Conception de circuits convertisseurs Flyback isolés : Conception du transformateur (calcul des valeurs numériques)

Parmi les étapes de conception du transformateur requises pour un convertisseur flyback, nous commençons par le calcul des valeurs numériques nécessaires à la conception du transformateur, en fonction des spécifications de l’alimentation. Fondamentalement, les calculs sont effectués selon les équations fournies pour chaque paramètre. Pour votre référence, des informations pertinentes sur la conception du transformateur sont fournies dans les notes d’application du BM1P061FJ et d’autres documents pour le CI1 à utiliser dans la tâche de conception. Dans cette section, pour faciliter la compréhension, les parties à expliquer sont présentées dans des vues agrandies. Pour la structure du circuit entier, voir la section sur .

Le schéma de circuit ci-dessous représente des extraits de la partie transformateur T1 du circuit d’exemple. En plus de l’enroulement primaire d’entrée Np et de l’enroulement secondaire de sortie Ns, le transformateur T1 comprend un enroulement Nd qui génère une tension VCC pour le CI1.

Procédure de conception du transformateur T1
Les éléments énumérés ci-dessous décrivent la procédure de conception d’un transformateur T1. Dans la procédure suivante, vous calculez des valeurs numériques et déduisez des paramètres pour le transformateur énuméré dans le tableau ci-dessous. Pour les enroulements et les symboles du courant électrique qui circule, voir le schéma du transformateur fourni dans la zone inférieure droite ci-dessous.

(1) Réglage d’une tension de retour de volée VOR
(2) Calcul de l’inductance Ls de l’enroulement secondaire et du courant de pointe côté secondaire
-.secondaire Ispk
(3) Calcul de l’inductance de l’enroulement primaire Lp et du courant de crête du primaire Ippk
(4) Détermination de la taille du transformateur
(5) Calcul des tours de l’enroulement primaire Np
(6) Calcul des spires de l’enroulement secondaire Ns
(7) Calcul des spires de l’enroulement VCC Nd

Les valeurs dérivées comme paramètres du transformateur T1

.

(1) Réglage d’une tension de retour de volée VOR

La tension de retour de volée VOR est égale à VO (le Vout secondaire plus le VF pour la diode secondaire D6) multiplié par le rapport d’enroulement du transformateur Np :Ns. Le réglage de la tension de retour VOR détermine le rapport d’enroulement Np：Ns et le rapport cyclique. L’équation de base et un exemple sont donnés ci-dessous.

Dans l’exemple, le rapport de bobinage Np：Ns s’avère être 5,385, et le Duty (max) est 0,424. Empiriquement, une valeur de Duty (max) souhaitable est de 0,5 ou moins. Si le calcul indique une valeur de Duty supérieure à 0,5, le VOR doit être ajusté.

En termes de principes de fonctionnement du convertisseur flyback, nous avons choisi comme point de départ le réglage de la tension flyback VOR afin d’identifier clairement le Vds du transistor de commutation qui est appliqué à l’enroulement primaire, c’est-à-dire la quantité VIN + VOR. Dans une autre approche, il est possible d’utiliser le rapport cyclique maximal comme point de départ.

Pour plus de détails sur le fonctionnement du circuit Flyback et les tensions, se référer à « Fonctionnement du convertisseur Flyback PWM (mode continu) » dans « Circuit de base et caractéristiques du convertisseur Flyback »

(2) Calcul de l’inductance de l’enroulement secondaire Ls et du courant de crête côté secondaire
Ispk

Successivement, nous calculons l’inductance de l’enroulement côté secondaire Ls et le courant de crête côté secondaire Ispk. Les équations données ci-dessous représentent les conditions pour le mode discontinu qui est une condition pour le circuit d’exemple, de sorte que où l’égalité représente un point critique (un point de bifurcation entre les modes continu et discontinu). Le point critique devrait être atteint lorsque le courant de charge est égal à Iomax.

Pour prévoir une marge, comme un point de protection contre les surcharges, le courant de charge maximal devrait être 1,2 fois le Iout. Puisque les spécifications pour Iout sont de 3A, Iomax devrait être de 3,6A. En termes de spécifications, Vout devrait être égal à 12V, et les valeurs VF et Duty, calculées à l’étape (1) devraient être utilisées.

À partir des équations ci-dessus, l’inductance de l’enroulement côté primaire Ls=8,6μH et le courant de pointe côté secondaire Ispk = 12,5A ont été calculés. Pour votre référence, les formes d’onde du courant primaire et secondaire sont présentées dans les dessins ci-dessus.

(3) Calcul de l’inductance de l’enroulement primaire Lp et du courant de pointe primaire Ippk

Dans l’étape suivante, sur la base des équations données ci-dessous et en utilisant les résultats des calculs ci-dessus, nous obtenons l’inductance de l’enroulement primaire Lp et le courant de pointe primaire Ippk :

où le Lp calculé représente l’une des valeurs qui sont dérivées comme paramètres pour le transformateur T1.

(4) Détermination de la taille du transformateur

* Les valeurs ci-dessus ne représentent que des approximations grossières. Pour plus de détails, il convient de consulter les fabricants de transformateurs.

(5) Calcul des spires de l’enroulement primaire Np

Les spires de l’enroulement primaire Np doivent être réglées initialement pour que l’induction magnétique se situe dans la plage de tolérance. Puisque l’induction magnétique maximale B (T) pour le noyau de ferrite couramment disponible est de 0,4Tat 100℃, en fixant Bsat = 0,35T et en substituant dans Lp et Ippk, nous obtenons les tours d’enroulement primaire Np :

Dans l’étape suivante, pour empêcher l’apparition de toute saturation magnétique, nous réglons Np à partir des propriétés AL-Value-NI. En effectuant cette étape, la formule de condition Bsat doit être satisfaite.

Si la valeur AL=280nH/tours2,

Cela signifie que si Lp est de 249μH, la valeur AL pour 30 tours est de 249μH/302≒276,7nH/tours2.

La valeur NI peut être déterminée à partir de l’équation suivante :

Maintenant que la valeur AL et le NI ont été déterminés, à partir du graphique caractéristique AL-Valeur-NI pour la taille du noyau EER28, nous confirmons que les valeurs sont dans la plage de tolérance. Si elles sont hors de la plage, nous ajustons la valeur de Np.

(6) Calcul des tours de l’enroulement secondaire Ns

Après avoir calculé les tours de l’enroulement primaire, nous calculons le nombre d’enroulements secondaires Ns. Comme nous avons déjà déterminé que le nombre de tours d’enroulement primaire Np est de 34 tours et que le rapport Np:Ns est de 5:1, nous substituons ces valeurs dans les équations suivantes :

(7) Calcul des tours d’enroulement du VCC Nd

Enfin, nous calculons les tours d’enroulement nécessaires pour générer le VCC pour IC1 :

Puisque le VCC est de 15V, à travers la diode D6 basée sur le nombre de tours, si le VF pour la diode, VF_vcc est de 1V,

Ceci conclut les calculs des valeurs numériques qui déterminent les spécifications du transformateur. En substituant les valeurs calculées dans le tableau des spécifications qui a été montré au début, nous passons à l’étape de la conception structurelle.

Bien que les équations ci-dessus, nombreuses au premier coup d’oeil, peuvent sembler intimidantes, ce sont des formules relativement simples ; vous devriez essayer de les utiliser. Lorsque les spécifications globales ont été élaborées, vous pouvez procéder à la tâche de conception du transformateur en utilisant le soutien disponible auprès des fabricants de circuits intégrés et de transformateurs.