Návrh efektívneho obvodu napájania nie je menšou výzvou. Tí, ktorí už pracovali s obvodmi SMPS, by ľahko súhlasili s tým, že návrh spätného toku transformátora hrá zásadnú úlohu pri navrhovaní efektívneho obvodu napájania. Väčšinou nie sú tieto transformátory k dispozícii na sklade v presne rovnakom parametri, ktorý vyhovuje nášmu dizajnu. Takže v tomto návode na návrh transformátoraNaučíme sa, ako zostaviť vlastný transformátor, ako to vyžaduje náš návrh obvodu. Nezabudnite, že tento tutoriál sa venuje iba teórii, pomocou ktorej neskôr v ďalšom tutoriále zostavíme obvod 5V 2A SMPS s ručným transformátorom, ako je to znázornené na obrázku vyššie, aby sme ho mohli prakticky vidieť. Ak ste v transformátore úplne nový, prečítajte si článok Základné informácie o transformátore, aby ste lepšie pochopili postup.
Diely v transformátore SMPS
Transformátor konštrukcia SMPS má rôzne časti transformátora, ktoré sú priamo zodpovedné za výkon transformátora. Ďalej sú vysvetlené časti prítomné v transformátore. Dozvieme sa dôležitosť každej časti a to, ako by mala byť vybraná pre váš návrh transformátora. Tieto časti vo väčšine prípadov platia rovnako aj pre iné typy transformátorov.
Jadro
SMPS znamená spínaný zdroj napájania. Vlastnosti transformátora SMPS veľmi závisia od frekvencie, na ktorej pracujú. Vysoká spínacia frekvencia otvára možnosti zvoliť si menšie transformátory SMPS, tieto vysokofrekvenčné transformátory SMPS používajú feritové jadrá.
Konštrukcia jadro transformátora je najdôležitejšou vecou v spínaného zdroja transformátor konštrukcie. Jadro má iný typ A L (Ungapped jadro indukčnosť koeficient) v závislosti od materiálu jadra, základné veľkosti, a jadrá typu. Populárnym typom jadra sú N67, N87, N27, N26, PC47, PC95 atď. Výrobca feritových jadier poskytuje v zozname podrobných parametrov aj podrobné parametre, ktoré budú užitočné pri výbere jadra pre transformátor.
Tu je napríklad zoznam populárneho jadra EE25.
Vyššie uvedený obrázok je údajovým listom jadra EE25 z materiálu PC47 od veľmi populárneho výrobcu jadier TDK. Pre konštrukciu transformátora bude potrebný každý kúsok informácií. Avšak jadrá majú priamy vzťah k výstupnému príkonu, takže pre rozdielny príkon SMPS sa vyžaduje iný tvar a veľkosť jadier.
Tu je zoznam jadier v závislosti od príkonu. Zoznam je založený na konštrukcii 0-100W. Zdroj zoznamu je prevzatý z dokumentácie Power Integration. Táto tabuľka bude užitočná na výber správneho jadra pre váš návrh transformátora na základe jeho príkonu.
| Maximálny výstupný výkon | Feritové jadrá pre konštrukciu TIW | Feritové jadrá pre konštrukciu Margin Wound |
| 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 - 30 W | 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 |
V tomto prípade znamená TIW trojitú izolovanú drôtenú konštrukciu. E jadrá sú najobľúbenejšie a sú široko používané v transformátoroch SMPS. Jadrá E však majú niekoľko prípadov, napríklad EE, EI, EFD, ER atď. Všetky vyzerajú ako písmeno „E“, ale stredná časť je pre každú látku iná. Bežné typy jadier E sú znázornené nižšie pomocou obrázkov.
EE jadro
Jadro EI
ER jadro
EFD jadro
Cievka
Cievka je puzdro z jadier a vinutí. Cievka má účinnú šírku, ktorá je nevyhnutná na výpočet priemerov drôtov a konštrukcie transformátora. Cievka transformátora má nielen bodovanú značku, ktorá poskytuje informácie o primárnych vinutiach. Bežne používaná cievka transformátora EE16 je uvedená nižšie
Primárne vinutie
SMPS vinutie transformátora bude mať primárne vinutie a aspoň jedným sekundárnym vinutím, na základe návrhu by mohlo nazbieral viac sekundárnych vinutia alebo pomocným vinutím. Primárne vinutie je prvé a najvnútornejšie vinutie transformátora. Je priamo pripojený k primárnej strane SMPS. Počet vinutí na primárnej strane je zvyčajne väčší ako ostatných vinutí transformátora. Nájsť primárne vinutie v transformátore je ľahké; treba len skontrolovať bodku transformátora na primárne vinutie. Spravidla sa nachádza na strane vysokého napätia mosfetu.
V schéme SMPS si môžete všimnúť vysokonapäťové jednosmerné napätie z vysokonapäťového kondenzátora pripojeného k primárnej strane transformátora a druhý koniec je pripojený k napájaciemu pohonu (vnútorný odtokový kolík mosfetu) alebo k samostatnému odtokovému kolíku vysokého napätia MOSFET..
Sekundárne vinutie
Sekundárne vinutie prevádza napätie aj prúd na primárnej strane na požadovanú hodnotu. Zistenie sekundárneho výstupu je trochu zložité, pretože v niektorých prevedeniach SMPS má transformátor zvyčajne viac sekundárnych výstupov. Výstupná alebo nízkonapäťová strana obvodu SMPS je však všeobecne pripojená k sekundárnemu vinutiu. Jedna strana sekundárneho vinutia je DC, GND a druhá strana je pripojená cez výstupnú diódu.
Ako už bolo uvedené, transformátor SMPS môže mať viac výstupov. Preto môže mať transformátor SMPS tiež viac sekundárnych vinutí.
Pomocné vinutia
Existujú rôzne typy prevedenia SMPS, pri ktorých obvod vodiča vyžaduje ďalší zdroj napätia na napájanie vodiča IC. Na zabezpečenie tohto dodatočného napätia do obvodu budiča sa používa pomocné vinutie. Napríklad, ak váš ovládač IC pracuje na 12V, potom bude mať transformátor SMPS pomocné výstupné vinutie, ktoré môže byť použité na napájanie tohto IC.
Izolačná páska
Transformátory nemajú elektrické spojenie medzi rôznymi vinutiami. Preto je pred zabalením rôznych vinutí potrebné na oddelenie okolo vinutí zabaliť izolačné pásky. Typické polyesterové bariérové pásky sa používajú s rôznou šírkou pre rôzne typy cievok. Hrúbky pások musia byť kvôli izolácii 1 - 2 mil.
Kroky návrhu transformátora:
Teraz, keď poznáme základné prvky v transformátore, môžeme podľa našich krokov navrhnúť vlastný transformátor
Krok 1 : Nájdite správne jadro pre požadovaný výstup. Vyberte správne jadrá uvedené v časti vyššie.
Krok 2 : Zistite primárne a sekundárne zákruty.
Primárne a sekundárne otáčky sú vzájomne prepojené a závisia od ďalších parametrov. Konštrukcia transformátora Vzorec pre výpočet primárnu a sekundárnu zákruty sú-
Kde
N p sú primárne zákruty, N s sú sekundárne zákruty, Vmin je minimálne vstupné napätie, Vds je odtokové napätie zdroja Mosfet, Vo je výstupné napätie
Vd je pokles napätia vpredných diód
A Dmax je maximálny pracovný cyklus.
Primárne a sekundárne otáčky sú preto vzájomne prepojené a majú pomer otáčok. Z vyššie uvedeného výpočtu je možné nastaviť pomer, a teda výberom sekundárnych závitov je možné zistiť primárne obraty. Osvedčeným postupom je použitie 1 otáčky na výstupné napätie sekundárneho vinutia.
Krok 3: Ďalším stupňom je zistenie primárnej indukčnosti transformátorov. To sa dá vypočítať podľa nasledujúceho vzorca,
Kde, P 0 je výstupný výkon, z je faktor alokácie strát, n je účinnosť, f s je spínacia frekvencia, I p je špičkový primárny prúd, K RP je pomer zvlnenia prúdu k špičke.
Krok 4: Ďalším stupňom je zistenie efektívnej indukčnosti pre požadované medzery s jadrom.
Vyššie uvedený obrázok ukazuje, čo je to jadro s medzerou. Gapping je technika na zníženie hodnoty primárnej indukčnosti jadier na požadovanú hodnotu. Výrobcovia jadier poskytujú medzeru pre požadované hodnotenie LG. Ak hodnota nie je k dispozícii, je možné medzi jadrá pridať medzikusy alebo ich rozdrobiť, aby ste dosiahli požadovanú hodnotu.
Krok 5: Ďalším krokom je zistenie priemeru primárneho a sekundárneho drôtu. Priemer primárnych drôtov v milimetroch je
Kde BW E je efektívna šírka cievky a Np je počet primárnych závitov.
Priemer sekundárnych vodičov v milimetroch je-
BW E je efektívna šírka cievky, N S je počet sekundárnych závitov a M je okraj na oboch stranách. Drôty je potrebné previesť do štandardu AWG alebo SWG.
Pre sekundárny vodič nie je prípustné väčšie ako 26 AWG z dôvodu zvýšenia účinku na pokožku. V takom prípade je možné zostaviť paralelné vodiče. Pri paralelnom vinutí drôtu to znamená, že keď je potrebné navinúť viac ako dva drôty pre sekundárnu stranu, priemer každého drôtu môže zodpovedať skutočnej hodnote jedného drôtu pre ľahšie navinutie cez sekundárnu stranu transformátora. Preto nájdete niektoré transformátory, ktoré majú dvojité vodiče na jednej cievke.
Toto je všetko o návrhu transformátora SMPS. Kvôli kritickej zložitosti súvisiacej s dizajnom poskytuje návrhový softvér SMPS, ako je PI Expert pre integráciu napájania alebo Viper od ST, nástroje a vyniká potrebnými zmenami a konfiguráciami transformátora SMPS. Pre získanie praktickejšej expozície si môžete pozrieť tento 5V 2A SMPS design tutorial, kde sme pomocou programu PI Expert zostrojili vlastný transformátor pomocou doteraz diskutovaných bodov.
Dúfam, že ste pochopili príručku a bavilo vás učiť sa niečo nové. Ak máte akékoľvek otázky, môžete ich zanechať v sekcii komentárov alebo ich uverejniť na fórach.