Elkülönített Flyback átalakító áramkörök tervezése: (Számértékek kiszámítása)

A flyback átalakítóhoz szükséges transzformátor tervezési lépések közül a transzformátor tervezéséhez szükséges számértékek kiszámításával kezdjük, a tápegység specifikációi alapján. A számításokat alapvetően az egyes paraméterekhez megadott egyenletek szerint végezzük. Referenciaként a BM1P061FJ alkalmazási megjegyzésekben és a tervezési feladathoz használandó IC1 egyéb dokumentumaiban találhatók a vonatkozó transzformátor tervezési információk. Ebben a szakaszban a könnyebb megértés érdekében a magyarázandó részek nagyított nézetben vannak ábrázolva. A teljes áramkör felépítését lásd a .

Az alábbiakban látható áramköri rajz a példaáramkör T1 transzformátoros részének részleteit ábrázolja. A T1 transzformátor az Np bemeneti primer tekercselésen és az Ns kimeneti szekunder tekercselésen kívül tartalmaz egy Nd tekercset is, amely VCC feszültséget generál az IC1 számára.

Transzformátor T1 tervezési eljárás
Az alábbiakban felsorolt tételek a T1 transzformátor tervezési eljárását írják le. A következő eljárás során számértékeket számol és paramétereket származtat az alábbi táblázatban felsorolt transzformátorhoz. A tekercseléseket és az áramló elektromos áram szimbólumait lásd az alábbi jobb alsó területen megadott transzformátor kapcsolási rajzban.

(1) A VOR
visszalépő feszültség beállítása
(2) A szekunder tekercs induktivitásának Ls és a szekunder
-nek kiszámításaoldali csúcsáram Ispk
(3) A primer tekercs induktivitásának Lp és a primer
csúcsáram Ippk
kiszámítása
(4) A transzformátor méretének meghatározása
(5) A primer tekercs fordulatszámának kiszámítása
. Np
(6) A szekunder tekercs fordulatainak kiszámítása Ns
(7) A VCC tekercs fordulatainak kiszámítása Nd

A transzformátor T1 paramétereként kapott értékek

.

(1) A VOR visszavezető feszültség beállítása

A VOR visszavezető feszültség egyenlő VO (a szekunder Vout plusz a D6 szekunder dióda VF-je) és a transzformátor Np tekercselési arányának szorzatával:Ns. A VOR visszalépő feszültség beállítása határozza meg az Np：Ns tekercselési arányt és az üzemidőt. Az alapegyenlet és egy példa az alábbiakban található.

A példában az Np：Ns tekercselési arány 5,385-nek, a Duty (max) pedig 0,424-nek adódik. Empirikusan a kívánatos Duty (max) érték 0,5 vagy annál kisebb. Ha a számítás 0,5-nél nagyobb Duty értéket jelez, akkor a VOR-t ki kell igazítani.

A flyback átalakító működési elvét tekintve kiindulási pontként a flyback feszültség VOR beállítását választottuk, hogy egyértelműen meghatározzuk a kapcsoló tranzisztor Vds értékét, amely a primer tekercsre kerül, azaz a VIN + VOR mennyiséget. Egy másik megközelítésben kiindulópontként a maximális üzemidő-arányt lehet használni.

A flyback áramkör működésének és a feszültségeknek a részleteit lásd a “PWM Flyback átalakító működése (folyamatos üzemmód)” című fejezet “Flyback átalakító alapáramkör és jellemzők” című részében

(2) A szekunder tekercs induktivitásának Ls és a szekunder oldali csúcsáram
Ispk

A szekunder oldali tekercs induktivitásának Ls és a szekunder oldali csúcsáram Ispk kiszámítása. Az alábbiakban megadott egyenletek a diszkontinuus üzemmódra vonatkozó feltételeket jelentik, ami a példaáramkör feltétele, úgy, hogy ahol az egyenlőség egy kritikus pontot (a folytonos és a diszkontinuus üzemmódok közötti elágazási pontot) jelent. A kritikus pontot akkor kell elérni, amikor a terhelési áram egyenlő az Iomax-szal.

Egy tartalék, például egy túlterhelésvédelmi pont biztosítása érdekében a maximális terhelési áramnak az Iout 1,2-szeresének kell lennie. Mivel az Iout specifikációja 3A, az Iomaxnak 3,6A-nak kell lennie. A specifikációk szempontjából a Vout-nak 12V-nak kell lennie, és az (1) lépésben kiszámított VF és Duty, értékeket kell használni.

A fenti egyenletekből az elsődleges oldali tekercselés Ls=8,6μH induktivitását és a szekunder oldali csúcsáram Ispk = 12,5A-t számították ki. A referenciaként a fenti rajzokon a primer és szekunder áram hullámformái láthatók.

(3) A primer tekercs Lp induktivitásának és az Ippk primer csúcsáramnak a kiszámítása

A következő lépésben az alábbiakban megadott egyenletek alapján és a fenti számítási eredmények felhasználásával megkapjuk a primer tekercs Lp induktivitását és az Ippk primer csúcsáramot:

ahol a számított Lp a T1 transzformátor paramétereként levezetett értékek egyikét jelenti.

(4) A transzformátor méretének meghatározása

* A fenti értékek csak durva közelítések. A részletekért a transzformátorgyártókkal kell konzultálni.

(5) A primer tekercsfordulók Np számítása

A primer tekercsfordulókat Np kezdetben úgy kell beállítani, hogy a mágneses fluxussűrűség a tűréshatáron belül legyen. Mivel az általánosan elérhető ferritmag maximális mágneses fluxussűrűsége B (T) 0,4Tat 100℃, Bsat = 0,35T beállításával és az Lp és Ippk értékekbe való behelyettesítéssel megkapjuk az Np primer tekercsfordulókat:

A következő lépésben a mágneses telítődés előfordulásának megakadályozása érdekében az Np értéket az AL-Value-NI tulajdonságokból állítjuk be. E lépés végrehajtása során a Bsat feltétel képletének kell teljesülnie.

Ha AL-érték=280nH/fordulat2,

Ez azt jelenti, hogy ha Lp 249μH, akkor az AL-érték 30 fordulat esetén 249μH/302≒276,7nH/fordulat2.

A NI érték a következő egyenletből határozható meg:

Most, hogy az AL-értéket és az NI-t meghatároztuk, az EER28 magméretre vonatkozó AL-érték-NI jelleggrafikonból megerősítjük, hogy az értékek a tűréshatáron belül vannak. Ha a tartományon kívül esnek, módosítjuk az Np értékét.

(6) A szekunder tekercsfordulók számítása Ns

A primer tekercsfordulók kiszámítása után kiszámítjuk a szekunder tekercsfordulók számát Ns. Mivel már megállapítottuk, hogy az elsődleges tekercsfordulók száma Np 34 fordulat, és az Np:Ns arány 5:1, ezeket az értékeket beillesztjük a következő egyenletekbe:

(7) A VCC tekercsfordulók számítása Nd

Végül kiszámítjuk az IC1 VCC előállításához szükséges tekercsfordulókat:

Mivel a VCC 15V, a D6 diódán keresztül a tekercsek száma alapján, ha a dióda VF_vcc értéke, VF_vcc 1V,

Mivel befejeződnek a számértékek számításai, amelyek meghatározzák a transzformátor specifikációit. A kiszámított értékeket az elején bemutatott specifikációs táblázatba behelyettesítve folytatjuk a szerkezeti tervezés lépését.

A fenti egyenletek ellenére, ránézésre számos, ijesztőnek tűnhetnek, ezek viszonylag egyszerű képletek; érdemes kipróbálni a használatukat. Ha az általános specifikációkat kidolgoztuk, akkor az IC- és transzformátorgyártók által nyújtott támogatást felhasználva folytathatjuk a transzformátor tervezési feladatát.

Elképzelhető, hogy a transzformátorok tervezése nem lesz könnyű.