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So berechnen Sie den SMPS-Transformator

Feb 22, 2021

HANG TUNG TRANSFORMER INDUCTOR CHOKE COIL FILTER


Am Ausgang aller Vorwärtswandler wird ein SMPS-Transformator sichtbar. Konverter, die die Vorwärts-, Gegentakt-, Halbbrücken- und Vollbrückentopologie anwenden, sind typischerweise Vorwärtsmoduswandler. Daher verwendet die Berechnung der Ausgangsinduktivität die äquivalenten Techniken für 4 dieser Arten von weit verbreiteten Topologien. Die eigentliche Absicht hinter der Ausgangsinduktivität besteht immer darin, die Last in nahezu jedem Schaltzyklus bei jedem Ausschalten der Leistungsgeräte (BJTs, MOSFETs oder IGBTs) mit Strom zu versorgen. Der elektrische Betrieb des SMPS-Transformators besteht immer darin, die rechteckigen Schaltimpulse (pulsbreitenmodulierte Signale mit sich änderndem Arbeitszyklus) zu Gleichstrom zu kombinieren. Der nach dem Induktor positionierte Kondensator glättet den Gleichstrom in einen welligkeitsfreien Gleichstrom.


Die Berechnung des SMPS-Transformators ist ziemlich einfach. Meistens kann ein selbstspaltiger Toroidkern verwendet werden. Ferritkerne mit Lücken (die für Ferrittransformatoren verwendeten Typen, z. B. ETD39) können möglicherweise problemlos gewöhnt werden.

HT ETD TRANSFORMER

Die Formel zur Bestimmung der Ausgangsinduktivität lautet:

L (min)=[Vin (max) - V (out) x T (ON) / 1,4 x Iout (min)

Vin (max)=maximale Spannung neben dem Ausgangsgleichrichter innerhalb dieses spezifischen Ausgangs.
Vout=Ausgangsspannung.
Toff (est)=voraussichtliche Einschaltzeit des Leistungsgeräts bei maximaler Eingangsspannung.
Iout (min)=am wenigsten starker erwarteter Laststrom, um diese Ausgabe zu erreichen.

Aus der obigen Formel wird L (min) bestimmt, was die minimale empfohlene Induktivität ist, unterhalb derer der Kern bei dem niedrigsten Nennlaststrom für diesen spezifischen Ausgang vom Fluss befreit wird.


Stellen Sie sicher, dass Sie einen Stromkreis planen, der das Funktionieren ohne Last ermöglicht. Ohne Frage können Sie Iout (min) nicht durch Null ersetzen, da dies zu einer L (min) -Zahl von unendlich beitragen könnte. Und das ist doch nicht vorstellbar, oder?

Was bedeutet, dass Sie erreichen müssen, dass Sie sich für den am wenigsten zulässigen Strom entscheiden sollten.

Arbeiten Sie mit einer Widerstandslast am Ausgang der Stromquelle, damit diese kaum Last hat, liefert diese Widerstandslast die minimale Last.

Iout (min) muss signifikant genug sein, dass L (min) sicherlich nicht übermäßig groß ist; es sollte außerdem nicht übermäßig massiv sein, was aufgrund der Verlustleistung im Ausgangswiderstand zu übermäßigen Leistungsdefiziten und damit zu einem negativen Wirkungsgrad führen kann.

Üblicherweise wird dieser Widerstand als Scheinlast bezeichnet, deren ausschließliches Ziel es ist, immer die minimale Last anzubieten, wenn am Ausgang des Wandlers / der Stromversorgung kaum eine andere Last vorhanden ist.

Da wir die minimal benötigte Induktivität verstehen, sollten wir die Anzahl der Windungen verstehen, die in unserem Kern enthalten sein müssen.


Durch das Datenblatt des Kerns ermitteln Sie die AL-Größe. Dies bedeutet die Induktivität bei jeder Umdrehung im Quadrat:

AL=L / N ^ 2


L ist die Induktivität und N ist die Anzahl der Windungen. Implementierung von M als Argument:

L=√ L / AL


Daher ist hier die Formel, die verwendet werden kann, um die Anzahl der Windungen herauszufinden, wenn wir die bevorzugte Induktivität identifizieren.

Gelegentlich sind Sie wahrscheinlich nicht mit der AL-Bewertung vertraut. Möglicherweise finden Sie die Komponentenspezifikation des Kerns, den Sie besitzen, nicht heraus, wodurch das Datenblatt nicht identifiziert werden kann.

Unabhängig von der Erklärung ist es möglich, die AL-Bewertung experimentell zu identifizieren.

Führen Sie mehrere Windungen aus und bestimmen Sie mit einem L-Meter die Induktivität. Messen Sie danach die Induktivität für Sätze mit vielen verschiedenen Windungen.

Wiederholen Sie diesen Vorgang für alle ausgewählten Windungen. Bestimmen Sie daher die Induktivität für beispielsweise 5, 10, 20, 40 Windungen, und bestimmen Sie dann für jede einzelne den AL-Wert. Ermitteln Sie den durchschnittlichen AL-Wert.

Eines der Dinge, die getan werden können, ist, dass Sie einen Graphen von L gegen N2 skizzieren können. Der Gradient der effektivsten Übereinstimmungslinie könnte möglicherweise der AL-Wert sein. Sie können den Gradienten der „Regressionslinie“ auch mathematisch bestimmen. Übung, welcher Kurs auch immer Sie erkennen, ist der schnellste.

Lassen Sie uns in diesem Moment einen konkreten Fall untersuchen, um genau das zu lösen, was Sie bis zu diesem Zeitpunkt verstanden haben.

Nehmen wir an, unser Konverter ist ein Halbbrückenkonverter.

Die Eingangsspannung für den Wandler unterscheidet sich von 150 VAC (212 VDC) bis 250 VAC (354 VDC). Die Ausgangsspannung des Wandlers kann 14 VDC betragen. Die Wendefrequenz beträgt 50 kHz.

Primärtransformator: 26 Umdrehungen
Transformator sekundär: 4+4 Umdrehungen

Die Formel zur Berechnung der minimalen wesentlichen Induktivität lautet:

L (min)=[Vin (max) - V (out) x T (ON) / 1,4 x Iout (min)


Wir müssen die Ausgangsspannung mit dem Transformator sekundär bei 354VDC Eingang auswerten, das kann unsere optimale Eingangsspannung sein.

Wir werden glauben, dass der Spannungsabfall infolge der Gleichrichterdiode 1 V beträgt. Folglich beträgt die typische Ausgangsspannung innerhalb der Transformatorsekundärseite 15 V. Transformatorwindungsverhältnis (primär: sekundär)=26: 4=6,5

Somit beträgt die typische Sekundärspannung zu jedem Zeitpunkt 15 V, die typische Spannung am Primärtransformator 6,5 × 15 V=97,5 V. Wenn das Tastverhältnis 100% betrug, könnte die Spannung am Primärtransformator des Transformators durchaus 177 V betragen (50% der Zwischenkreisspannung - Halbbrückentopologie berücksichtigen). Daher beträgt das Tastverhältnis (97,5 / 177) * 100%=55%.

Die durchschnittliche Ausgangsspannung an der Sekundärseite des Transformators beträgt 15 V, was einem Tastverhältnis von 55% entspricht. Folglich beträgt die maximale Ausgangsspannung 15 V / 0,55=27,3 V, und dann wird eine Diodenreduzierung von 1 V angenommen. Daher beträgt Vin (max) 26,3 V.

Bei optimaler Eingangsspannung ist das Tastverhältnis wahrscheinlich am kleinsten. Dies kann jederzeit der Fall sein, wenn die Freizeit am größten ist.

Wir haben jetzt einen Tastverhältniswert von 55% ermittelt - dies ist tatsächlich die minimale Tastverhältniszahl. Da die Schaltfrequenz 50 kHz beträgt, beträgt die Zeitdauer 20 us. Die Ausschaltdauer beträgt 0,45 * 20 us=9 us. Welches ist unser Toff (est).


Nehmen wir an, dass die bestimmte minimale Last 500 mA Strom ziehen wird. Bei einem Ausgang von 14 V und einem Strom von 500 mA beträgt die im Ausgangswiderstand verbrauchte Elektrizität wahrscheinlich:

P=VI=14 × 0,5 W=7 Watt

Das ist sicherlich viel Kraft! Falls es akzeptabel ist, verwenden Sie auf jeden Fall eine Mindestlast von 500 mA. Wenn Sie die Mindestlast auf 250 mA reduzieren möchten, reduzieren Sie die Verlustleistung (oben) auf 3,5 W.

Deshalb haben wir jetzt alle wesentlichen Variablen herausgefunden. Verbinden wir diese mit der Formel.

L (min)=(26,3 - 14) · 9 · 10 & supmin; & sup6; / 1,4 · 0,25

= 316 uH

Dies ist oft die minimale erwartete Induktivität. Sie können auch eine Induktivität verwenden, die höher ist als die festgelegte Mindestanzahl, wenn Sie bedenken, dass Sie die minimale wesentliche Induktivität ermittelt haben.

Nehmen wir an, wir nutzen eine Induktivität von 450µH. Nehmen wir an, wir haben einen Toroidkern mit einer AL-Bewertung von 64 nH pro Umdrehung im Quadrat ausgewählt.

Zunächst beträgt die erwartete Induktivität 316 µH, was 316000 nH entsprechen könnte.

Daher ist der bevorzugte Drehbereich:

Es können möglicherweise 70 oder 71 Umdrehungen sein. Dies ist oft für 316µH.

In Bezug auf 450µH:

Lassen Sie&dies um 84 Umdrehungen machen.

Jetzt wissen Sie also, wie SMPS-Transformatorumdrehungen zu Hause berechnet werden. Mit dieser einfachen Lösung können Sie die erforderliche Ausgangsinduktivität für jeden Konverter ermitteln, bei dem die Vorwärts-, Gegentakt-, Halbbrücken- oder Vollbrücke verwendet wird Topologie. Es ist mühelos und wir hoffen, dass ich persönlich die Gelegenheit hatte, Sie ohne Zweifel verstehen zu lassen. Ich möchte mich über Ihr Feedback und Ihre Meinung freuen!

Hang Tung Ltd China.