Designing Geïsoleerde Flyback Converter Circuits: Transformator Ontwerp (Berekening van numerieke waarden)

Van de vereiste transformator ontwerpstappen voor een flyback converter, beginnen we met de berekening van de numerieke waarden die nodig zijn voor het ontwerp van de transformator, gebaseerd op de specificaties van de voeding. In principe worden berekeningen gemaakt volgens de vergelijkingen die voor elke parameter worden gegeven. Ter referentie wordt relevante informatie over het transformatorontwerp gegeven in de BM1P061FJ Application Notes en andere documenten voor de IC1 die in de ontwerptaak worden gebruikt. In dit gedeelte worden voor het gemak de uit te leggen onderdelen in vergrote aanzichten getoond. Voor de structuur van de gehele schakeling wordt verwezen naar het hoofdstuk .

Het hieronder afgebeelde schakelschema geeft fragmenten weer van het transformator T1 gedeelte van de voorbeeldschakeling. Naast de ingangs primaire wikkeling Np en de uitgangs secundaire wikkeling Ns, bevat de transformator T1 een wikkeling Nd die VCC spanning genereert voor het IC1.

Transformator T1 ontwerp procedure
De onderstaande items beschrijven de procedure voor het ontwerpen van een transformator T1. In de volgende procedure berekent u numerieke waarden en leidt u parameters af voor de transformator die in de onderstaande tabel wordt vermeld. Voor de wikkelingen en symbolen voor de elektrische stroom die vloeit, raadpleegt u het transformator-schema in het gebied rechtsonder hieronder.

(1) Instellen van een flyback-spanning VOR
(2) Berekenen van de inductie van de secundaire wikkeling Ls en de secundaire
-zijde piekstroom Ispk
(3) Berekenen van de primaire wikkelingsinductie Lp en primaire
piekstroom Ippk
(4) Bepalen van de transformatorgrootte
(5) Berekenen van de primaire wikkelingsomwentelingen Np
(6) Berekening van de omwentelingen van de secundaire wikkeling Ns
(7) Berekening van de omwentelingen van de VCC wikkeling Nd

De als transformator T1-parameters afgeleide waarden

(1) Instellen van een flyback-spanning VOR

De flyback-spanning VOR is gelijk aan VO (de secundaire Vout plus de VF voor de secundaire diode D6) vermenigvuldigd met de verhouding van de transformatorwikkeling Np:Ns. De instelling van de flyback-spanning VOR bepaalt de wikkelingverhouding Np：Ns en de Duty ratio. De basisvergelijking en een voorbeeld worden hieronder gegeven.

In het voorbeeld blijkt de wikkelverhouding Np：Ns 5,385 te zijn, en de Duty (max) 0,424. Empirisch gezien is een wenselijke duty(max)-waarde 0,5 of minder. Als de berekening een Duty-waarde aangeeft die groter is dan 0,5, moet de VOR worden aangepast.

In termen van de werkingsprincipes van de flyback converter hebben we als uitgangspunt de instelling van de flyback spanning VOR gekozen om duidelijk de Vds van de schakeltransistor te bepalen die op de primaire wikkeling wordt toegepast, dat wil zeggen de grootheid VIN + VOR. In een andere benadering is het mogelijk om de maximale inschakelverhouding als uitgangspunt te nemen.

Voor details over de werking van het flybackcircuit en de spanningen, zie “Werking van de PWM-flybackconverter (continue modus)” in “Basisschakeling en kenmerken van de flybackconverter”

(2) Berekening van de inductantie Ls van de secundaire wikkeling en de piekstroom
Ispk

Opeenvolgend berekenen we de inductantie Ls van de secundaire wikkeling en de piekstroom Ispk aan de secundaire zijde. De hieronder gegeven vergelijkingen vertegenwoordigen de voorwaarden voor de discontinue modus, die een voorwaarde is voor de voorbeeldschakeling, zodanig dat waar gelijkheid een kritisch punt vertegenwoordigt (een bifurcatiepunt tussen de continue en discontinue modus). Het kritieke punt moet worden bereikt wanneer de belastingsstroom gelijk is aan Iomax.

Om te voorzien in een marge, zoals een overbelastingsbeveiligingspunt, moet de maximale belastingsstroom 1,2 maal de Iout bedragen. Aangezien de specificaties voor Iout 3A zijn, moet Iomax 3,6A zijn. Wat de specificaties betreft, moet Vout gelijk zijn aan 12V, en moeten de in stap (1) berekende VF- en Duty-waarden worden gebruikt.

Uit de bovenstaande vergelijkingen zijn de inductantie van de primaire wikkeling Ls=8,6μH en de piekstroom aan secundaire zijde Ispk = 12,5A berekend. Voor uw referentie, primaire en secundaire stroom golfvormen worden getoond in de bovenstaande tekeningen.

(3) Berekening van de primaire wikkelingsinductie Lp en de primaire piekstroom Ippk

In de volgende stap verkrijgen we op basis van de onderstaande vergelijkingen en met behulp van de bovenstaande berekeningsresultaten de primaire wikkelingsinductie Lp en de primaire piekstroom Ippk:

waarbij de berekende Lp een van de waarden vertegenwoordigt die zijn afgeleid als parameters voor de transformator T1.

(4) Bepaling van de transformatorgrootte

* De bovenstaande waarden zijn slechts ruwe benaderingen. Voor meer informatie kunt u het beste contact opnemen met de fabrikant van de transformator.

(5) Berekening van de primaire wikkelingstanden Np

De primaire wikkelingstanden Np moeten aanvankelijk zo worden ingesteld dat de magnetische fluxdichtheid binnen het tolerantiebereik valt. Aangezien de maximale magnetische fluxdichtheid B (T) voor de gangbare ferrietkern 0,4T bij 100℃ is, krijgen we door Bsat = 0,35T in te stellen en te substitueren in Lp en Ippk de primaire wikkeling Np:

In de volgende stap stellen we Np in op basis van de AL-Value-NI eigenschappen, om te voorkomen dat er een magnetische verzadiging optreedt. Bij het uitvoeren van deze stap moet aan de formule van de Bsat-voorwaarde worden voldaan.

Als AL-Value=280nH/turns2,

Dit betekent dat als Lp 249μH is, de AL-Value voor 30 windingen 249μH/302ɒ276,7nH/turns2 is.

De NI-waarde kan uit de volgende vergelijking worden bepaald:

Nu de AL-waarde en NI zijn bepaald, bevestigen wij aan de hand van de AL-waarde-NI karakteristiekgrafiek voor de EER28 kerngrootte dat de waarden binnen het tolerantiebereik liggen. Als ze buiten het bereik liggen, passen we de waarde van Np aan.

(6) Berekening van de secundaire wikkelingstanden Ns

Na berekening van de primaire wikkelingstanden, berekenen we het aantal secundaire wikkelingen Ns. Aangezien we reeds hebben vastgesteld dat de primaire wikkeling Np 34 windingen bedraagt en de verhouding Np:Ns 5:1 is, substitueren we deze waarden in de volgende vergelijkingen:

(7) Berekening van de VCC wikkelingen Nd

Tot slot berekenen we de wikkelingen die nodig zijn om de VCC voor IC1 te genereren:

Sinds VCC 15V is, door de diode D6 op basis van het aantal windingen, als de VF voor de diode, VF_vcc 1V is,

Dit is het einde van de berekeningen van numerieke waarden die de specificaties voor de transformator bepalen. Door de berekende waarden te substitueren in de tabel met specificaties die aan het begin werd getoond, gaan we verder met de constructieve ontwerpstap.

Alhoewel de bovenstaande vergelijkingen, er in één oogopslag intimiderend uitzien, zijn het relatief eenvoudige formules; U moet proberen ze te gebruiken. Wanneer de algemene specificaties zijn uitgewerkt, kunt u verder gaan met het ontwerpen van de transformator door gebruik te maken van de ondersteuning die beschikbaar is bij de IC- en transformatorfabrikanten.