Cara Mengira Transformer Teras Ferrit

Mengira transformer ferit adalah proses di mana para jurutera menilai pelbagai spesifikasi penggulungan, dan dimensi teras transformer, menggunakan ferit sebagai bahan inti. Ini membantu mereka membuat pengubah yang dioptimumkan dengan sempurna untuk aplikasi tertentu.

Catatan itu memberikan penjelasan terperinci mengenai cara mengira dan merancang transformer teras ferit yang disesuaikan. Kandungannya mudah difahami dan sangat berguna untuk jurutera yang terlibat dalam bidang elektronik kuasa , dan pembuatan penyongsang SMPS.

Mengapa Ferrite Core digunakan dalam Penukar Frekuensi Tinggi

Anda mungkin sering tertanya-tanya mengapa menggunakan teras ferit di semua bekalan kuasa mod suis moden atau penukar SMPS. Betul, ini adalah untuk mencapai kecekapan dan kekompakan yang lebih tinggi berbanding dengan bekalan kuasa teras besi, tetapi akan menarik untuk mengetahui bagaimana teras ferit membolehkan kita mencapai tahap kecekapan dan kekompakan yang tinggi ini?

Ini kerana di pengubah teras besi, bahan besi mempunyai kebolehtelapan magnet jauh lebih rendah daripada bahan ferit. Sebaliknya, teras ferit mempunyai kebolehtelapan magnetik yang sangat tinggi.

Maknanya, apabila dikenakan medan magnet, bahan ferit mampu mencapai tahap kemagnetan yang sangat tinggi, lebih baik daripada semua bentuk bahan magnet yang lain.

Kebolehtelapan magnetik yang lebih tinggi bermaksud, jumlah arus eddy yang lebih rendah dan kehilangan pertukaran yang lebih rendah. Bahan magnet biasanya mempunyai kecenderungan untuk menghasilkan arus eddy sebagai tindak balas terhadap peningkatan frekuensi magnet.

Apabila frekuensi meningkat, arus eddy juga meningkat menyebabkan pemanasan bahan dan peningkatan impedans gegelung, yang menyebabkan kerugian beralih lebih jauh.

Inti ferit, kerana kebolehtelapan magnetiknya yang tinggi dapat bekerja dengan lebih efisien dengan frekuensi yang lebih tinggi, kerana arus eddy yang lebih rendah dan kehilangan pengalihan yang lebih rendah.

Sekarang anda mungkin berfikir, mengapa tidak menggunakan frekuensi yang lebih rendah kerana sebaliknya akan membantu mengurangkan arus eddy? Tampaknya berlaku, namun frekuensi yang lebih rendah juga bermaksud meningkatkan jumlah putaran untuk pengubah yang sama.

Oleh kerana frekuensi yang lebih tinggi memungkinkan bilangan putaran yang lebih rendah, hasilnya pengubah menjadi lebih kecil, lebih ringan dan lebih murah. Inilah sebabnya mengapa SMPS menggunakan frekuensi tinggi.

Topologi Penyongsang

Dalam penyongsang mod suis, biasanya dua jenis topologi keluar: tekan-tarik, dan Jambatan penuh . Tarik tolak menggunakan keran tengah untuk belitan utama, sementara jambatan penuh terdiri dari satu belitan untuk kedua-dua primer dan sekunder.

Sebenarnya, kedua-dua topologi ini bersifat push-pull. Dalam kedua bentuk penggulungan itu diterapkan dengan arus ulang-alik ke depan yang terus berubah oleh MOSFET, berayun pada frekuensi tinggi yang ditentukan, meniru tindakan push-pull.

Satu-satunya perbezaan mendasar antara keduanya adalah, sisi utama pengubah paip tengah mempunyai bilangan putaran 2 kali lebih banyak daripada pengubah jambatan Penuh.

Cara Mengira Transformer Inverter Ferrite Core

Mengira pengubah teras ferit sebenarnya cukup mudah, jika anda mempunyai semua parameter yang ditentukan.

Untuk kesederhanaan, kami akan cuba menyelesaikan formula melalui contoh penyediaan, katakan untuk transformer 250 watt.

Sumber kuasa akan menjadi bateri 12 V. Kekerapan untuk menukar transformer adalah 50 kHz, angka khas di kebanyakan penyongsang SMPS. Kami akan menganggap outputnya adalah 310 V, yang biasanya merupakan nilai puncak 220V RMS.

Di sini, 310 V akan dilakukan setelah pembetulan melalui pemulihan yang cepat penerus jambatan , dan penapis LC. Kami memilih teras sebagai ETD39.

Seperti yang kita semua ketahui, ketika a Bateri 12 V digunakan, voltan tidak pernah berterusan. Dengan pengisian penuh nilainya sekitar 13 V, yang terus menurun ketika beban penyongsang menghabiskan tenaga, hingga akhirnya bateri habis hingga batas terendahnya, yang biasanya 10.5 V. Jadi untuk pengiraan kami, kami akan menganggap 10.5 V sebagai nilai bekalan untuk V _{dalam (min)}.

Giliran Utama

Formula standard untuk mengira bilangan giliran utama diberikan di bawah:

N _(pertama)= V _{dalam (kata nama)}x 10⁸/ 4 x f x B _maksx KE _c

Di sini N _(pertama)merujuk kepada nombor giliran utama. Oleh kerana kita telah memilih topologi tekan tekan tekan tengah dalam contoh kita, hasil yang diperoleh akan menjadi separuh daripada jumlah giliran yang diperlukan.

• Wain _{(nama terakhir)}= Voltan Input Purata. Oleh kerana voltan bateri purata kami ialah 12V, mari kita ambil Wain _{(nama terakhir)}= 12.
• f = 50 kHz, atau 50,000 Hz. Ini adalah frekuensi beralih yang disukai, seperti yang dipilih oleh kami.
• B _maks= Ketumpatan fluks maksimum di Gauss. Dalam contoh ini, kita akan menganggap B _maksberada dalam lingkungan 1300G hingga 2000G. Ini adalah nilai standard kebanyakan teras pengubah berdasarkan ferit. Dalam contoh ini, mari kita selesaikan pada 1500G. Jadi kita ada B _maks= 1500. Nilai lebih tinggi daripada B _makstidak digalakkan kerana ini boleh mengakibatkan pengubah mencapai titik tepu. Sebaliknya, nilai yang lebih rendah dari B _maksboleh mengakibatkan intinya kurang digunakan.
• KE_c= Kawasan Keratan Lintang Berkesan dalam cm^dua. Maklumat ini dapat dikumpulkan dari lembaran data teras ferit . Anda juga mungkin menemui A_cdipersembahkan sebagai A_adalah. Untuk nombor teras ETD39 yang dipilih, luas keratan rentas berkesan yang disediakan dalam lembaran data adalah 125mm^dua. Ia sama dengan 1.25cm^dua. Oleh itu kita mempunyai, A_c= 1.25 untuk ETD39.

Angka di atas memberi kita nilai untuk semua parameter yang diperlukan untuk mengira putaran utama transformer penyongsang SMPS kami. Oleh itu, menggantikan nilai masing-masing dalam formula di atas, kita mendapat:

N _(pertama)= V _{dalam (kata nama)}x 10⁸/ 4 x f x B _maksx KE _c

N _(pertama)= 12 x 10⁸/ 4 x 50000 x 1500 x 1.2

N _(pertama)= 3.2

Oleh kerana 3.2 adalah nilai pecahan dan sukar dilaksanakan secara praktikal, kami akan membundarkannya kepada 3 putaran. Walau bagaimanapun, sebelum menyelesaikan nilai ini, kita harus menyiasat sama ada nilai tersebut B _maksmasih serasi dan berada dalam julat yang boleh diterima untuk nilai 3 baru ini.

Kerana, penurunan jumlah giliran akan menyebabkan kenaikan berkadar dalam B _maks, oleh itu menjadi mustahak untuk memeriksa apakah peningkatan B _maksmasih dalam lingkungan yang boleh diterima untuk 3 giliran utama kami.

Pemeriksaan kaunter B _maksdengan menggantikan nilai sedia ada berikut yang kita dapat:
Wain _{(nama terakhir)}= 12, f = 50000, N _di= 3, KE _c= 1.25

B _maks= V _{dalam (kata nama)}x 10⁸/ 4 x f x N _(pertama)x KE _c

B _maks= 12 x 10⁸/ 4 x 50000 x 3 x 1.25

B _maks= 1600

Seperti yang dapat dilihat yang baru B _maksnilai untuk N _(pada)= 3 putaran kelihatan baik dan berada dalam jarak yang boleh diterima. Ini juga menunjukkan bahawa, jika bila-bila masa anda merasa seperti memanipulasi bilangan N _(pertama)bertukar, anda mesti memastikannya sesuai dengan yang baru B _maksnilai.

Sebaliknya, mungkin untuk menentukan terlebih dahulu B _maksuntuk bilangan giliran primer yang diingini dan kemudian sesuaikan jumlah giliran ke nilai ini dengan mengubah suai pemboleh ubah lain dalam formula dengan sesuai.

Giliran Menengah

Sekarang kita tahu bagaimana mengira sisi utama pengubah penyongsang ferit SMPS, sudah tiba masanya untuk melihat sisi lain, iaitu sekunder pengubah.

Oleh kerana nilai puncaknya mestilah 310 V untuk sekunder, kami menginginkan nilai bertahan untuk keseluruhan julat voltan bateri bermula dari 13 V hingga 10.5 V.

Tidak syak lagi kita harus menggunakan sistem maklum balas untuk mengekalkan tahap voltan keluaran yang tetap, untuk mengatasi voltan bateri rendah atau kenaikan arus beban.

Tetapi untuk ini mesti ada beberapa margin atas atau ruang depan untuk memudahkan kawalan automatik ini. Margin A +20 V kelihatan cukup bagus, oleh itu kami memilih voltan puncak output maksimum sebagai 310 + 20 = 330 V.

Ini juga bermaksud bahawa pengubah mesti dirancang untuk mengeluarkan 310 V pada voltan bateri 10.5 terendah.

Untuk kawalan maklum balas, kita biasanya menggunakan litar PWM yang dapat menyesuaikan diri, yang memperluas lebar nadi semasa bateri rendah atau beban tinggi, dan mempersempitnya secara berkadar tanpa beban atau keadaan bateri yang optimum.

Ini bermaksud, pada keadaan bateri rendah PWM harus secara automatik menyesuaikan diri dengan putaran tugas maksimum, untuk mempertahankan output 310 V yang ditentukan. PWM maksimum ini dapat diandaikan sebagai 98% dari jumlah kitaran tugas.

Jurang 2% dibiarkan untuk masa mati. Waktu mati adalah jurang voltan sifar antara setiap frekuensi separuh kitaran, di mana MOSFET atau peranti kuasa tertentu tetap ditutup sepenuhnya. Ini memastikan keselamatan terjamin dan mencegah tembakan melintasi MOSFET semasa tempoh peralihan pusingan tarikan tolak.

Oleh itu, bekalan input akan minimum apabila voltan bateri mencapai tahap minimum, iaitu ketika V _dalam= V _{dalam (min)}= 10.5 V. Ini akan menyebabkan kitaran tugas berada pada tahap maksimum 98%.

Data di atas dapat digunakan untuk mengira voltan rata-rata (DC RMS) yang diperlukan untuk sisi utama transformer untuk menghasilkan 310 V di sekunder, ketika bateri minimum 10.5 V. Untuk ini kita mengalikan 98% dengan 10.5, sebagai ditunjukkan di bawah:

0,98 x 10,5 V = 10,29 V, ini adalah nilai voltan yang sepatutnya dimiliki oleh pengubah utama kami.

Sekarang, kita mengetahui voltan sekunder maksimum iaitu 330 V, dan kita juga mengetahui voltan primer iaitu 10.29 V. Ini membolehkan kita mendapatkan nisbah kedua sisi seperti: 330: 10.29 = 32.1.

Oleh kerana nisbah peringkat voltan adalah 32.1, nisbah putaran juga harus dalam format yang sama.

Maksudnya, x: 3 = 32.1, di mana x = putaran sekunder, 3 = putaran utama.

Dengan menyelesaikannya, kita dapat dengan cepat memperoleh nombor giliran sekunder

Oleh itu giliran sekunder adalah = 96.3.

Angka 96.3 adalah jumlah lilitan sekunder yang kita perlukan untuk transformer penyongsang ferit yang sedang kita rancang. Seperti yang dinyatakan sebelumnya kerana fraksional vales sukar dilaksanakan secara praktikal, kami membundarkannya menjadi 96 putaran.

Ini menyimpulkan pengiraan kami dan saya harap semua pembaca di sini mesti menyedari cara mengira transformer ferit untuk litar penyongsang SMPS tertentu.

Mengira Penggulungan Bantu

Penggulungan tambahan adalah penggulungan tambahan yang mungkin diperlukan oleh pengguna untuk beberapa pelaksanaan luaran.

Katakan, bersamaan dengan 330 V di sekunder, anda memerlukan penggulungan lain untuk mendapatkan 33 V untuk lampu LED. Kami mengira pertama sekunder: bantu nisbah putaran berkenaan dengan penilaian penggulungan sekunder 310 V. Rumusannya adalah:

N_KE= V_sek/ (V_kepada+ V_d)

N_KE= sekunder: nisbah bantu, V_sek= Voltan pembetulan terkawal sekunder, V_kepada= voltan tambahan, V_d= Nilai penurunan hadapan diod untuk diod penerus. Oleh kerana kita memerlukan diod berkelajuan tinggi di sini, kita akan menggunakan penerus schottky dengan V_d= 0.5V

Menyelesaikannya memberi kita:

N_KE= 310 / (33 + 0.5) = 9.25, mari kita bulatkan menjadi 9.

Sekarang mari kita ketahui jumlah lilitan yang diperlukan untuk penggulungan tambahan, kita mendapatkannya dengan menerapkan formula:

N_kepada= N_sek/ N_KE

Di mana N_kepada= giliran tambahan, N_sek= selekoh sekunder, N_KE= nisbah bantu.

Dari hasil sebelumnya kami mempunyai N_sek= 96, dan N_KE= 9, menggantikannya dengan formula di atas kita dapat:

N_kepada= 96/9 = 10.66, bulat memberikan kita 11 giliran. Oleh itu, untuk mendapatkan 33 V, kita memerlukan 11 putaran di bahagian kedua.

Oleh itu, dengan cara ini, anda dapat mengukur belitan tambahan mengikut pilihan anda sendiri.

Mengakhiri

Dalam catatan ini, kami belajar bagaimana mengira dan merancang transformer penyongsang berasaskan teras ferit, menggunakan langkah-langkah berikut:

• Kirakan giliran primer
• Hitung selekoh sekunder
• Tentukan dan Sahkan B _maks
• Tentukan voltan sekunder maksimum untuk kawalan maklum balas PWM
• Cari nisbah giliran sekunder utama
• Hitung bilangan giliran sekunder
• Hitung putaran penggulungan tambahan

Dengan menggunakan formula dan pengiraan yang disebutkan di atas, pengguna yang berminat dapat dengan mudah merancang penyongsang berasaskan ferit core yang disesuaikan untuk aplikasi SMPS.

Untuk pertanyaan dan keraguan, sila gunakan kotak komen di bawah, saya akan cuba menyelesaikannya secepat mungkin