Создание эффективной схемы источника питания - не меньшая проблема. Те, кто уже работал со схемами SMPS, легко согласятся, что конструкция обратного трансформатора играет жизненно важную роль в разработке эффективной схемы источника питания. В большинстве случаев эти трансформаторы не доступны в продаже с теми же параметрами, которые подходят для нашей конструкции. Итак, в этом руководстве по проектированию трансформаторовмы узнаем, как построить собственный трансформатор в соответствии с требованиями нашей схемы. Обратите внимание, что это руководство охватывает только теорию, используя которую позже в другом руководстве мы построим схему SMPS 5V 2A с трансформатором ручной работы, как показано на изображении выше для практического применения. Если вы новичок в трансформаторе, прочтите статью «Основы работы с трансформатором», чтобы лучше понять процесс.
Детали в трансформаторе SMPS
Конструкции трансформатора SMPS имеют различные части трансформатора, которые непосредственно отвечают за выполнение трансформатора. В части представления в трансформаторе объяснены ниже, мы узнаем о важности каждой части и как он должен быть выбран для конструкции трансформатора. Эти части в большинстве случаев действуют и для других типов трансформаторов.
Ядро
SMPS - импульсный блок питания. Свойства трансформатора SMPS сильно зависят от частоты, на которой они работают. Высокая частота переключения открывает возможности выбора трансформаторов SMPS меньшего размера, чем высокочастотные, в трансформаторах SMPS используются ферритовые сердечники.
Конструкция сердечника трансформатора - самая важная вещь в конструкции трансформатора ИИП. Сердечник имеет другой тип A L (коэффициент индуктивности сердечника без зазоров) в зависимости от материала сердечника, его размера и типа. Популярные типы материала сердечника - N67, N87, N27, N26, PC47, PC95 и т. Д. Кроме того, производитель ферритовых сердечников предоставляет подробные параметры в техническом описании, которое будет полезно при выборе сердечника для вашего трансформатора.
Например, вот даташит популярного ядра EE25.
На изображении выше представлено описание ядра EE25 из материала PC47 от широко известного производителя сердечников TDK. Каждый бит информации будет необходим для конструкции трансформатора. Однако сердечники имеют прямую зависимость от выходной мощности, поэтому для ИИП разной мощности требуются сердечники разной формы и размера.
Вот список ядер в зависимости от мощности. Список основан на конструкции 0-100 Вт. Источник списка взят из документации Power Integration. Эта таблица будет полезна для выбора правильного сердечника для вашей конструкции трансформатора в зависимости от его номинальной мощности.
| Максимальная выходная мощность | Ферритовые сердечники для конструкции TIW | Ферритовые сердечники для конструкции с краевой обмоткой |
| 0-10 Вт |
EPC17, EFD15, EE16, EI16, EF15, E187, EE19, EI19 |
EEL16, EF20, EEL19, EPC25, EFD25 |
| 10-20Вт |
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 |
Здесь термин TIW означает конструкцию провода с тройной изоляцией. Сердечники E являются наиболее популярными и широко используются в трансформаторах SMPS. Однако сердечники E имеют несколько корпусов, таких как EE, EI, EFD, ER и т. Д. Все они выглядят как буква «E», но центральная часть различна для каждого вещества. Распространенные типы сердечников E показаны ниже с помощью изображений.
EE Core
EI Core
Ядро ER
EFD Core
Бобина
Бобина - это корпус сердечников и обмоток. Катушка имеет эффективную ширину, которая важна для расчета диаметра проволоки и конструкции трансформатора. Кроме того, на катушке трансформатора есть пунктирная метка, которая показывает информацию о первичных обмотках. Обычно используемая бобина трансформатора EE16 показана ниже.
Первичная обмотка
SMPS обмотка трансформатора будет иметь первичную обмотку, и как минимум одной вторичной обмотки, на основе конструкции она может HAV более вторичной обмотки или вспомогательной обмотки. Первичная обмотка - это первая и самая внутренняя обмотка трансформатора. Он напрямую подключен к первичной обмотке ИИП. Обычно количество обмоток на первичной стороне больше, чем на других обмотках трансформатора. Найти первичную обмотку трансформатора несложно; нужно просто проверить точечную сторону трансформатора для первичной обмотки. Обычно он расположен на стороне высокого напряжения МОП-транзистора.
На схеме SMPS вы можете заметить высокое напряжение постоянного тока от высоковольтного конденсатора, подключенного к первичной стороне трансформатора, а другой конец подключен к драйверу питания (вывод стока внутреннего МОП-транзистора) или с отдельным выводом стока высокого напряжения полевого МОП-транзистора..
Вторичная обмотка
Вторичная обмотка преобразует напряжение, а также ток на первичной стороне до требуемого значения. Выявление вторичного выхода немного сложно, поскольку в некоторых схемах SMPS трансформатор обычно имеет несколько вторичных выходов. Однако выходная сторона или сторона низкого напряжения цепи SMPS обычно подключена ко вторичной обмотке. Одна сторона вторичной обмотки - это DC, GND, а другая сторона подключена к выходному диоду.
Как уже говорилось, трансформатор SMPS может иметь несколько выходов. Поэтому трансформатор SMPS может также иметь несколько вторичных обмоток.
Вспомогательные обмотки
Существуют различные типы конструкции SMPS, в которых схеме драйвера требуется дополнительный источник напряжения для питания микросхемы драйвера. Вспомогательная обмотка используется для подачи этого дополнительного напряжения на схему драйвера. Например, если ваша ИС драйвера работает от 12 В, то трансформатор SMPS будет иметь вспомогательную выходную обмотку, которая может использоваться для питания этой ИС.
Изоляционная лента
Трансформаторы не имеют электрического соединения между разными обмотками. Поэтому перед намоткой различных обмоток необходимо намотать изоляционные ленты на обмотки для разделения. Типичные полиэфирные барьерные ленты разной ширины используются для разных типов шпулек. Толщина лент должна составлять 1-2 мил для обеспечения изоляции.
Этапы проектирования трансформатора:
Теперь, когда мы знаем основные элементы трансформатора, мы можем выполнить следующие шаги, чтобы спроектировать собственный трансформатор.
Шаг 1 : Найдите подходящую сердцевину для желаемого результата. Выберите правильные ядра, перечисленные в предыдущем разделе.
Шаг 2 : Определение первичного и вторичного витков.
Первичный и вторичный витки взаимосвязаны и зависят от других параметров. Конструкции трансформатора формула для вычисления первичных и вторичных витков являются-
Где,
N p - первичные витки, N s - вторичные витки, Vmin - минимальное входное напряжение, Vds - напряжение от стока к истоку силового МОП, Vo - выходное напряжение
Vd - прямое падение напряжения на выходных диодах
А Dmax - это максимальный рабочий цикл.
Следовательно, первичный и вторичный витки соединены между собой и имеют соотношение витков. Из приведенных выше расчетов можно установить соотношение и, таким образом, выбрав вторичные витки, можно узнать первичные витки. Хорошей практикой является использование 1 витка на выходное напряжение вторичной обмотки.
Шаг 3: Следующим этапом является определение индуктивности первичной обмотки трансформатора. Это можно рассчитать по следующей формуле:
Где, P 0 - выходная мощность, z - коэффициент распределения убытков, n - КПД, f s - частота переключения, I p - пиковый первичный ток, K RP - отношение пульсаций тока к пику.
Шаг 4: Следующим этапом является определение эффективной индуктивности желаемого сердечника с зазором.
На изображении выше показано, что такое сердечник с зазором. Зазоры - это метод уменьшения индуктивности первичной обмотки сердечника до желаемого значения. Производители сердечников предоставляют сердечники с зазором для желаемого рейтинга A LG. Если значение недоступно, можно добавить проставки между сердечниками или отшлифовать его, чтобы получить желаемое значение.
Шаг 5: Следующим шагом является определение диаметра первичного и вторичного проводов. Диаметр первичных проводов в миллиметрах составляет
Где BW E - эффективная ширина бобины, а N p - количество витков первичной обмотки.
Диаметр вторичных проводов в миллиметрах IS -
BW E - эффективная ширина бобины, N S - количество витков вторичной обмотки, а M - запас с обеих сторон. Провода должны быть преобразованы в стандарт AWG или SWG.
Для вторичного проводника больше 26 AWG недопустимо из-за увеличения скин-эффекта. В этом случае можно построить параллельные провода. При параллельной намотке проводов это означает, что когда для вторичной стороны необходимо намотать более двух проводов, диаметр каждого провода может соответствовать фактическому значению одиночного провода для облегчения намотки через вторичную сторону трансформатора. Вот почему вы можете встретить трансформаторы с двумя проводами на одной катушке.
Это все о проектировании трансформатора SMPS. Из-за критической сложности, связанной с проектированием, программное обеспечение для проектирования SMPS, такое как PI Expert для интеграции питания или Viper от ST, предоставляет инструменты и превосходные инструменты для изменения и настройки трансформатора SMPS по мере необходимости. Чтобы получить более практическое представление, вы можете проверить это руководство по проектированию SMPS на 5 В 2 А, где мы использовали PI Expert для создания собственного трансформатора, используя пункты, обсужденные до сих пор.
Надеюсь, вы поняли руководство и получили удовольствие от изучения чего-то нового. Если у вас есть какие-либо вопросы, не стесняйтесь оставлять их в разделе комментариев или размещать на форумах для более быстрого ответа.