Ferito transformatoriaus apskaičiavimas yra procesas, kurio metu inžinieriai įvertina įvairias vyniojimo specifikacijas ir transformatoriaus šerdies matmenis, naudodami feritą kaip pagrindinę medžiagą. Tai jiems padeda sukurti idealiai optimizuotą transformatorių konkrečiai programai.
Įraše pateikiamas išsamus paaiškinimas, kaip apskaičiuoti ir suprojektuoti pritaikytus ferito šerdies transformatorius. Turinys yra lengvai suprantamas ir gali būti labai naudingas inžinieriams, dirbantiems šioje srityje galios elektronika ir gamina SMPS keitiklius.
Kodėl ferito šerdis naudojama aukšto dažnio keitikliuose
Galbūt dažnai susimąstėte, kodėl ferito šerdys naudojamos visuose šiuolaikiniuose jungiklių režimo maitinimo šaltiniuose arba SMPS keitikliuose. Teisingai, norint pasiekti didesnį efektyvumą ir kompaktiškumą, palyginti su geležies šerdies maitinimo šaltiniais, būtų įdomu sužinoti, kaip ferito šerdys leidžia mums pasiekti šį aukštą efektyvumo ir kompaktiškumo laipsnį?
Taip yra todėl, kad geležies šerdies transformatoriai, geležies medžiaga turi daug prastesnį magnetinį pralaidumą nei ferito medžiaga. Priešingai, ferito šerdys pasižymi labai dideliu magnetiniu pralaidumu.
Reiškia, veikdama magnetinį lauką, ferito medžiaga sugeba pasiekti labai aukštą įmagnetinimo laipsnį, geriau nei visos kitos magnetinės medžiagos formos.
Didesnė magnetinė skvarba reiškia mažesnį sūkurinės srovės kiekį ir mažesnius perjungimo nuostolius. Magnetinė medžiaga paprastai turi tendenciją generuoti sūkurinę srovę, reaguodama į kylantį magnetinį dažnį.
Didėjant dažniui, sūkurinė srovė taip pat didėja, todėl medžiaga sušyla ir padidėja ritės varža, o tai sukelia papildomus perjungimo nuostolius.
Ferito šerdys dėl savo didelio magnetinio pralaidumo sugeba efektyviau dirbti esant aukštesniems dažniams, dėl mažesnių sūkurinių srovių ir mažesnių perjungimo nuostolių.
Dabar galite pagalvoti, kodėl gi nenaudojant žemesnio dažnio, nes tai atvirkščiai padėtų sumažinti sūkurines sroves? Panašu, kad žemesnis dažnis taip pat reikštų to paties transformatoriaus posūkių skaičiaus padidėjimą.
Kadangi aukštesni dažniai leidžia proporcingai mažesnį apsisukimų skaičių, transformatorius yra mažesnis, lengvesnis ir pigesnis. Štai kodėl SMPS naudoja aukštą dažnį.
Inverterio topologija
Perjungimo režimo inverteriuose paprastai išeina dviejų tipų topologija: „push-pull“ ir Pilnas tiltas . Stūmimo traukime naudojamas centrinis čiaupas pagrindinei apvijai, tuo tarpu visą tiltą sudaro viena apvija tiek pirminei, tiek antrinei.
Tiesą sakant, abi topologijos yra „push-pull“ pobūdžio. Abiejose formose apvija MOSFET naudojama nuolat kintančia atbulinės eigos kintamąja srove, svyruojančia nurodytu aukštu dažniu, imituojant stūmimo ir traukimo veiksmą.
Vienintelis esminis skirtumas tarp šių dviejų yra tai, kad centrinio čiaupo transformatoriaus pagrindinėje pusėje yra 2 kartus daugiau posūkių nei „Full Bridge“ transformatoriuje.
Kaip apskaičiuoti ferito šerdies keitiklio transformatorių
Apskaičiuoti ferito šerdies transformatorių iš tikrųjų yra gana paprasta, jei turite visus nurodytus parametrus.
Kad būtų paprasčiau, bandysime išspręsti formulę pateikdami pavyzdį, tarkime, 250 vatų transformatoriui.
Maitinimo šaltinis bus 12 V baterija. Transformatoriaus perjungimo dažnis bus 50 kHz, tipiškas skaičius daugelyje SMPS keitiklių. Manysime, kad išėjimas yra 310 V, o tai paprastai yra didžiausia 220 V RMS vertė.
Čia 310 V bus ištaisytas greitai atsigavus tilto lygintuvas ir LC filtrai. Mes pasirenkame šerdį kaip ETD39.
Kaip visi žinome, kai a 12 V akumuliatorius yra naudojama, jos įtampa niekada nėra pastovi. Esant pilnam įkrovimui, vertė yra apie 13 V, kuri nuolat krinta, kai keitiklio apkrova sunaudoja energiją, kol galiausiai baterija išsikrauna iki žemiausios ribos, kuri paprastai yra 10,5 V. Taigi, atlikdami savo skaičiavimus, energijos tiekimo verte laikysime 10,5 V V po (min.).
Pirminiai posūkiai
Standartinė formulė, skirta apskaičiuoti pirminį posūkių skaičių, pateikiama žemiau:
N (Pirmas)= V (daiktavardis)x 108/ 4 x f x B maksx Į c
Čia N (Pirmas)nurodo pirminius posūkių skaičius. Kadangi savo pavyzdyje pasirinkome centrinio stūmimo traukimo topologiją, gautas rezultatas bus pusė viso reikalingo posūkių skaičiaus.
- Vynas (pavardė)= Vidutinė įėjimo įtampa. Kadangi mūsų vidutinė baterijos įtampa yra 12 V, paimkime Vynas (pavardė)= 12.
- f = 50 kHz arba 50 000 Hz. Tai yra pageidaujamas perjungimo dažnis, kurį pasirinkome mes patys.
- B maks= Didžiausias srauto tankis Gausais. Šiame pavyzdyje mes manysime B maksbūti diapazone nuo 1300G iki 2000G. Tai yra daugumos ferito pagrindu pagamintų transformatorių šerdžių standartinė vertė. Šiame pavyzdyje apsistokime ties 1500G. Taigi mes turime B maks= 1500. Didesnės reikšmės B maksnerekomenduojama, nes tai gali sukelti transformatoriaus prisotinimo tašką. Ir atvirkščiai, mažesnės B maksgali sukelti nepakankamą šerdies panaudojimą.
- Įc= Efektyvus skerspjūvio plotas cmdu. Šią informaciją galima rinkti iš ferito šerdžių duomenų lapų . Taip pat galite rasti Acpateikiama kaip Ayra. Pasirinkto pagrindinio numerio ETD39 faktinis skerspjūvio plotas, pateiktas duomenų lapo lape, yra 125 mmdu. Tai lygi 1,25 cmdu. Todėl turime, Ac= 1,25 ETD39.
Pirmiau pateikti skaičiai nurodo visų parametrų, reikalingų apskaičiuoti mūsų SMPS keitiklio transformatoriaus pirminius posūkius, vertes. Todėl, pakeisdami atitinkamas reikšmes aukščiau pateiktoje formulėje, gauname:
N (Pirmas)= V (daiktavardis)x 108/ 4 x f x B maksx Į c
N (Pirmas)= 12 x 108/ 4 x 50000 x 1500 x 1,2
N (Pirmas)= 3,2
Kadangi 3,2 yra trupmeninė vertė ir ją gali būti sunku praktiškai įgyvendinti, suapvalinsime ją iki 3 posūkių. Tačiau prieš užbaigdami šią vertę turime ištirti, ar vertė nėra B maksvis dar yra suderinamas ir yra priimtinas šiai naujai suapvalintai vertei 3.
Nes, sumažinus posūkių skaičių, proporcingai padidės posūkis B maks, todėl būtina patikrinti, ar padidėjo B maksvis dar yra priimtinoje 3 pagrindinių posūkių diapazone.
Skaitliuko tikrinimas B makspakeisdami šias esamas vertes, kurias gauname:
Vynas (pavardė)= 12, f = 50000, N prie= 3, Į c= 1,25
B maks= V (daiktavardis)x 108/ 4 x f x N (Pirmas)x Į c
B maks= 12 x 108/ 4 x 50000 x 3 x 1,25
B maks= 1600
Kaip galima pamatyti naują B maksvertė N (at)= 3 posūkiai atrodo gerai ir yra leistinose ribose. Tai taip pat reiškia, kad jei kada norėsite manipuliuoti jų skaičiumi N (Pirmas)posūkius, turite įsitikinti, kad jis atitinka atitinkamą naują B maksvertė.
Priešingai, pirmiausia gali būti įmanoma nustatyti B maksnorimam skaičiui pirminių posūkių ir tada sureguliuokite posūkių skaičių iki šios vertės, tinkamai modifikuodami kitus formulės kintamuosius.
Antriniai posūkiai
Dabar mes žinome, kaip apskaičiuoti pagrindinę ferito SMPS keitiklio transformatoriaus pusę, atėjo laikas pažvelgti į kitą pusę, tai yra antrinė transformatoriaus pusė.
Kadangi piko vertė turi būti 310 V antrinei, norėtume, kad vertė išliktų visame akumuliatoriaus įtampos diapazone, pradedant nuo 13 V iki 10,5 V.
Be abejo, turėsime įdarbinti a grįžtamojo ryšio sistema pastoviam išėjimo įtampos lygiui palaikyti, mažai akumuliatoriaus įtampai arba didėjančioms apkrovos srovės kitimams kompensuoti.
Tačiau norint tai palengvinti automatinį valdymą, reikia turėti tam tikrą viršutinę maržą arba laisvą erdvę. + 20 V skirtumas atrodo pakankamai gerai, todėl maksimalią išėjimo didžiausią įtampą pasirenkame kaip 310 + 20 = 330 V.
Tai taip pat reiškia, kad transformatorius turi būti suprojektuotas tiekti 310 V esant žemiausiai 10,5 akumuliatoriaus įtampai.
Norėdami valdyti grįžtamąjį ryšį, mes paprastai naudojame savireguliuojančią PWM grandinę, kuri praplečia impulso plotį esant mažai akumuliatoriui ar esant didelei apkrovai ir proporcingai susiaurina, kai nėra apkrovos ar optimalios akumuliatoriaus sąlygos.
Tai reiškia, kad išsikrovusi baterija PWM turi automatiškai prisitaikyti prie maksimalaus darbo ciklo, kad išlaikytų nustatytą 310 V išėjimą. Galima manyti, kad šis maksimalus PWM sudaro 98% viso darbo ciklo.
2% skirtumas paliekamas mirusiam laikui. Negyvasis laikas yra nulinės įtampos tarpas tarp kiekvieno pusės ciklo dažnio, kurio metu MOSFET arba konkretūs maitinimo įtaisai lieka visiškai išjungti. Tai užtikrina garantuotą saugumą ir neleidžia šaudyti per MOSFET per stūmimo traukos ciklų pereinamuosius laikotarpius.
Taigi, maitinimo šaltinis bus minimalus, kai akumuliatoriaus įtampa pasieks minimalų lygį, būtent tada V į= V po (min.)= 10,5 V. Tai paskatins maksimalų 98% darbo ciklą.
Pirmiau minėti duomenys gali būti naudojami apskaičiuojant vidutinę įtampą (DC RMS), reikalingą transformatoriaus pagrindinei pusei generuoti 310 V antrinėje, kai baterija yra mažiausia 10,5 V. Tam 98% padauginame iš 10,5, nes nurodyta apačioje:
0,98 x 10,5 V = 10,29 V, tai turėtų būti įtampa, kurią turi mūsų pirminis transformatorius.
Dabar mes žinome didžiausią antrinę įtampą, kuri yra 330 V, taip pat žinome pirminę įtampą, kuri yra 10,29 V. Tai leidžia mums gauti dviejų pusių santykį: 330: 10,29 = 32,1.
Kadangi įtampos rodiklių santykis yra 32,1, posūkio santykis taip pat turėtų būti to paties formato.
Reiškia, x: 3 = 32,1, kur x = antriniai posūkiai, 3 = pirminiai posūkiai.
Tai išsprendę galime greitai gauti antrinį posūkių skaičių
Todėl antriniai posūkiai yra = 96,3.
96.3 paveikslas yra antrinių posūkių, kurių mums reikia siūlomam ferito inverterio transformatoriui, skaičius. Kaip minėta anksčiau, kadangi trupmeninius vožtuvus praktiškai sunku įgyvendinti, mes jį suapvaliname iki 96 apsisukimų.
Tai užbaigia mūsų skaičiavimus ir tikiuosi, kad visi čia esantys skaitytojai suprato, kaip paprasčiausiai apskaičiuoti ferito transformatorių konkrečiai SMPS keitiklio grandinei.
Apskaičiuojama pagalbinė apvija
Pagalbinė apvija yra papildoma apvija, kurios vartotojui gali prireikti tam tikram išoriniam įgyvendinimui.
Tarkime, kad kartu su 330 V esant antrinei, jums reikia dar vienos apvijos, kad LED lempa gautų 33 V įtampą. Pirmiausia apskaičiuojame antrinis: pagalbinis posūkio santykis, atsižvelgiant į antrinės apvijos 310 V reitingą. Formulė yra:
NĮ= Vsek/ (Vį+ V.d)
NĮ= antrinis: pagalbinis santykis, Vsek= Antrinė reguliuojama ištaisyta įtampa, Vį= pagalbinė įtampa, Vd= Lygintuvo diodo priekinio kritimo diodo vertė. Kadangi mums čia reikalingas didelio greičio diodas, naudosime schottky lygintuvą su Vd= 0,5 V
Tai išsprendę, mes galime:
NĮ= 310 / (33 + 0,5) = 9,25, suapvalinkime jį iki 9.
Išveskime pagalbinei apvijai reikalingų posūkių skaičių. Tai gauname taikydami formulę:
Nį= Nsek/ NĮ
Kur Nį= pagalbiniai posūkiai, Nsek= antriniai posūkiai, NĮ= pagalbinis santykis.
Iš mūsų ankstesnių rezultatų turime Nsek= 96 ir NĮ= 9, pakeičiant juos aukščiau esančia formule, gauname:
Nį= 96/9 = 10,66, jį suapvalinus gauname 11 posūkių. Taigi norint gauti 33 V mums reikės 11 posūkių antrinėje pusėje.
Taigi tokiu būdu galite pritaikyti pagalbinę apviją pagal savo pageidavimus.
Apvyniojimas
Šiame įraše mes sužinojome, kaip apskaičiuoti ir suprojektuoti ferito šerdimi pagrįstus keitiklio transformatorius, atlikdami šiuos veiksmus:
- Apskaičiuokite pirminius posūkius
- Apskaičiuokite antrinius posūkius
- Nustatykite ir patvirtinkite B maks
- Nustatykite didžiausią PWM grįžtamojo ryšio antrinę įtampą
- Raskite pirminio antrinio posūkio santykį
- Apskaičiuokite antrinį posūkių skaičių
- Apskaičiuokite pagalbinius apvijos posūkius
Naudodamasis aukščiau pateiktomis formulėmis ir skaičiavimais, suinteresuotas vartotojas gali lengvai suprojektuoti pritaikytą ferito šerdimi pagrįstą keitiklį SMPS programai.
Jei turite klausimų ir abejonių, naudokitės žemiau esančiu komentarų laukeliu, kurį bandysiu išspręsti anksčiau
Ankstesnis: „Arduino“ plokščių tipai su specifikacijomis Kitas: paaiškinta apie skaitmeninius analogus (DAC), analoginius į skaitmeninius (ADC) keitiklius
