Ferīta transformatora aprēķins ir process, kurā inženieri novērtē dažādas tinumu specifikācijas un transformatora serdeņa izmērus, kā pamatmateriālu izmantojot ferītu. Tas viņiem palīdz izveidot pilnīgi optimizētu transformatoru konkrētai lietojumprogrammai.
Ziņā ir sniegts detalizēts paskaidrojums par to, kā aprēķināt un noformēt pielāgotus ferīta serdeņu transformatorus. Saturs ir viegli saprotams, un tas var būt ļoti noderīgs inženieriem, kas nodarbojas ar spēka elektronika un ražo SMPS invertorus.
Kāpēc ferīta kodols tiek izmantots augstfrekvences pārveidotājos
Jūs, iespējams, bieži esat domājis par ferīta serdeņu izmantošanas iemeslu visos mūsdienu slēdžu režīma barošanas avotos vai SMPS pārveidotājos. Pareizi, tas ir, lai sasniegtu lielāku efektivitāti un kompaktumu salīdzinājumā ar dzelzs serdes barošanas avotiem, taču būtu interesanti uzzināt, kā ferīta serdeņi ļauj mums sasniegt šo augsto efektivitātes un kompaktuma pakāpi?
Tas ir tāpēc, ka iekšā dzelzs serdes transformatori, dzelzs materiālam ir daudz zemāka magnētiskā caurlaidība nekā ferīta materiālam. Turpretī ferīta serdeņiem ir ļoti augsta magnētiskā caurlaidība.
Nozīme, ja magnētiskā lauka ietekmē ferīta materiāls spēj sasniegt ļoti augstu magnetizācijas pakāpi, labāk nekā visas citas magnētiskā materiāla formas.
Lielāka magnētiskā caurlaidība nozīmē mazāku virpuļstrāvas daudzumu un mazāku komutācijas zudumu. Magnētiskajam materiālam parasti ir tendence radīt virpuļstrāvu, reaģējot uz augošo magnētisko frekvenci.
Palielinoties frekvencei, palielinās arī virpuļstrāva, izraisot materiāla sasilšanu un spirāles pretestības palielināšanos, kas noved pie turpmākiem komutācijas zudumiem.
Ferīta serdeņi to augstās magnētiskās caurlaidības dēļ spēj efektīvāk strādāt ar augstākām frekvencēm, pateicoties zemākām virpuļstrāvām un mazākiem komutācijas zudumiem.
Tagad jūs domājat, kāpēc neizmantot zemāku frekvenci, jo tas gluži pretēji palīdzētu samazināt virpuļstrāvas? Tas šķiet derīgs, tomēr zemāka frekvence nozīmētu arī palielināt viena un tā paša transformatora pagriezienu skaitu.
Tā kā augstākas frekvences ļauj proporcionāli mazāku pagriezienu skaitu, transformators ir mazāks, vieglāks un lētāks. Tāpēc SMPS izmanto augstu frekvenci.
Invertora topoloģija
Pārslēdzēja režīma invertoros parasti iziet divu veidu topoloģija: push-pull un Pilns tilts . Push pull izmanto primāro tinumu centrālo krānu, savukārt pilns tilts sastāv no viena tinuma gan primārajam, gan sekundārajam.
Patiesībā abām topoloģijām ir raksturs. Abās formās tinumu pielieto ar MOSFET nepārtraukti pārslēdzošu maiņstrāvu ar pretēju virzību, kas svārstās norādītajā augstajā frekvencē, imitējot grūdienu.
Vienīgā būtiskā atšķirība starp abiem ir tā, ka centrālā krāna transformatora primārajai pusei ir 2 reizes lielāks pagriezienu skaits nekā Full Bridge transformatoram.
Kā aprēķināt ferīta serdes pārveidotāja transformatoru
Ferīta serdeņa transformatora aprēķināšana faktiski ir diezgan vienkārša, ja jums ir visi norādītie parametri rokā.
Vienkāršības labad mēs mēģināsim atrisināt formulu, izmantojot piemēru, kas izveidots, teiksim, 250 vatu transformatoram.
Barošanas avots būs 12 V akumulators. Transformatora pārslēgšanas frekvence būs 50 kHz, kas ir raksturīgs lielākajā daļā SMPS invertoru. Mēs pieņemsim, ka izeja ir 310 V, kas parasti ir 220 V RMS maksimālā vērtība.
Šeit 310 V būs pēc labošanas, izmantojot ātru atkopšanu tilta taisngriezis un LC filtri. Mēs izvēlamies kodolu kā ETD39.
Kā mēs visi zinām, kad a 12 V akumulators tiek izmantots, tā spriegums nekad nav konstants. Pie pilnas uzlādes vērtība ir aptuveni 13 V, kas turpina samazināties, kad invertora slodze patērē enerģiju, līdz beidzot akumulators izlādējas līdz zemākajai robežai, kas parasti ir 10,5 V. Tātad mūsu aprēķinos par 10,5 V uzskatīsim par barošanas vērtību V pēc (min).
Primārie pagriezieni
Standarta formula primārā pagriezienu skaita aprēķināšanai ir sniegta zemāk:
N (pirmais)= V (lietvārds)x 108/ 4 x f x B maksx TO c
Šeit N (pirmais)attiecas uz primārajiem pagriezienu numuriem. Tā kā savā piemērā mēs esam izvēlējušies centrālo pieskāriena vilkšanas topoloģiju, iegūtais rezultāts būs puse no visa nepieciešamā pagriezienu skaita.
- Vīns (uzvārds)= Vidējais ieejas spriegums. Tā kā mūsu vidējais akumulatora spriegums ir 12 V, pieņemsim Vīns (uzvārds)= 12.
- f = 50 kHz vai 50 000 Hz. Tā ir vēlamā pārslēgšanās frekvence, kā to izvēlējāmies mēs.
- B maks= Maksimālais plūsmas blīvums Gausā. Šajā piemērā mēs pieņemsim B maksbūt diapazonā no 1300G līdz 2000G. Šī ir standarta vērtība, kuras pamatā ir ferīta bāzes transformatoru serdeņi. Šajā piemērā norēķināsimies par 1500G. Tātad mums ir B maks= 1500. Augstākas vērtības B maksnav ieteicams, jo tā rezultātā transformators var sasniegt piesātinājuma punktu. Un otrādi, zemākas vērtības B maksvar izraisīt kodola nepietiekamu izmantošanu.
- TOc= Efektīvais šķērsgriezuma laukums cmdivi. Šo informāciju var apkopot no ferīta serdeņu datu lapām . Jūs varat arī atrast Actiek pasniegts kā Air. Atlasītajam kodola numuram ETD39 faktiskais šķērsgriezuma laukums, kas norādīts datu lapas lapā, ir 125 mmdivi. Tas ir vienāds ar 1,25 cmdivi. Tāpēc mums ir, Ac= 1,25 ETD39.
Iepriekš minētie skaitļi sniedz mums visu parametru vērtības, kas nepieciešamas, lai aprēķinātu mūsu SMPS invertora transformatora primāros pagriezienus. Tāpēc, aizstājot attiecīgās vērtības iepriekš minētajā formulā, mēs iegūstam:
N (pirmais)= V (lietvārds)x 108/ 4 x f x B maksx TO c
N (pirmais)= 12 x 108/ 4 x 50000 x 1500 x 1,2
N (pirmais)= 3,2
Tā kā 3,2 ir daļēja vērtība un to var būt grūti praktiski īstenot, mēs noapaļosim to līdz 3 pagriezieniem. Tomēr pirms šīs vērtības pabeigšanas mums ir jāizpēta, vai vērtība ir vai nav B maksjoprojām ir saderīgs un pieļaujamajā diapazonā šai jaunajai noapaļotajai vērtībai 3.
Jo, samazinot pagriezienu skaitu, proporcionāli palielināsies pagriezienu skaits B maks, tāpēc ir obligāti jāpārbauda, vai palielināts B maksjoprojām ir pieņemamajā diapazonā mūsu 3 galvenajiem pagriezieniem.
Counter pārbaude B maksaizstājot šādas esošās vērtības, kuras mēs iegūstam:
Vīns (uzvārds)= 12, f = 50000, N plkst= 3, TO c= 1,25
B maks= V (lietvārds)x 108/ 4 x f x N (pirmais)x TO c
B maks= 12 x 108/ 4 x 50000 x 3 x 1,25
B maks= 1600
Kā redzams jaunais B maksvērtība N (plkst.)= 3 pagriezieni izskatās labi un ir pieņemamajā diapazonā. Tas nozīmē arī to, ka, ja jūs jebkurā laikā jūtaties vēloties manipulēt ar to skaitu N (pirmais)pagriezieniem, jums jāpārliecinās, ka tas atbilst attiecīgajam jaunajam B maksvērtība.
Pretēji tam vispirms var būt iespējams noteikt B maksvēlamajam primāro pagriezienu skaitam un pēc tam pielāgojiet pagriezienu skaitu šai vērtībai, atbilstoši modificējot pārējos formulas mainīgos.
Sekundārie pagriezieni
Tagad mēs zinām, kā aprēķināt ferīta SMPS invertora transformatora primāro pusi, ir pienācis laiks izpētīt otru pusi, kas ir transformatora sekundārā puse.
Tā kā sekundārajai pīķa vērtībai jābūt 310 V, mēs vēlētos, lai vērtība saglabātu visu akumulatora sprieguma diapazonu, sākot no 13 V līdz 10,5 V.
Nav šaubu, ka mums būs jāizmanto a atgriezeniskās saites sistēma nemainīga izejas sprieguma līmeņa uzturēšanai, zema akumulatora sprieguma vai pieaugošas slodzes strāvas izmaiņu novēršanai.
Bet, lai atvieglotu šo automātisko vadību, tam ir jābūt kādai augšējai malai vai vietai. +20 V rezerve izskatās pietiekami laba, tāpēc maksimālo izejas maksimālo spriegumu izvēlamies kā 310 + 20 = 330 V.
Tas nozīmē arī to, ka transformators jāprojektē tā, lai tas izvadītu 310 V ar zemāko akumulatora spriegumu 10,5.
Atgriezeniskās saites kontrolei mēs parasti izmantojam pašregulējošu PWM ķēdi, kas paplašina impulsa platumu zema akumulatora vai lielas slodzes laikā un proporcionāli sašaurina bez slodzes vai optimālos akumulatora apstākļos.
Tas nozīmē, plkst zems akumulatora stāvoklis PWM ir automātiski jāpielāgojas maksimālajam darba ciklam, lai saglabātu noteikto 310 V izeju. Var pieņemt, ka šī maksimālā PWM ir 98% no kopējā darba cikla.
2% starpība tiek atstāta uz mirušo laiku. Neaktīvais laiks ir nulles sprieguma starpība starp katru puscikla frekvenci, kuras laikā MOSFET vai konkrētās barošanas ierīces paliek pilnībā izslēgtas. Tas nodrošina garantētu drošību un novērš šaušanu caur MOSFET stumšanas vilkšanas ciklu pārejas periodos.
Līdz ar to ieejas padeve būs minimāla, kad akumulatora spriegums sasniegs minimālo līmeni, tas ir, kad V iekšā= V pēc (min)= 10,5 V. Tas liks darba ciklam būt maksimāli 98%.
Iepriekš minētos datus var izmantot, lai aprēķinātu vidējo spriegumu (DC RMS), kas nepieciešams transformatora primārajai pusei, lai ģenerētu 310 V pie sekundārā, kad akumulators ir vismaz 10,5 V. Šim nolūkam mēs reizinām 98% ar 10,5, jo parādīts zemāk:
0,98 x 10,5 V = 10,29 V, domājams, ka tas ir mūsu transformatora primārais spriegums.
Tagad mēs zinām maksimālo sekundāro spriegumu, kas ir 330 V, un mēs zinām arī primāro spriegumu, kas ir 10,29 V. Tas ļauj mums iegūt abu pušu attiecību kā: 330: 10,29 = 32,1.
Tā kā sprieguma rādītāju attiecība ir 32,1, pagrieziena attiecībai jābūt arī tādā pašā formātā.
Nozīme x: 3 = 32,1, kur x = sekundārie pagriezieni, 3 = primārie pagriezieni.
To atrisinot, mēs varam ātri iegūt sekundāro pagriezienu skaitu
Tāpēc sekundārie pagriezieni ir = 96,3.
Attēls 96.3 ir sekundāro pagriezienu skaits, kas mums vajadzīgs projektētajam ierosinātajam ferīta invertora transformatoram. Kā minēts iepriekš, tā kā frakcionētās ventiļus praktiski ir grūti īstenot, mēs noapaļojam to līdz 96 pagriezieniem.
Tas noslēdz mūsu aprēķinus, un es ceru, ka visi lasītāji šeit ir sapratuši, kā vienkārši aprēķināt ferīta transformatoru konkrētai SMPS invertora ķēdei.
Aprēķinot papildu tinumu
Papildu tinums ir papildu tinums, kas lietotājam var būt vajadzīgs kādai ārējai ieviešanai.
Pieņemsim, ka kopā ar 330 V pie sekundārā jums ir nepieciešams cits tinums, lai LED lampai iegūtu 33 V. Vispirms mēs aprēķinām sekundārs: palīgdarbinieks pagrieziena attiecība pret sekundāro tinumu 310 V nominālu. Formula ir:
NTO= Vsek/ (Vuz+ Vd)
NTO= sekundārā: papildu attiecība, Vsek= Sekundārais regulētais rektificētais spriegums, Vuz= palīgspriegums, Vd= Taisngrieža diode uz priekšu kritušās diodes vērtība. Tā kā mums šeit ir nepieciešams ātrgaitas diode, mēs izmantosim schottky taisngriezi ar Vd= 0,5 V
Tā atrisināšana dod mums:
NTO= 310 / (33 + 0,5) = 9,25, noapaļosim to līdz 9.
Tagad iegūsim papildu tinumam nepieciešamo pagriezienu skaitu, mēs to iegūstam, izmantojot formulu:
Nuz= Nsek/ NTO
Kur Nuz= papildu pagriezieni, Nsek= sekundārie pagriezieni, NTO= papildu attiecība.
No mūsu iepriekšējiem rezultātiem mums ir Nsek= 96, un NTO= 9, aizstājot tos ar iepriekš minēto formulu, mēs iegūstam:
Nuz= 96/9 = 10,66, noapaļojot, mēs iegūstam 11 pagriezienus. Tātad, lai iegūtu 33 V, mums vajadzēs 11 pagriezienus sekundārajā pusē.
Tātad šādā veidā jūs varat pielāgot papildu tinumu atbilstoši savām vēlmēm.
Iesaiņošana
Šajā amatā mēs uzzinājām, kā aprēķināt un noformēt invertora transformatorus, kuru pamatā ir ferīts, izmantojot šādas darbības:
- Aprēķiniet primāros pagriezienus
- Aprēķiniet sekundāros pagriezienus
- Nosakiet un apstipriniet B maks
- Nosakiet PWM atgriezeniskās saites vadības maksimālo sekundāro spriegumu
- Atrodiet primāro sekundārā pagrieziena attiecību
- Aprēķiniet sekundāro pagriezienu skaitu
- Aprēķiniet papildu tinumu pagriezienus
Izmantojot iepriekš minētās formulas un aprēķinus, ieinteresēts lietotājs var viegli izstrādāt pielāgotu ferīta serdeņa pārveidotāju SMPS lietošanai.
Ja jums ir jautājumi un šaubas, lūdzu, izmantojiet zemāk esošo komentāru lodziņu. Es centīšos tos atrisināt ātrāk
Pāri: Arduino dēļu veidi ar specifikācijām Nākamais: Paskaidrots par digitālo-analogo (DAC), analogo-ciparu (ADC) pārveidotājiem
