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Erfahren Sie, wie Sie Ihren eigenen Transformator für SMPS-Netzteilschaltungen entwerfen

Feb 19, 2021

Wie kann man Transformatoren für SMPS-Netzteilschaltungen entwerfen?

Entwerfen eines effizientenStromversorgungskreisist nicht weniger eine Herausforderung. Diejenigen, die bereits mit SMPS-Schaltungen gearbeitet haben, würden leicht zustimmen, dass dieFlyback-Transformator-Designeine entscheidende Rolle bei der Entwicklung eines effizienten Stromversorgungskreises. Meistens sind diese Transformatoren nicht aus dem Regal erhältlich in genau dem gleichen Parameter, der zu unserem Design passt. Also in diesemTransformator-Design-Tutorialwir werden lernen, wie man unseren eigenen Transformator baut, wie es unser Schaltungsdesign erfordert. Beachten Sie, dass dieses Tutorial nur die Theorie behandelt, mit der wir später in einem anderen Tutorial eine5V 2A SMPS Schaltungmit einem handgefertigten Transformator, wie in der Abbildung oben gezeigt für die praktische Belichtung. Wenn Sie völlig neu im Transformator sind, lesen Sie bitte dieGrundlagen des TransformatorsArtikel, um das Verfahren besser zu verstehen.


Teile in einem SMPS-Transformator

EineSMPS-Transformator-Designhat andereTransformatorenteiledie direkt für die Leistung des Transformators verantwortlich sind. dasTeile in einem Transformatorwerden unten erläutert, erfahren wir, wie wichtig jedes Teil ist und wie es für Ihr Transformatordesign ausgewählt werden sollte. Diese Teile halten in den meisten Fällen für andereTransformatorentypenAuch.

Kern

SMPS steht für Switch-Mode-Netzteil. Die Eigenschaften eines SMPS-Transformators sind stark von der Frequenz abhängig, in der sie arbeiten. Hohe Schaltfrequenz eröffnet die Möglichkeit, kleinere SMPS-Transformatoren diese Hochfrequenz-, SMPS-TransformatorenFerritkerne.

dasTransformatorkern-Designist das Wichtigste in einer SMPS-Transformatorkonstruktion. Ein Kern hat eine andere Art vonEineL(Ungapped Core Inductance Coefficient)je nach Kernmaterial, Kerngröße und Kerntyp. BeliebtArt des Kernmaterialssind N67, N87, N27, N26, PC47, PC95, etc. Auch der Hersteller von Ferritkernen liefert detaillierte Parameter im Datenblatt, dieAuswahl des Kerns für Ihren Transformator

Zum Beispiel hier ist ein Datenblatt des beliebten Kerns EE25.

Datasheet of Core EE25 for SMPS Transformer

EE25 TransformatorKern


Das obige Bild ist ein DatenblattEE25-Kern von PC47Material des beliebten Kernherstellers TDK. Für den Transformatorenbau wird jede information benötigt. Kerne haben jedoch eine direkte Beziehung zur Ausgangsleistung, daher sind für unterschiedliche Wattleistung von SMPS unterschiedliche Form und Größe der Kerne erforderlich.


Hier ist die Liste der Kerne, abhängig von der Wattleistung. Die Liste basiert auf 0-100W Konstruktion. Die Quelle der Liste stammt ausPower IntegrationDokumentation. Diese Tabelle ist nützlich, umWählen Sie den richtigen Kern für Ihr Transformatordesignbasierend auf seiner Wattleistung.

hang tung smps transformer inductor core power


Hier der Begriff,TIWsteht fürDreifach isolierte Drahtkonstruktion. Die E-Kerne sind die beliebtesten und sind weit verbreitet in SMPS-Transformatoren verwendet. E-Kerne haben jedoch mehrere Fälle, wie EE, EI, EFD, ER usw. Sie sehen alle aus wie der Buchstabe 'E', aber der mittelteilige Teil ist für jede Substanz unterschiedlich. Die gemeinsameTypen von E-Kernenwerden unten mit Hilfe von Bildern dargestellt.

EE-Kern

EE Core in Transformer for SMPS Power Supply Circuits

EI-Kern

EI Core in Transformer for SMPS Power Supply Circuits

ER Kern

ER Core In Transformer for SMPS Power Supply Circuits

EFD-Kern

    EFD Core in Transformer for SMPS Power Supply Circuits

Spule

Ein Spulen ist dieGehäuse von Kernen und Wicklungen. Ein Spulen hat eine effektive Breite, die wichtig ist, um die Drahtdurchmesser und die Konstruktion des Transformators zu berechnen. Nicht nur das, ein Spulen eines Transformators hat auch einegepunktete Markedie informationen über Primärwicklungen liefert. Die häufig verwendete EE16-Transformatorspuln wird unten gezeigt

Bobbin inTransformer for SMPS Power Supply Circuits

Primärwicklung

dasSMPS-Transformatorwicklungwird eine Primärwicklung und mindestens eine Sekundärwicklung haben, basierend auf der Konstruktion könnte es mehr Sekundärwicklung oder eine Hilfswicklung haben. Die primäre Wicklung ist die erste undinnerste Wicklungeines Transformators. Es ist direkt mit der primären Seite eines SMPS verbunden. In der Regel ist die Anzahl der Wicklung auf der Primärseite größer als andere Wicklungen des Transformators. Die primäre Wicklung in einem Transformator zu finden ist einfach; man muss nur die Punktseite des Transformators auf die Primärwicklung überprüfen. Es befindet sich in der Regel über der Hochspannungsseite desMosfet.

In einem SMPS-Schaltplan können Sie den Hochspannungs-DC aus dem Hochspannungskondensator bemerken, der mit der primären Seite des Transformators verbunden ist, und das andere Ende ist mit dem Leistungstreiber (Interner Mosfet-Drain-Pin) oder mit einem separaten Hochspannungs-MOSFET-Ablaufstift verbunden.


Sekundärwicklung

Sekundärwicklung wandelt die Spannung sowie den Strom auf der Primärseite in den gewünschten Wert um. Die Suche nach dem Sekundärausgang ist etwas komplex, da in einigen SMPS-Designs der Transformator in der Regelhat mehrere sekundäre Ausgänge. Die Ausgangs- oder Niederspannungsseite eines SMPS-Stromkreises ist jedoch in der Regel mit der Sekundärwicklung verbunden. Eine Seite der Sekundärwicklung ist die DC, GND und die andere Seite ist über die Ausgangsdiode verbunden.

Wie bereits erwähnt, kann ein SMPS-Transformator mehrere Ausgänge haben. Daher kann ein SMPS-Transformator auch mehrere Sekundärwicklungen haben.


Hilfswicklungen

Es gibt verschiedene Arten von SMPS-Design, bei dem die Treiberschaltung einezusätzliche Spannungsquelle zum Einschalten des Treiber-IC. Die Hilfswicklung wird verwendet, um diese zusätzliche Spannung an den Treiberkreis zu liefern.  Wenn Ihr Treiber-IC beispielsweise auf 12V arbeitet, verfügt der SMPS-Transformator über eine Zusätzliche Ausgangswicklung, die zur Stromversorgung dieses IC verwendet werden kann.


Isolierband

Transformatoren haben keine elektrische Verbindung zwischen verschiedenen Wicklungen. Daher müssen vor dem Umwickeln verschiedener Wicklungen Isolierbänder um die Wicklungen gewickelt werden, um sie zu trennen. TypischePolyester-Barrierebänderwerden mit unterschiedlicher Breite für verschiedene Arten von Spulen verwendet. Die Dicken der Bänder müssen 1-2mil für die Bereitstellung von Isolierung sein.


Transformator-Design-Schritte:

Nun, da wir die Grundelemente in einem Transformator kennen, können wir die folgenden Schritte befolgen, um unseren eigenen Transformator zu entwerfen

Schritt 1:Finden Sie den richtigen Kern für die gewünschte Ausgabe. Wählen Sie die richtigen Kerne aus, die im obigen Abschnitt aufgeführt sind.

Schritt 2:Finden Sie die primäre und sekundäre Wendung.

Primäre und sekundäre Drehungen sind miteinander verbunden und hängen von anderen Parametern ab. dasTransformator-Design-Formelzur Berechnung der Primär- und Sekundärdrehungen

Transformer Design Formula to Calculate the Primary and Secondary Turns

Wo

NPist die primäre Wendung,

Nsist die sekundäre Wendung,

Vminist die minimale Eingangsspannung,

Vdsist der Abfluss zur Quellspannung des Power Mosfet,

Voist die Ausgangsspannung

Vdist die Ausgangsdioden VorwärtsSpannungsabfall

UndDmaxist der maximale Betriebszyklus.


Daher sind Primär- und Sekundärkurven miteinander verbunden undTurns Ratio. Aus der obigen Berechnung kann das Verhältnis eingestellt werden und so kann man durch Auswahl der Sekundärkurven die primär enpwichtigsten Wendungen herausfinden. Die bewährte Methode besteht darin,1 Umdrehungen pro Ausgangsspannungder Sekundärwicklung.


Schritt 3: Die nächste Stufe besteht darin, die primäre Induktivität der Transformatoren herauszufinden. Dies kann durch die folgende Formel berechnet werden,

Formula for Transformer's Primary Inductance

Wo

P0ist die Ausgangsleistung,

z ist der Verlustallokationsfaktor,

n ist die Effizienz,

Fsist die Schaltfrequenz,

IchPist Spitzenprimärstrom,

KRpist das Wellenstrom-Spitzenverhältnis.


Schritt 4: In der nächsten Phase soll die effektive Induktivität für den gewünschten Gapped-Kern herausgefunden werden.

Formula for Effective Inductance for the Desired Gapped Core

Gapped Core in Transformer for SMPS Power Supply Circuits

Das obige Bild zeigt, was der Gapped-Kern ist. Gapping ist eine Technik, um den Wert der primären Induktivität der Kerne auf einen gewünschten Wert zu reduzieren. Kernhersteller bieten einen Gapped-Kern für gewünschte ALgBewertung. Wenn der Wert nicht verfügbar ist, kann man Abstandshalter zwischen den Kernen hinzufügen oder schleifen, um den gewünschten Wert zu erhalten.


Schritt 5: Der nächste Schritt besteht darin, den Durchmesser von Primär- und Sekundärdrähten herauszufinden.Durchmesser der Primärdrähtein Millimetern ist

Formula for Diameter of Primary Wires

Wo, BWEist die effektive Spulenbreite und NPist die Anzahl der primären Turns.

dasDurchmesser der Sekundärdrähtein Millimetern ist

Formula for Diameter of Secondary Wires

BwEist die effektive Spulenbreite, NSist die Anzahl der sekundären Turns, und M ist der Rand auf beiden Seiten. Die Drähte müssen in AWG- oder SWG-Standard konvertiert werden.

Für den Sekundärleiter ist mehr als 26 AWG aufgrund der Erhöhung derHauteffekt. In diesem Fall können parallele Drähte gebaut werden. Bei paralleler Drahtwicklung, d.h. wenn mehr als zwei Drähte für die Sekundärseite gewickelt werden müssen, kann der Durchmesser jedes Drahtes den tatsächlichen Einzeldrahtwert für eine einfachere Wicklung über die Sekundärseite des Transformators berücksichtigen. Aus diesem Grund finden Sie einige Transformatoren mit zwei Drähten auf einer einzigen Spule.

Dabei geht es um die Konstruktion des SMPS-Transformators. Aufgrund der kritischen designbezogenen Komplexität bietet SMPS-Designsoftware wie PI Expert für Stromintegration oder Viper von ST Tools und Hervorragendes zum Wechseln und Konfigurieren des SMPS-Transformators bei Bedarf. Um eine praktischere Belichtung zu erhalten, können Sie dies5V 2A SMPS Design-Tutorialwo wir PI Expert verwendet, um unseren eigenen Transformator mit den bisher diskutierten Punkten zu bauen.

Hoffe, Sie verstanden das Tutorial und genossen es, etwas Neues zu lernen, wenn Sie Irgendwelche Fragen haben, zögern Sie nicht, sie im Kommentarbereich zu verlassen oder sie in derForenfür eine schnellere Reaktion.