Designing Isolated Flyback Converter Circuits: Proiectarea transformatorului (Calcularea valorilor numerice)

Dintre etapele necesare proiectării transformatorului pentru un convertor flyback, începem cu calcularea valorilor numerice necesare pentru proiectarea transformatorului, pe baza specificațiilor sursei de alimentare. Practic, calculele se fac în conformitate cu ecuațiile furnizate pentru fiecare parametru. Pentru referință, informațiile relevante pentru proiectarea transformatorului sunt furnizate în notele de aplicare BM1P061FJ și în alte documente pentru IC1 care vor fi utilizate în sarcina de proiectare. În această secțiune, pentru a facilita înțelegerea, părțile care urmează să fie explicate sunt prezentate în vederi mărite. Pentru structura întregului circuit, consultați secțiunea privind .

Schema de circuit prezentată mai jos reprezintă extrase din partea transformatorului T1 din circuitul de exemplu. În plus față de înfășurarea primară de intrare Np și înfășurarea secundară de ieșire Ns, transformatorul T1 include o înfășurare Nd care generează tensiunea VCC pentru IC1.

Procedura de proiectare a transformatorului T1
Elementele enumerate mai jos descriu procedura de proiectare a unui transformator T1. În următoarea procedură, calculați valorile numerice și derivați parametrii pentru transformatorul listat în tabelul de mai jos. Pentru înfășurări și simboluri pentru curentul electric care circulă, consultați diagrama schematică a transformatorului furnizată în zona din dreapta jos de mai jos.

(1) Se setează o tensiune de întoarcere VOR
(2) Se calculează inductanța Ls a înfășurării secundare și secundar
-secundar Ispk
(3) Calcularea inductanței Lp a înfășurării primare și a curentului de vârf al primarului
Ippk
(4) Determinarea dimensiunii transformatorului
(5) Calcularea spirelor înfășurării primare Np
(6) Calcularea spirelor înfășurării secundare Ns
(7) Calcularea spirelor înfășurării VCC Nd

Valorile derivate ca parametrii transformatorului T1

.

(1) Setarea unei tensiuni de flyback VOR

Tensiunea de flyback VOR este egală cu VO (Vout secundar plus VF pentru dioda secundară D6) înmulțită cu raportul de înfășurare al transformatorului Np:Ns. Setarea tensiunii de întoarcere VOR determină raportul de înfășurare Np：Ns și raportul de serviciu. Ecuația de bază și un exemplu sunt prezentate mai jos.

În exemplu, raportul de înfășurare Np：Ns se dovedește a fi de 5,385, iar Duty (max) este de 0,424. Empiric, o valoare dezirabilă a Duty (max) este de 0,5 sau mai mică. În cazul în care calculul indică o valoare Duty mai mare de 0,5, VOR trebuie ajustată.

În ceea ce privește principiile de funcționare ale convertorului flyback, am ales ca punct de plecare setarea tensiunii de flyback VOR pentru a identifica în mod clar Vds a tranzistorului de comutație care este aplicat la înfășurarea primară, adică cantitatea VIN + VOR. Într-o altă abordare, este posibil să se utilizeze ca punct de plecare raportul maxim de serviciu.

Pentru detalii privind funcționarea circuitului flyback și tensiunile, consultați „Funcționarea convertorului flyback PWM (mod continuu)” în „Circuitul și caracteristicile de bază ale convertorului flyback”

(2) Calcularea inductanței Ls a înfășurării secundare și a curentului de vârf de pe partea secundară
Ispk

În succesiune, calculăm inductanța Ls a înfășurării secundare și curentul de vârf Ispk de pe partea secundară. Ecuațiile prezentate mai jos reprezintă condițiile pentru modul discontinuu, care este o condiție pentru circuitul de exemplu, astfel încât unde egalitatea reprezintă un punct critic (un punct de bifurcație între modurile continuu și discontinuu). Punctul critic ar trebui să fie atins atunci când curentul de sarcină este egal cu Iomax.

Pentru a asigura o marjă, cum ar fi un punct de protecție la suprasarcină, curentul de sarcină maxim ar trebui să fie de 1,2 ori mai mare decât Iout. Deoarece specificațiile pentru Iout sunt de 3A, Iomax ar trebui să fie 3,6A. În ceea ce privește specificațiile, Vout ar trebui să fie egală cu 12V, iar valorile VF și Duty, calculate la pasul (1) ar trebui să fie utilizate.

Din ecuațiile de mai sus, au fost calculate inductanța înfășurării de pe partea primară Ls=8,6μH și curentul de vârf de pe partea secundară Ispk = 12,5A. Pentru referință, formele de undă ale curentului primar și secundar sunt prezentate în desenele de mai sus.

(3) Calcularea inductanței Lp a înfășurării primare și a curentului de vârf primar Ippk

În etapa următoare, pe baza ecuațiilor prezentate mai jos și folosind rezultatele calculelor de mai sus, obținem inductanța Lp a înfășurării primare și curentul de vârf primar Ippk:

unde Lp calculată reprezintă una dintre valorile care sunt derivate ca parametri pentru transformatorul T1.

(4) Determinarea dimensiunii transformatorului

* Valorile de mai sus reprezintă doar aproximări aproximative. Pentru detalii, trebuie consultați producătorii de transformatoare.

(5) Calcularea turațiilor înfășurării primare Np

Turațiile înfășurării primare Np trebuie să fie setate inițial astfel încât densitatea fluxului magnetic să se încadreze în intervalul de toleranță. Deoarece densitatea maximă a fluxului magnetic B (T) pentru miezul de ferită disponibil în mod obișnuit este de 0,4Tat 100℃, prin setarea Bsat = 0,35T și înlocuirea în Lp și Ippk, obținem spirele înfășurării primare Np:

În etapa următoare, pentru a preveni apariția oricărei saturații magnetice, se stabilește Np din proprietățile AL-Valoare-NI. La efectuarea acestui pas, trebuie îndeplinită formula condiției Bsat.

Dacă AL-Valoare=280nH/întors2,

Aceasta înseamnă că dacă Lp este 249μH, valoarea AL-Valoare pentru 30 de spire este 249μH/302≒276,7nH/întors2.

Valoarea NI poate fi determinată din următoarea ecuație:

Acum că valoarea AL și NI au fost determinate, din graficul caracteristic AL-Valoare-NI pentru dimensiunea miezului EER28, confirmăm că valorile se află în intervalul de toleranță. Dacă sunt în afara intervalului, ajustăm valoarea lui Np.

(6) Calcularea numărului de spire ale înfășurării secundare Ns

După calcularea numărului de spire ale înfășurării primare, calculăm numărul de spire ale înfășurării secundare Ns. Deoarece am determinat deja că numărul de spire al înfășurării primare Np este de 34 de spire și că raportul Np:Ns este de 5:1, înlocuim aceste valori în următoarele ecuații:

(7) Calcularea numărului de spire ale înfășurării VCC Nd

În cele din urmă, calculăm spirele înfășurării necesare pentru a genera VCC pentru IC1:

Din moment ce VCC este de 15V, prin dioda D6, pe baza numărului de spire, dacă VF pentru diodă, VF_vcc este 1V,

Aceasta încheie calculele valorilor numerice care determină specificațiile pentru transformator. Prin înlocuirea valorilor calculate în tabelul de specificații care a fost prezentat la început, se trece la etapa de proiectare structurală.

Chiar dacă ecuațiile de mai sus, numeroase la prima vedere, pot părea intimidante, acestea sunt formule relativ simple; ar trebui să încercați să le folosiți. Când specificațiile generale au fost elaborate, puteți trece la sarcina de proiectare a transformatorului utilizând sprijinul disponibil din partea producătorilor de circuite integrate și de transformatoare.

.