İzolyasiya edilmiş geri dönüşlü (flyback) çevirici dövrələrinin layihələndirilməsi: Transformator Dizaynı (Ədədi dəyərlərin hesablanması)

electronxlab06 Aprel 2020

0 66 4 dəqiqə oxundu

Bir flyback çeviricisi üçün tələb olunan transformatoru dizayn edərkən ilk addımlarından biri, elektrik təchizatı xüsusiyyətlərinə əsaslanaraq, transformatorun dizaynı üçün lazım olan ədədi dəyərlərin hesablanması ilə başlayırıq. Əsasən, hər bir parametr üçün verilən tənliklərə əsasında hesablamalar aparılır. İstinad üçün, BM1P061FJ tətbiq qeydlərində (Application Notes) və dizayn işində istifadə ediləcək IC1 üçün digər sənədlərdə müvafiq transformator dizayn məlumatları verilir. Bu hissədə izah ediləcək hissələrin asan qavranılması üçün aşağıda geniş təsvirlərdən istifadə edilib.

Aşağıda göstərilən dövrə diaqramında, misal üçün verilmiş transformator dövrəsinin T1 hissəsindən çıxarışlar əks olunur. Bura ,giriş-birinci sarğı (Np),çıxış- ikinci sarğı (Ns) ilə yanaşı T1 transformator dövrəsində IC1 üçün VCC gərginliyini yaradan bir sarğı (Nd) daxildir.

T1 transformatorunun dizayn proseduru

Aşağıda sadalanan maddələr bir T1 transformator dizaynını tərtib etmək qaydasını təsvir edir. Aşağıdakı prosedurda ədədi dəyərləri hesablayırsınız və aşağıdakı cədvəldə göstərilən transformator üçün parametrlər əldə edirsiniz. Sarğılarda axan elektrik cərəyanı və işarələr üçün aşağıda sağda göstərilən transformatorun sxematik diaqramına baxın.

(1) Geri dönüş gərginliyinin təyin edilməsi VOR
(2) İkinci sarğınını induktivliyin Ls və cari pik cərəyanın ( side peak current ) hesablanması Ispk
(3) Birinci sarğıda induktivliyin Lp və cari pik cərəyanın (primary peak current) hesablanması Ippk
(4) Transformatorun ölçüsünün müəyyən edilməsi
(5) Birinci dolaqda sarğı sayının hesablanması Np
(6) İkinci dolaqda sarğı sayının hesablanması Ns
(7) VCC dolağının sarğı sayının hesablanması Nd

T1 transformator parametrləri olaraq əldə edilən dəyərlər

Nüvə	Parametr (size)
Lp	Induktivlik
Np	Sarğıların sayı
Ns	Sarğıların sayı
Nd	Sarğıların sayı

(1) Geri dönüş gərginliyinin təyin edilməsi VOR

Geri dönüş gərginliyi VOR, transformatorun sarğıları nisbəti Np: Ns ilə VO hasilinə (the secondary Vout plus the VF for the secondary diode D6) bərabərdir. Geri dönüş gərginliyin VOR təyin edilməsi,sarğıların nisbətini Np: Ns və Duty ratio nisbətini təyin edir. Əsas tənlik və nümunə aşağıda verilmişdir.

Nümunədə, sarğı nisbəti Np: Ns 5.385, Duty (max) isə 0.424 təşkil edir. Təcrübi olaraq arzu olunan Duty (max) dəyəri 0,5 və ya daha azdır. Hesablama 0,5-dən çox bir Duty dəyəri verirsə, VOR tənzimlənməlidir.

Flyback çeviricisinin iş prinsipləri baxımından, birinci sarğıda tətbiq olunan açar tranzistorunun Vd-larını, yəni VIN + VOR miqdarını dəqiq müəyyənləşdirmək üçün başlanğıc nöqtəsi olaraq Flyback gərginliyiinin VOR parametrlərini seçdik. Başqa bir yanaşmada, maksimum DUTY nisbətini başlanğıc nöqtəsi kimi istifadə etmək mümkündür.

Flyback dövrəsinin işləməsi və gərginliklər haqqında ətraflı məlumat üçün “PWM Flyback Converter Operation (Continuous mode)” in “Flyback Converter Basic Circuit and Characteristics” baxın

(2) İkinci sarğının induktivliyi Ls və ikinci tərəfin pik cərəyanının hesablanması ispk

*Ardıcıl olaraq, ikinci tərəf sarğısının induktivliyi Ls və ikinci tərəfin pik cərəyanını Ispk hesablayırıq. Aşağıda verilmiş bərabərlik kritik bir nöqtəni (fasiləsiz və kəsilməyən rejimlər arasındakı bifurcation nöqtəsi) ifadə edir. Yük cərəyanı Iomax-a bərabər olduqda kritik nöqtəyə çatmaq lazımdır.

Aşırı yükdən qorunma nöqtəsi kimi bir limiti təmin etmək üçün, maksimum yük cərəyanı Iout-dan 1,2 dəfə çox olmalıdır. Iout üçün spesifikasiyalar 3A olduğundan, Iomax 3.6A olmalıdır. Texniki şərtlər baxımından Vout 12V-ə bərabər olmalıdır,həmçinin VF və Duty üçün addım (1) -də hesablanmış dəyərlərdən istifadə edilməlidir.

Yuxarıda göstərilən (bərabərliklərdən) tənliklərdən, birinci sarğı induktivliyi Ls = 8.6μH və ikinci pik cərəyan Ispk = 12.5A hesablanmışdır. İstinad üçün birinci və ikinci sarğılarda cərəyanın dalğa formaları yuxarıdakı təsvirlərdə göstərilir.

(3) Birinci sarğının induktivliyi Lp və əsas pik cərəyanının Ippk hesablanması

Növbəti addımda, aşağıda verilmiş tənliklərə əsasən və yuxarıdakı hesablama nəticələrini istifadə edərək, birinci sarğının induktivliyi Lp və birinci (sarğıda) pik cərəyanı Ippk əldə edirik:

burada hesablanmış Lp, T1 transformatoru üçün parametrlər olaraq alınan dəyərlərdən birini təmsil edir.

(4) Transformatorun ölçüsünün müəyyən edilməsi

Transformator nüvəsinin ölçüsü, çıxış gücü Po (W) əsasında müəyyən edilir. Aşağıdakı cədvəl bir geri dönüştürücünün (flyback) ümumi çıxış gücü ilə tələb olunan əsas nüvə ölçüsü arasındakı əlaqəni göstərir. Bu dizayn nümunəsi üçün çıxış gücü Po = 36W olduğundan, EER28 nüvəsinin ölçüsünü seçirik.

Çıxış gücü Po(W)	Nüvə ölçüsü	Nüvənin en kəsik sahəsi Ae（mm²）
～ 30	EI25/EE25	41
～ 60	EI28/EE28/EER28	84

Yuxarıdakı dəyərlər yalnız təxmini yaxınlaşmaları təmsil edir. Ətraflı məlumat üçün transformator istehsalçılarına müraciət etmək lazımdır.

(5) Birinci sarğı sayının hesablanması Np

Birinci sarğı sayısı Np, əvvəlcə maqnit axınının sıxlığının optimal aralığa düşməsi üçün qurulmalıdır. Çox tapılan ferrit nüvəsi üçün maksimum maqnit axınının sıxlığı B (T) 0.4Tat 100 ℃ olduğundan, Bsat = 0.35T təyin edərək Lp və Ippk’a əvəz edildikdə birinci sarğı sayını Np əldə edirik:

Növbəti addımda hər hansı bir maqnit doymasının baş verməməsi üçün AL-dəyəri-NI asılılığından Np-ni təyin etdik. Bu addımı yerinə yetirərkən Bsat düsturundakı şərt yerinə yetirilməlidir.

Əgər AL-dəyəri=280nH/turns²,

Bu o deməkdir ki, Lp 249μH olduqda,30 sarğı üçün AL-dəyəri 249μH/30²≒276.7nH/sarğı² olduğu anlamına gəlir.

NI dəyəri aşağıdakı tənlikdən müəyyən edilə bilər:

İndi AL-dəyəri və NI-nin qiyməti bəlli təyin olunduğundan , EER28 nüvəsinin ölçüsü üçün AL-dəyərinin NI-yə olan xarakterik qrafikdən, dəyərlərin optimal həddə olduğunu təsdiqləyirik. Əgər onlar aralığın xaricindədirsə, Np dəyərini tənzimləyirik.

(6) İkinci dolaqda sarğı sayının hesablanması Ns

Birinci sarğı sayını hesabladıqdan sonra Ns ikinci sarğı sayını hesablayırıq. Birinci sarğı sayının Np-nin 34 sarğı olduğunu və Np: Ns nisbətinin 5: 1 olduğunu müəyyənləşdirdiyimiz üçün bu dəyərləri aşağıdakı tənliklərdə əvəz edirik:

(7) VCC sarğısının hesaplanması Nd

Nəhayət, IC1 üçün VCC gərginliyinin hasil etməkdən ötəri lazım olan sarğı sayını hesablayırıq:

VCC 15V olduğundan,sarğı sayına görə D6 diyodu boyunca, diyod için VF isə VF_vcc 1V olar,

Bu, transformator üçün spesifikasiyanı təyin edən ədədi dəyərlərin hesablamalarını başa çatdırır. Hesablanmış dəyərləri əvvəlində göstərilən spesifikasiyalar cədvəlində əvəz etməklə struktur dizayn addımına davam edirik.

Parametr(Nüvə)	JFE MB3 EER28.5A və ya bu tr-a uyğun olan
Lp	249 μH
Np	30 sarğı
Ns	6 sarğı
Nd	8 sarğı

İlk baxışda yuxarıdakı çox sayda olan tənliklər qorxuducu görünsə də, nisbətən sadə düsturlardır; onlardan istifadə etməyə çalışmalısınız. Ümumi spesifikasiyalar işləndikdə, IC və transformator istehsalçılarının dəstəyindən istifadə edərək transformator dizayn tapşırığına davam edə bilərsiniz.

Qeyd:Tərcümədə qrammatik səhvlər ola bilər,düzəliş təklif etməyiniz yüksək qiymətləndirilir.

Mənbə: https://techweb.rohm.com/knowledge/acdc/acdc_pwm/acdc_pwm01/940/#p02

Köməkçi keçidlər: