Hjem > Nyheder > Indhold

Lær at designe din egen transformer til SMPS-strømforsyningskredsløb

Feb 19, 2021

Hvordan designer jeg transformer til SMPS-strømforsyningskredsløb?

Design af en effektivStrømforsyningskredsløber ikke mindre af en udfordring. De, der allerede har arbejdet med SMPS-kredsløb, er let enige om, atflyback transformer designspiller en vigtig 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 dettetransformer design tutorialvi lærer, hvordan vi bygger vores egen transformer som krævet af vores kredsløbsdesign. Bemærk, at denne vejledning kun dækker teorien ved hjælp af hvilken vi senere i en anden tutorial bygger en5V 2A SMPS kredsløbmed en håndlavet transformer som vist på billedet ovenfor for praktisk eksponering. Hvis du er helt ny inden for transformer, så læs venligstGrundlæggende om Transformerartikel for bedre at forstå proceduren.


Dele i en SMPS-transformer

AnSMPS transformer designhar forskelligetransformer delesom er direkte ansvarlige for transformatorens ydeevne. Detdele til stede i en transformerforklares nedenfor, lærer vi vigtigheden af ​​hver del, og hvordan den skal vælges til dit transformerdesign. Disse dele holder i de fleste tilfælde det samme for andretyper transformeresåvel.

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, som disse højfrekvente, SMPS-transformere brugerferritkerner.

Dettransformer kerne designer det vigtigste i en SMPS-transformerkonstruktion. En kerne har en anden typeAL(Uudnyttet kerneinduktanskoefficient)afhængigt af kernemateriale, kernestørrelse og kernetype. Populærtype kernematerialeer N67, N87, N27, N26, PC47, PC95 osv. Også producenten af ​​ferritkerner giver detaljerede parametre i databladet, hvilket vil være nyttigt, mensvælge kernen til din transformer

For eksempel er her et datablad med den populære kerne EE25.

Datasheet of Core EE25 for SMPS Transformer

EE25 Transformer Core


Ovenstående billede er et datablad afEE25-kerne af PC47materiale fra en meget populær kerneproducent TDK. Hver eneste 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 taget fraPower Integrationdokumentation. Denne tabel vil være nyttig tilvælg den rigtige kerne til dit transformerdesignbaseret på dens wattforbrug.

hang tung smps transformer inductor core power


Her udtrykket,TIWstår forTredobbelt 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. Det fællestyper E-kernerer illustreret nedenfor ved hjælp af billeder.

EE Core

EE Core in Transformer for SMPS Power Supply Circuits

EI Core

EI Core in Transformer for SMPS Power Supply Circuits

ER-kerne

ER Core In Transformer for SMPS Power Supply Circuits

EFD-kerne

EFD Core in Transformer for SMPS Power Supply Circuits

Spole

En spole erhus af kerner og viklinger. En spole har en effektiv bredde, som er vigtig for at beregne tråddiameterne og transformatorens konstruktion. Ikke kun dette, en spole af en transformer har også enstiplet mærkesom giver information om primære viklinger. Den almindeligt anvendte EE16 transformer spole er vist nedenfor

Bobbin inTransformer for SMPS Power Supply Circuits

Primærvikling

DetSMPS-transformatorviklingvil have en primærvikling og mindst en sekundærvikling, baseret på designet kan den have mere sekundærvikling eller en ekstravikling. Den primære vikling er den første oginderste snoedeaf 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 afmosfet.

I et SMPS-skema kan du bemærke højspændingsstrømmen 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 den sekundære output er lidt kompleks, da transformatoren normalt er i nogle SMPS-designhar flere sekundære udgange. 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 etekstra spændingskilde til at drive driverens IC. Hjælpeviklingen bruges til at give denne ekstra spænding til førerkredsen. For eksempel, hvis din driver-IC fungerer på 12V, vil SMPS-transformeren have en ekstraudgangsvikling, der kan bruges til at drive denne IC.


Isoleringstape

Transformere har ikke' de har ikke en elektrisk forbindelse mellem forskellige viklinger. Derfor skal der inden isolering af viklinger vikles isolationsbånd, der vikles omkring viklingerne for adskillelse. Typiskpolyester barrierebåndbruges med forskellige bredder 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. Dettransformer design formelat beregne de primære og sekundære drejninger er-

Transformer Design Formula to Calculate the Primary and Secondary Turns

Hvor,

Nper de primære vendinger,

Nser de sekundære drejninger,

Vminer den mindste indgangsspænding,

Vdser afløb til kildespænding fra Power Mosfet,

Voer udgangsspændingen

Vder udgangsdioderne spændingsfald fremad

OgDmaxer den maksimale driftscyklus.


Derfor er primære og sekundære drejninger sammenkoblet og har endrejer forhold. Fra ovenstående beregning kan forholdet indstilles, og ved at vælge de sekundære drejninger kan man finde ud af de primære drejninger. Den gode praksis er at bruge1 omdrejning pr. Udgangsspændingaf sekundærviklingen.


Trin 3:Det næste trin er at finde ud af transformatorernes primære induktans. Dette kan beregnes ved hjælp af nedenstående formel,

Formula for Transformer's Primary Inductance

Hvor,

P0er udgangseffekten,

z er tabsallokeringsfaktoren,

n er effektiviteten,

fser skiftefrekvensen,

Iper peak primær strøm,

KRPer forholdet mellem rippelstrøm og top.


Trin 4:Næste trin er at finde ud af den effektive induktans for den ønskede gappede kerne.

Formula for Effective Inductance for the Desired Gapped Core

Gapped Core in Transformer for SMPS Power Supply Circuits

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 gappet kerne til ønsket ALGbedømmelse. 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.Diameter af primære ledningeri millimeter er

Formula for Diameter of Primary Wires

Hvor, BWEer den effektive spolebredde og Nper antallet af primære sving.

Detdiameter på sekundære ledningeri millimeter er-

Formula for Diameter of Secondary Wires

BWEer den effektive spolebredde, NSer antallet af sekundære drejninger, 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 stigningen påhudeffekt. 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 sekundærsiden, 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 som PI Expert til strømintegration eller Viper fra ST værktøjer og exceller til at ændre og konfigurere SMPS-transformeren efter behov. For at få en mere praktisk eksponering kan du kontrollere dette5V 2A SMPS design tutorialhvor 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 kommentarsektionen eller poste dem iforafor hurtigere respons.