Projektowanie izolowanych obwodów przetwornic Flyback: Transformer Design (Calculating numerical values)

Z wymaganych kroków projektowania transformatora dla przetwornicy flyback, zaczynamy od obliczenia wartości liczbowych niezbędnych do zaprojektowania transformatora, na podstawie specyfikacji zasilania. Zasadniczo, obliczenia są wykonywane zgodnie z równaniami podanymi dla każdego parametru. Odpowiednie informacje na temat projektowania transformatora znajdują się w notach aplikacyjnych BM1P061FJ i innych dokumentach dotyczących układu scalonego IC1, który ma być użyty w projekcie. W tym rozdziale, dla ułatwienia zrozumienia, części, które mają być objaśnione są pokazane w powiększeniu. Struktura całego obwodu jest przedstawiona w części dotyczącej .

Schemat obwodu pokazany poniżej przedstawia fragmenty części transformatora T1 przykładowego obwodu. Oprócz wejściowego uzwojenia pierwotnego Np i wyjściowego uzwojenia wtórnego Ns, transformator T1 zawiera uzwojenie Nd, które wytwarza napięcie VCC dla układu IC1.

Procedura projektowania transformatora T1
Poniżej wymienione punkty opisują procedurę projektowania transformatora T1. W poniższej procedurze oblicza się wartości liczbowe i określa parametry transformatora podane w poniższej tabeli. Uzwojenia i symbole przepływającego prądu elektrycznego znajdują się na schemacie transformatora, który znajduje się w prawym dolnym obszarze poniżej.

(1) Ustawienie napięcia zwrotnego VOR
(2) Obliczenie indukcyjności uzwojenia wtórnego Ls i prądu szczytowego strony wtórnej Ispk
-(3) Obliczenie prądu szczytowego strony wtórnej Ispk
-(4).strony wtórnej Ispk
(3) Obliczenie indukcyjności uzwojenia pierwotnego Lp i pierwotnego
prądu szczytowego Ippk
(4) Określenie rozmiaru transformatora
(5) Obliczenie zwojów uzwojenia pierwotnego Np
(6) Obliczenie zwojów uzwojenia wtórnego Ns
(7) Obliczenie zwojów uzwojenia VCC Nd

Wartości uzyskane jako parametry T1 transformatora

.

(1) Ustawienie napięcia zwrotnego VOR

Napięcie zwrotne VOR jest równe VO (wtórne Vout plus VF dla wtórnej diody D6) pomnożone przez współczynnik uzwojenia transformatora Np:Ns. Ustawienie napięcia zwrotnego VOR określa stosunek uzwojeń Np：Ns i współczynnik Duty. Podstawowe równanie i przykład są podane poniżej.

W przykładzie stosunek uzwojeń Np：Ns wynosi 5,385, a współczynnik Duty (max) wynosi 0,424. Empirycznie, pożądaną wartością Duty (max) jest 0,5 lub mniej. Jeśli obliczenia wskazują na wartość Duty większą niż 0.5, VOR powinien być dostosowany.

W odniesieniu do zasad działania przekształtnika flyback, wybraliśmy jako punkt wyjścia ustawienie napięcia flyback VOR w celu jednoznacznego określenia Vds tranzystora przełączającego, który jest przyłożony do uzwojenia pierwotnego, czyli wielkości VIN + VOR. W innym podejściu możliwe jest wykorzystanie maksymalnego współczynnika Duty jako punktu wyjściowego.

Szczegóły dotyczące działania obwodu flyback i napięć, patrz „Działanie przetwornicy PWM Flyback (tryb ciągły)” w „Podstawowe obwody i charakterystyki przetwornicy Flyback”

(2) Obliczanie indukcyjności uzwojenia wtórnego Ls i prądu szczytowego po stronie wtórnej
Ispk

Po kolei obliczamy indukcyjność uzwojenia wtórnego Ls i prąd szczytowy po stronie wtórnej Ispk. Równania podane poniżej reprezentują warunki dla trybu nieciągłego, który jest warunkiem dla przykładowego obwodu, takiego, że gdzie równość reprezentuje punkt krytyczny (punkt bifurkacji pomiędzy trybem ciągłym i nieciągłym). Punkt krytyczny powinien być osiągnięty, gdy prąd obciążenia jest równy Iomax.

Aby zapewnić margines, taki jak punkt ochrony przed przeciążeniem, maksymalny prąd obciążenia powinien być 1,2 razy Iout. Ponieważ specyfikacje dla Iout wynoszą 3A, Iomax powinien wynosić 3,6A. Pod względem specyfikacji, Vout powinno być równe 12V, a wartości VF i Duty, obliczone w kroku (1) powinny być użyte.

Z powyższych równań, indukcyjność uzwojenia strony pierwotnej Ls=8,6μH i prąd szczytowy strony wtórnej Ispk = 12,5A zostały obliczone. Dla porównania, przebiegi prądu strony pierwotnej i wtórnej pokazane są na powyższych rysunkach.

(3) Obliczenie indukcyjności uzwojenia pierwotnego Lp i prądu szczytowego uzwojenia pierwotnego Ippk

W kolejnym kroku, w oparciu o równania podane poniżej i wykorzystując powyższe wyniki obliczeń, otrzymujemy indukcyjność uzwojenia pierwotnego Lp i prąd szczytowy uzwojenia pierwotnego Ippk:

gdzie obliczona Lp reprezentuje jedną z wartości, które są wyprowadzone jako parametry transformatora T1.

(4) Określanie wielkości transformatora

* Powyższe wartości stanowią jedynie przybliżone dane. W celu uzyskania szczegółowych informacji należy skonsultować się z producentem transformatorów.

(5) Obliczanie zwojów uzwojenia pierwotnego Np

Zwoje uzwojenia pierwotnego Np muszą być wstępnie ustawione tak, aby gęstość strumienia magnetycznego mieściła się w zakresie tolerancji. Ponieważ maksymalna gęstość strumienia magnetycznego B (T) dla powszechnie dostępnego rdzenia ferrytowego wynosi 0,4Tat 100℃, ustawiając Bsat = 0,35T i podstawiając do Lp i Ippk, otrzymujemy obroty uzwojenia pierwotnego Np:

W kolejnym kroku, aby zapobiec wystąpieniu jakiegokolwiek nasycenia magnetycznego, ustawiamy Np z właściwości AL-Value-NI. Przy wykonywaniu tego kroku musi być spełniony wzór na warunek Bsat.

Jeżeli AL-Value=280nH/turns2,

To oznacza, że jeżeli Lp wynosi 249μH, to AL-Value dla 30 zwojów wynosi 249μH/302≒276.7nH/turns2.

Wartość NI można wyznaczyć z następującego równania:

Teraz po wyznaczeniu AL-Value i NI, na podstawie wykresu charakterystyki AL-Value-NI dla rozmiaru rdzenia EER28, potwierdzamy, że wartości te mieszczą się w zakresie tolerancji. Jeśli są poza zakresem, dostosowujemy wartość Np.

(6) Obliczanie liczby zwojów uzwojenia wtórnego Ns

Po obliczeniu liczby zwojów uzwojenia pierwotnego, obliczamy liczbę zwojów uzwojenia wtórnego Ns. Ponieważ ustaliliśmy już, że liczba zwojów uzwojenia pierwotnego Np wynosi 34 zwoje, a stosunek Np:Ns wynosi 5:1, podstawiamy te wartości do poniższych równań:

(7) Obliczanie zwojów uzwojenia VCC Nd

Na koniec obliczamy zwoje uzwojenia niezbędne do wytworzenia VCC dla IC1:

Ponieważ VCC wynosi 15V, przez diodę D6 na podstawie liczby obrotów, jeśli VF dla diody, VF_vcc wynosi 1V,

To kończy obliczenia wartości liczbowych, które określają specyfikację transformatora. Wstawiając obliczone wartości do tabeli specyfikacji, która została przedstawiona na początku, przechodzimy do etapu projektowania strukturalnego.

Aczkolwiek powyższe równania, liczne na pierwszy rzut oka, mogą wyglądać onieśmielająco, są to stosunkowo proste wzory; powinieneś spróbować ich użyć. Kiedy ogólna specyfikacja została opracowana, możesz przystąpić do projektowania transformatora, korzystając z pomocy dostępnej od producentów układów scalonych i transformatorów.

.