Tehokkaan virtalähdepiirin suunnittelu ei ole pienempi haaste. Ne, jotka ovat jo työskennelleet SMPS-piirien kanssa, olisivat helposti yhtä mieltä siitä, että flyback-muuntajan suunnittelulla on tärkeä rooli tehokkaan virtalähteen suunnittelussa. Useimmiten näitä muuntajia ei ole saatavana hyllyltä täsmälleen samalla parametrilla, joka sopii suunnitteluun. Joten tässä muuntajan suunnitteluoppaassaopimme rakentamaan oman muuntajan piirisuunnittelumme edellyttämällä tavalla. Huomaa, että tämä opetusohjelma kattaa vain teorian, jonka avulla myöhemmin toisessa opetusohjelmassa rakennamme 5V 2A SMPS -piirin käsintehdyllä muuntajalla, kuten yllä olevassa kuvassa on esitetty käytännön valotusta varten. Jos olet täysin uusi muuntajalle, lue artikkeli Transformerin perusteet ymmärtääksesi prosessin paremmin.
SMPS-muuntajan osat
SMPS muuntaja suunnittelu on eri muuntajan osiin, jotka ovat suoraan vastuussa suorituskyvyn muuntajan. Muuntajan läsnä olevat osat selitetään alla, opimme kunkin osan tärkeyden ja miten se tulisi valita muuntajan suunnittelulle. Nämä osat ovat samat useimmissa tapauksissa myös muuntyyppisissä muuntajissa.
Ydin
SMPS tarkoittaa lyhytketjuista virtalähdettä. SMPS-muuntajan ominaisuudet riippuvat suuresti taajuudesta, jolla ne toimivat. Korkea kytkentätaajuus avaa mahdollisuuden valita pienempiä SMPS-muuntajia, nämä korkean taajuuden SMPS-muuntajat käyttävät ferriittisydämiä.
Muuntajan ydin suunnittelu on tärkein asia käytettäessä SMPS muuntajan rakenne. Ydin on erityyppinen L (aukottomat ydin induktanssi Coefficient) riippuen ydinmateriaalin, ydin koko, ja ydin tyyppi. Suosittuja ydinmateriaalityyppejä ovat N67, N87, N27, N26, PC47, PC95 jne. Myös ferriittisydämen valmistaja antaa yksityiskohtaiset parametrit datalehdessä, joista on hyötyä, kun valitaan muuntajan ydin
Esimerkiksi tässä on tietolomake suositusta ytimen EE25: stä.
Yllä oleva kuva on tietolomake EE25-ytimestä PC47- materiaalista, joka on peräisin laajalti suositulta ydinvalmistajalta TDK. Jokaista tietoa tarvitaan muuntajan rakentamiseen. Ytimillä on kuitenkin suora suhde lähtötehoon, joten eri SMPS-tehoille tarvitaan eri muotoisia ja kokoisia ytimiä.
Tässä on luettelo ytimistä tehosta riippuen. Luettelo perustuu 0-100W: n rakenteeseen. Luettelon lähde on otettu Power Integration -dokumentaatiosta. Tästä taulukosta on hyötyä valitessasi oikean ytimen muuntajan suunnittelulle sen teholuokituksen perusteella.
Suurin lähtöteho | Ferriittiytimet TIW-rakentamiseen | Ferriittisydämet Marginaalihaavan rakentamiseen |
0-10 W |
EPC17, EFD15, EE16, EI16, EF15, E187, EE19, EI19 |
EEL16, EF20, EEL19, EPC25, EFD25 |
10-20 W |
EE19, EI19, EPC19, EF20, EFD20, EE22, EI22 |
EEL19, EPC25, EFD25, EF25 |
20-30W | EPC25, EFD25, E24 / 25, EI25, EF25, EI28 |
EPC30, EFD30, EF30, EI30, ETD29, EER28 |
30-50 W |
EI28, EF30, EI30, ETD29, EER28 |
EI30, ETD29, EER28,
EER28L, EER35 |
50-70W |
EER28L, ETD34, EI35, EER35 |
EER28L, ETD34, EER35, ETD39 |
70-100 W |
EPC30, EFD30, EF30, EI30, ETD29, EER28 |
EER35, ETD39, EER40, E21 |
Tässä termissä TIW tarkoittaa kolminkertaista eristettyä johdinrakennetta. E-ytimet ovat suosituimpia ja niitä käytetään laajalti SMPS-muuntajissa. E-ytimissä on kuitenkin useita tapauksia, kuten EE, EI, EFD, ER jne. Ne kaikki näyttävät E-kirjaimelta, mutta keskiosa on erilainen kullekin aineelle. E-ytimien yleiset tyypit on kuvattu alla kuvien avulla.
EE-ydin
EI-ydin
ER-ydin
EFD-ydin
Puola
Puola on ytimien ja käämien kotelo. Puolan tehollinen leveys on välttämätön langan halkaisijoiden ja muuntajan rakenteen laskemiseksi. Paitsi että muuntajan puolalla on myös katkoviiva, joka antaa tietoa ensiökäämeistä. Yleisesti käytetty EE16-muuntajan puola on esitetty alla
Ensiökäämi
SMPS muuntajan on ensiökäämin ja vähintään yhden toisiokäämin, joka perustuu suunnitteluun se voisi hav enemmän toisiokäämin tai apukäämin. Ensiökäämi on muuntajan ensimmäinen ja sisin. Se on kytketty suoraan SMPS: n ensiöpuolelle. Yleensä ensiöpuolen käämien lukumäärä on enemmän kuin muuntajan muilla käämeillä. Ensisijaisen käämityksen löytäminen muuntajasta on helppoa; täytyy vain tarkistaa muuntajan pistepuoli ensiökäämin suhteen. Se on yleensä sijaitsee vastapäätä korkea jännite puolella MOSFET.
SMPS-kaaviossa voit huomata suurjännitteen DC: n suurjännitekondensaattorista, joka on kytketty muuntajan ensiöpuolelle ja toinen pää on kytketty virtalähteeseen (sisäinen mosfetin tyhjennystappi) tai erillisellä suurjännitteisellä MOSFETin tyhjennystapilla.
Toisinkäämitys
Toisiokäämi muuntaa ensiöpuolen jännitteen ja virran vaadittavaksi arvoksi. Toissijaisen lähdön selvittäminen on vähän monimutkaista, koska joissakin SMPS-malleissa muuntajalla on yleensä useita toissijaisia lähtöjä. SMPS-piirin lähtö- tai pienjännitepuoli on kuitenkin yleensä kytketty sekundäärikäämitykseen. Toisiokäämin toinen puoli on DC, GND ja toinen puoli on kytketty ulostulodiodin poikki.
Kuten keskusteltiin, SMPS-muuntajalla voi olla useita lähtöjä. Siksi SMPS-muuntajassa voi olla myös useita toissijaisia käämiä.
Apukäämit
SMPS-suunnittelua on erilaisia, joissa ohjainpiiri tarvitsee ylimääräisen jännitelähteen ohjaimen IC: n virran saamiseksi. Apukäämitystä käytetään antamaan tämä lisäjännite ohjainpiirille. Esimerkiksi jos ohjainpiirisi toimii 12 V: n virralla, SMPS-muuntajassa on apulähdökäämitys, jota voidaan käyttää tämän piirin virtalähteeseen.
Eristysnauha
Muuntajilla ei ole sähköliitäntää eri käämien välillä. Siksi ennen eri käämien käärimistä eristysnauhat on käärittävä käämien ympärille erottamista varten. Tyypillisiä polyesterisuojanauhoja käytetään eri leveydellä erityyppisille puolille. Nauhojen paksuuden on oltava 1-2 m eristeen aikaansaamiseksi.
Muuntajan suunnitteluvaiheet:
Nyt kun tiedämme muuntajan peruselementit, voimme suunnitella oman muuntajan noudattamalla seuraavia vaiheita
Vaihe 1 : Etsi oikea ydin halutulle tulosteelle. Valitse edellisessä osassa luetellut ytimet.
Vaihe 2 : Selvitä ensisijaiset ja toissijaiset käännökset.
Ensisijainen ja toissijainen kierros ovat yhteydessä toisiinsa ja riippuvat muista parametreista. Muuntaja suunnittelu kaavan laskea ensisijaisen ja toissijaisen kierrosta ovat-
Missä
N p on ensisijainen kierros, N s on toissijaiset käännökset, Vmin on pienin tulojännite, Vds on virta Mosfetin lähteen jännite, Vo on lähtöjännite
Vd on lähtödiodit eteenpäin jännitteen pudotus
Ja Dmax on suurin käyttöjakso.
Siksi ensisijaiset ja toissijaiset käännökset ovat yhteydessä toisiinsa ja niillä on käännösten suhde. Edellä olevasta laskelmasta suhde voidaan asettaa ja siten valitsemalla toissijaiset käännökset voidaan selvittää ensisijaiset kierrokset. Hyvä käytäntö on käyttää 1 kierrosta toissijaisen käämin lähtöjännitettä kohti.
Vaihe 3: Seuraava vaihe on selvittää muuntajien ensisijainen induktanssi. Tämä voidaan laskea seuraavalla kaavalla:
Missä, P 0 on lähtöteho, z on tappion kohdistuskerroin, n on hyötysuhde, f s on kytkentätaajuus, I p on huippuarvo, K RP on aaltoiluvirran ja huipun suhde.
Vaihe 4: Seuraava vaihe on selvittää tehollinen induktanssi halutulle aukolle.
Yllä oleva kuva osoittaa, mikä on rakoydin. Gapping on tekniikka, jolla ytimien ensisijaisen induktanssin arvo pienennetään haluttuun arvoon. Ydinvalmistajat tarjoavat halkeamattoman ytimen halutulle LG- luokitukselle. Jos arvoa ei ole käytettävissä, voidaan lisätä välikkeitä ytimien väliin tai jauhaa se halutun arvon saamiseksi.
Vaihe 5: Seuraava vaihe on selvittää ensiö- ja toisiojohtojen halkaisija. Ensiöjohtojen halkaisija millimetreinä on
Missä BW E on puolan tehollinen leveys ja N p on ensiökierrosten lukumäärä.
Halkaisija toisen lankojen millimetreinä is-
BW E on puolan tehollinen leveys, N S on toissijaisten käännösten lukumäärä ja M on molemmin puolin marginaali. Johdot on muunnettava AWG- tai SWG-standardiksi.
Toisiojohtimelle suurempi kuin 26 AWG ei ole sallittua ihovaikutuksen lisääntymisen vuoksi. Tällöin voidaan rakentaa rinnakkaisia johtoja. Rinnakkaiskaapelikäämitys tarkoittaa, että kun toissijaista puolta varten on kelattava enemmän kuin kaksi johtoa, kunkin johdon halkaisija voi todellisen yksittäisjohdon arvon puolesta helpottaa käämitystä muuntajan toissijaisen puolen yli. Siksi löydät joitain muuntajia, joissa on kaksi johtoa yhdessä kelassa.
Kyse on SMPS-muuntajan suunnittelusta. Kriittiseen suunnitteluun liittyvästä monimutkaisuudesta johtuen SMPS-suunnitteluohjelmisto, kuten PI Expert sähkön integrointiin tai Viper ST: stä, tarjoaa työkaluja ja erinomaisia SMPS-muuntajan muuttamiseen ja konfigurointiin tarpeen mukaan. Saadaksesi käytännöllisemmän valotuksen, tarkista tämä 5V 2A SMPS -suunnitteluopastus, jossa käytimme PI Expertiä rakentamaan oman muuntajamme tähän mennessä keskusteltujen kohtien avulla.
Toivottavasti ymmärrät opetusohjelman ja nautit oppimasta jotain uutta, jos sinulla on kysyttävää, jätä ne vapaasti kommenttiosioon tai lähetä ne foorumeille nopeamman vastauksen saamiseksi.