Verimli bir Güç Kaynağı devresi tasarlamak daha az zorluk değildir. SMPS devreleriyle zaten çalışmış olanlar, geri dönüş transformatörü tasarımının verimli bir güç kaynağı devresinin tasarlanmasında hayati bir rol oynadığını kolayca kabul edebilirler. Çoğu zaman bu transformatörler, tasarımımıza tam olarak uyan aynı parametrede rafta mevcut değildir. Bu trafo tasarım eğitimindeDevre tasarımımızın gerektirdiği şekilde kendi transformatörümüzü nasıl inşa edeceğimizi öğreneceğiz. Bu öğreticinin, daha sonra başka bir öğreticide, pratik gösterim için yukarıdaki resimde gösterildiği gibi el yapımı bir transformatör ile bir 5V 2A SMPS devresi oluşturacağımız teoriyi kapsadığını unutmayın. Transformatörde tamamen yeniyseniz, işlemleri daha iyi anlamak için lütfen Transformer'in Temelleri makalesini okuyun.
SMPS transformatöründeki parçalar
Bir SMPS transformatör tasarımı, transformatörün performansından doğrudan sorumlu olan farklı transformatör parçalarına sahiptir. Bir transformatörde bulunan parçalar aşağıda açıklanmıştır, her bir parçanın önemini ve transformatör tasarımınız için nasıl seçilmesi gerektiğini öğreneceğiz. Bu parçalar çoğu durumda diğer transformatör türleri için de aynı kalır.
Çekirdek
SMPS, anahtar modlu güç kaynağı birimi anlamına gelir. Bir SMPS transformatörünün özellikleri, çalıştıkları frekansa büyük ölçüde bağlıdır. Yüksek anahtarlama frekansı, bu yüksek frekanslı daha küçük SMPS transformatörlerini seçme olanaklarını açar, SMPS transformatörleri ferrit çekirdekleri kullanır.
Transformatör göbeği tasarımı bir en önemli şey transformatör yapı SMPS. Bir çekirdek, çekirdek malzemesine, çekirdek boyutuna ve çekirdek tipine bağlı olarak farklı türde bir A L'ye (Aralıksız çekirdek endüktans Katsayısı) sahiptir. Popüler çekirdek malzemesi türü N67, N87, N27, N26, PC47, PC95 vb. Ayrıca, ferrit çekirdek üreticisi, transformatörünüz için çekirdeği seçerken faydalı olacak ayrıntılı parametreler veri sayfasında sağlar.
Örneğin, burada popüler çekirdek EE25'in bir veri sayfası var.
Yukarıdaki görüntü, oldukça popüler bir çekirdek üreticisi TDK'dan gelen PC47 malzemesinin EE25 çekirdeğinin bir veri sayfasıdır. Transformatör yapımı için her bir bilgi parçasına ihtiyaç duyulacaktır. Bununla birlikte, Çekirdekler çıkış watt ile doğrudan bir ilişkiye sahiptir, bu nedenle SMPS'nin farklı watt değeri için farklı şekil ve boyutta çekirdek gereklidir.
İşte watt değerine bağlı olarak çekirdeklerin listesi. Liste, 0-100W yapısına dayanmaktadır. Listenin kaynağı, Güç Entegrasyonu belgelerinden alınmıştır. Bu tablo, transformatör tasarımınız için watt değerine göre doğru çekirdeği seçmeniz için faydalı olacaktır.
| Maksimum Çıkış Gücü | TIW yapımı için ferrit çekirdekler | Kenar Yara yapımı için ferrit çekirdekler |
| 0-10W |
EPC17, EFD15, EE16, EI16, EF15, E187, EE19, EI19 |
EEL16, EF20, EEL19, EPC25, EFD25 |
| 10-20 W |
EE19, EI19, EPC19, EF20, EFD20, EE22, EI22 |
EEL19, EPC25, EFD25, EF25 |
| 20-30 W | EPC25, EFD25, E24 / 25, EI25, EF25, EI28 |
EPC30, EFD30, EF30, EI30, ETD29, EER28 |
| 30-50 W |
EI28, EF30, EI30, ETD29, EER28 |
EI30, ETD29, EER28,
EER28L, EER35 |
| 50-70W |
EER28L, ETD34, EI35, EER35 |
EER28L, ETD34, EER35, ETD39 |
| 70-100 W |
EPC30, EFD30, EF30, EI30, ETD29, EER28 |
EER35, ETD39, EER40, E21 |
Burada TIW terimi, Üçlü yalıtımlı tel yapımı anlamına gelir. E çekirdekleri en popüler olanlardır ve SMPS transformatörlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, E çekirdeklerinin EE, EI, EFD, ER, vb. Gibi birkaç durumu vardır. Hepsi 'E' harfine benzer, ancak orta kısım her madde için farklıdır. Yaygın E çekirdek türleri aşağıda resimlerin yardımıyla gösterilmektedir.
EE Çekirdeği
EI Çekirdeği
ER Çekirdeği
EFD Çekirdeği
Bobin
Bobin, çekirdeklerin ve sargıların muhafazasıdır. Bir bobin, tel çaplarını ve transformatörün yapısını hesaplamak için gerekli olan etkin bir genişliğe sahiptir. Sadece bu değil, bir transformatör bobininin de birincil sargıların bilgilerini sağlayan noktalı bir işareti vardır. Yaygın olarak kullanılan EE16 transformatör bobini aşağıda gösterilmiştir
Birincil sargı
Sargı SMPS transformatör daha ikincil sargı ya da bir yardımcı sargı hav olabilir tasarıma dayanan, bir primer sargısına ve sekonder sargısının bir en az olacaktır. Birincil sargı, bir transformatörün ilk ve en içteki sargısıdır. Doğrudan bir SMPS'nin birincil tarafına bağlanır. Genellikle birincil taraftaki sargı sayısı, transformatörün diğer sargılarından daha fazladır. Bir transformatörde Birincil sargıyı bulmak kolaydır; birincil sargı için transformatörün nokta tarafının kontrol edilmesi yeterlidir. Genellikle mosfet'in yüksek voltaj tarafında bulunur.
Bir SMPS şemasında, transformatörün birincil tarafına bağlanan yüksek voltaj kapasitöründen yüksek voltaj DC'yi fark edebilirsiniz ve diğer ucu güç sürücüsüne (Dahili mosfet boşaltma pimi) veya ayrı bir yüksek voltajlı MOSFET'in boşaltma pimi ile bağlıdır..
İkincil sargı
İkincil sargı, voltajı ve birincil taraftaki akımı gerekli değere dönüştürür. İkincil çıkışın bulunması, bazı SMPS tasarımlarında olduğu gibi, transformatörün genellikle birden çok ikincil çıkışa sahip olması gibi biraz karmaşıktır. Bununla birlikte, bir SMPS devresinin çıkış veya düşük voltaj tarafı genellikle ikincil sargıya bağlanır. İkincil sargının bir tarafı DC, GND'dir ve diğer tarafı çıkış diyotuna bağlanır.
Tartışıldığı gibi, bir SMPS transformatörünün birden fazla çıkışı olabilir. Bu nedenle bir SMPS transformatörünün birden fazla sekonder sargısı da olabilir.
Yardımcı sargılar
Sürücü devresinin , sürücü IC'sine güç sağlamak için ek bir voltaj kaynağına ihtiyaç duyduğu farklı SMPS tasarımı türleri vardır. Yardımcı sargı, bu ek voltajı sürücü devresine sağlamak için kullanılır. Örneğin, sürücü IC'niz 12V'de çalışıyorsa, SMPS transformatörü bu IC'ye güç sağlamak için kullanılabilecek bir yardımcı çıkış sargısına sahip olacaktır.
Yalıtım bandı
Transformatörlerin farklı sargılar arasında elektrik bağlantısı yoktur. Bu nedenle, farklı sargıları sarmadan önce, yalıtım bantlarının ayırma için sargıların etrafına sarılması gerekir. Tipik polyester bariyer bantları, farklı bobin türleri için farklı genişlikte kullanılır. Bantların kalınlıklarının izolasyon sağlamak için 1-2mil olması gerekmektedir.
Trafo Tasarım Adımları:
Artık bir transformatördeki temel unsurları bildiğimize göre, kendi transformatörümüzü tasarlamak için aşağıdaki adımları takip edebiliriz.
Adım 1 : İstenilen çıktı için doğru çekirdeği bulun. Yukarıdaki bölümde listelenen doğru çekirdekleri seçin.
Adım 2 : Birincil ve ikincil dönüşleri bulma.
Birincil ve İkincil dönüşler birbirine bağlıdır ve diğer parametrelere bağlıdır. Transformatör tasarım formül birinci ve ikinci döner vardır-hesaplamak
Nerede,
N p birincil dönüşler, N s ikincil dönüşlerdir, Vmin minimum giriş voltajıdır, Vds , Power Mosfet'in kaynak gerilimine giden drenajdır, Vo , çıkış voltajıdır
Vd , çıkış diyotları ileri voltaj düşüşüdür
Ve Dmax , maksimum görev döngüsüdür.
Bu nedenle, Birincil ve ikincil dönüşler birbirine bağlıdır ve bir dönüş oranına sahiptir. Yukarıdaki hesaplamadan oran ayarlanabilir ve böylece ikincil dönüşler seçilerek birincil dönüşler bulunabilir. İyi uygulama, ikincil sargının çıkış voltajı başına 1 tur kullanmaktır.
Adım 3: Bir sonraki aşama, transformatörlerin birincil endüktansını bulmaktır. Bu, aşağıdaki formülle hesaplanabilir,
Nerede, P 0 çıkış gücüdür, z kayıp dağıtım faktörüdür, n verimlilik, f s, anahtarlama frekansıdır, I p , tepe birincil akımdır, K RP, dalgalanma akımının tepe noktasına oranıdır.
Adım 4: Sonraki aşama, istenen boşluklu çekirdek için etkili endüktansı bulmaktır.
Yukarıdaki görüntü boşluklu çekirdeğin ne olduğunu göstermektedir. Boşluk, çekirdek birincil endüktans değerini istenen bir değere düşürmek için kullanılan bir tekniktir. Çekirdek üreticileri, istenen LG derecelendirmesi için boşluklu çekirdek sağlar. Değer mevcut değilse, çekirdekler arasına ara parçalar eklenebilir veya istenen değeri elde etmek için öğütülebilir.
Adım 5: Bir sonraki adım, birincil ve ikincil tellerin çapını bulmaktır. Milimetre cinsinden birincil tellerin çapı
Burada, BW E etkin bobin genişliğidir ve N p birincil sarım sayısıdır.
İkinci tellerin çapı mm olarak IS-
BW E efektif bobin genişliğidir, N S ikincil sarım sayısıdır ve M her iki taraftaki marjdır. Tellerin AWG veya SWG standardına dönüştürülmesi gerekir.
İkincil iletken için, cilt etkisinin artması nedeniyle 26 AWG'den büyük olmasına izin verilmez. Böyle bir durumda paralel teller yapılabilir. Paralel tel sargısında, bu, ikincil taraf için ikiden fazla telin sarılması gerektiği anlamına gelir, her bir telin çapı, transformatörün ikincil tarafı boyunca daha kolay sarma için gerçek tek tel değeri adına olabilir. Bu nedenle, tek bir bobin üzerinde çift telli bazı transformatörler bulursunuz.
Bu tamamen SMPS transformatörünü tasarlamakla ilgili. Tasarımla ilgili kritik karmaşıklık nedeniyle, güç entegrasyonu için PI Expert veya ST'den Viper gibi SMPS tasarım yazılımı, SMPS transformatörünü gerektiği gibi değiştirmek ve yapılandırmak için araçlar ve mükemmeller sağlar. Daha pratik bir pozlama elde etmek için, şimdiye kadar tartışılan noktaları kullanarak kendi transformatörümüzü oluşturmak için PI Expert'i kullandığımız bu 5V 2A SMPS tasarım öğreticisine göz atabilirsiniz.
Öğreticiyi anladığınızı ve yeni bir şeyler öğrenmekten keyif aldığınızı umuyoruz. Herhangi bir sorunuz varsa, lütfen bunları yorum bölümünde bırakmaktan veya daha hızlı yanıt almak için forumlarda yayınlamaktan çekinmeyin.