19, EI19, EPC19, EF20, EFD20, EE22, EI22 |
EEL19, EPC25, EFD25, EF25 |
| 20-30 Вт | EPC25, EFD25, E24 / 25, EI25, EF25, EI28 |
EPC30, EFD30, EF30, EI30, ETD29, EER28 |
| 30-50 Вт |
EI28, EF30, EI30, ETD29, EER28 |
EI30, ETD29, EER28,
EER28L, EER35 |
| 50-70 Вт |
EER28L, ETD34, EI35, EER35 |
EER28L, ETD34, EER35, ETD39 |
| 70-100 Вт |
EPC30, EFD30, EF30, EI30, ETD29, EER28 |
EER35, ETD39, EER40, E21 |
Тут термін TIW позначає конструкцію з потрійною ізоляцією дроту. Ядра E є найбільш популярними і широко використовуються в трансформаторах SMPS. Однак ядра E мають кілька випадків, таких як EE, EI, EFD, ER та ін. Всі вони схожі на букву "E", але центральна частина для кожної речовини різна. Поширені типи ядер Е проілюстровані нижче за допомогою зображень.
EE Core
EI Core
ER Core
Ядро EFD
Шпулька
Шпулька - це корпус сердечників і обмоток. Шпулька має ефективну ширину, яка є важливою для розрахунку діаметрів дроту та конструкції трансформатора. Мало того, шпулька трансформатора також має пунктирний знак, який надає інформацію про первинні обмотки. Звичайно використовувана трансформаторна шпулька EE16 показана нижче
Первинна обмотка
SMPS обмотка трансформатора матиме первинну обмотку, і як мінімум однієї вторинної обмотки, на основі конструкції вона може HAV більш вторинної обмотки або допоміжної обмотки. Первинна обмотка - це перша і внутрішня обмотка трансформатора. Він безпосередньо підключений до основної сторони SMPS. Зазвичай кількість обмоток на первинній стороні більше, ніж інших обмоток трансформатора. Знайти первинну обмотку в трансформаторі легко; потрібно просто перевірити точкову сторону трансформатора на первинну обмотку. Зазвичай він розташований через високовольтну сторону MOSFET.
У схемі SMPS ви можете помітити високовольтний постійний струм від високовольтного конденсатора, з'єднаного з первинною стороною трансформатора, а інший кінець з'єднаний з драйвером живлення (внутрішній зливний штифт MOSFET) або з окремим високовольтним зливним штифтом MOSFET.
Вторинна обмотка
Вторинна обмотка перетворює напругу, а також струм на первинній стороні в необхідне значення. З’ясування вторинного виходу є дещо складним, оскільки в деяких конструкціях SMPS трансформатор зазвичай має кілька вторинних виходів. Однак вихідна або низьковольтна сторона схеми SMPS, як правило, підключена до вторинної обмотки. Однією стороною вторинної обмотки є DC, GND, а інша сторона підключена через вихідний діод.
Як обговорювалося, трансформатор SMPS може мати кілька виходів. Тому трансформатор SMPS також може мати кілька вторинних обмоток.
Допоміжні обмотки
Існують різні типи конструкції SMPS, де схема драйвера потребує додаткового джерела напруги для живлення мікросхеми драйвера. Додаткова обмотка використовується для подачі цієї додаткової напруги на схему драйвера. Наприклад, якщо ваша мікросхема драйвера працює на 12 В, тоді трансформатор SMPS матиме допоміжну вихідну обмотку, яку можна використовувати для живлення цієї мікросхеми.
Ізоляційна стрічка
Трансформатори не мають електричного зв’язку між різними обмотками. Тому перед обмотуванням різних обмоток ізоляційні стрічки потрібно обмотати навколо обмоток для розділення. Типові поліефірні бар'єрні стрічки використовуються з різною шириною для різних типів коклюшок. Товщина стрічок повинна бути 1-2мл для забезпечення ізоляції.
Етапи проектування трансформатора:
Тепер, коли ми знаємо основні елементи трансформатора, ми можемо виконати наступні кроки для проектування власного трансформатора
Крок 1 : Знайдіть правильне ядро для бажаного результату. Виберіть правильні ядра, перелічені у наведеному вище розділі.
Крок 2 : з’ясування первинного та вторинного поворотів.
Первинний і Вторинний повороти взаємопов’язані і залежать від інших параметрів. Конструкції трансформатора формула для обчислення первинних і вторинних витків є-
Де
N p - первинні повороти, N s - вторинні витки, Vmin - мінімальна вхідна напруга, Vds - напруга стоку до джерела напруги живлення Mosfet, Vo - вихідна напруга
Vd - вихідні діоди прямого падіння напруги
А Dmax - це максимальний робочий цикл.
Отже, первинний і вторинний повороти взаємопов’язані і мають відношення поворотів. З вищенаведеного розрахунку можна встановити коефіцієнт, і, вибравши вторинні повороти, можна дізнатися первинні повороти. Доброю практикою є використання 1 витка на вихідну напругу вторинної обмотки.
Крок 3: Наступним етапом є з’ясування первинної індуктивності трансформаторів. Це можна розрахувати за наведеною нижче формулою,
Де, P 0 - вихідна потужність, z - коефіцієнт розподілу втрат, n - ефективність, f s - частота перемикання, I p - піковий первинний струм, K RP - відношення струму пульсації до піку.
Крок 4: Наступним етапом є з’ясування ефективної індуктивності для бажаного розривного сердечника.
Наведене вище зображення показує, що таке простір ядра. Розрив - це техніка зменшення значення первинної індуктивності осердя до бажаного значення. Основні виробники надають прогальне ядро для бажаного рейтингу A LG. Якщо значення недоступне, можна додати розпірки між ядрами або подрібнити його, щоб отримати бажане значення.
Крок 5: Наступним кроком є з’ясування діаметра первинного та вторинного проводів. Діаметр первинного дроту в міліметрах становить
Де BW E - ефективна ширина шпульки, а N p - кількість первинних витків.
Діаметр вторинних проводів в міліметрах IS -
BW E - ефективна ширина шпульки, N S - кількість вторинних витків, а M - поле з обох боків. Провід потрібно перетворити в стандарт AWG або SWG.
Для вторинного провідника більше 26 AWG неприпустимо через посилення шкірного ефекту. У цьому випадку можна побудувати паралельні дроти. При паралельній обмотці дроту це означає, що коли для вторинної сторони потрібно намотувати більше двох проводів, діаметр кожного дроту може відповідати фактичному значенню одного дроту для полегшення намотування через вторинну сторону трансформатора. Ось чому ви знайдете деякі трансформатори, що мають подвійні дроти на одній котушці.
Це все про проектування трансформатора SMPS. Через критичну складність, пов’язану з дизайном, програмне забезпечення для проектування SMPS, таке як PI Expert для інтеграції живлення або Viper від ST, надає інструменти та переваги для зміни та налаштування трансформатора SMPS за необхідності. Щоб отримати більш практичну експозицію, ви можете переглянути цей підручник з проектування SMPS 5V 2A, де ми використали PI Expert для побудови нашого власного трансформатора, використовуючи обговорені до цього моменти.
Сподіваємось, ви зрозуміли навчальний посібник і насолоджуєтесь вивченням чогось нового. Якщо у вас виникли запитання, будь ласка, залиште їх у розділі коментарів або опублікуйте на форумах для швидшої відповіді.