Paano Makalkula ang Ferrite Core Transformers

Subukan Ang Aming Instrumento Para Sa Pagtanggal Ng Mga Problema





Ang pagkalkula ng ferrite transpormer ay isang proseso kung saan susuriin ng mga inhinyero ang iba't ibang mga paikot-ikot na pagtutukoy, at pangunahing sukat ng transpormer, gamit ang ferrite bilang pangunahing materyal. Tinutulungan sila na lumikha ng isang perpektong na-optimize na transpormer para sa isang naibigay na application.

Ipinapakita ng post ang isang detalyadong paliwanag tungkol sa kung paano makalkula at magdisenyo ng mga na-customize na ferrite core transformer. Madaling maunawaan ang nilalaman, at maaaring maging napaka madaling gamiting para sa mga inhinyero na nakikibahagi sa larangan ng electronics ng kuryente , at pagmamanupaktura ng mga inverters ng SMPS.



Kalkulahin ang mga ferit transformer para sa mga inverters at SMPS

Bakit ginagamit ang Ferrite Core sa Mga Converter ng Mataas na Frequency

Maaaring madalas na nagtaka ka ng dahilan sa likod ng paggamit ng mga ferrite core sa lahat ng mga modernong supply mode power supply o mga converter ng SMPS. Tama, ito ay upang makamit ang mas mataas na kahusayan at pagiging kumpleto kumpara sa mga pangunahing supply ng kuryente, ngunit magiging kagiliw-giliw na malaman kung paano tayo pinapayagan ng mga ferit na core na makamit ang mataas na antas ng kahusayan at pagiging kumpleto?

Ito ay sapagkat sa iron core transformer, ang iron material ay may mas mababang magnet na pagkamatagusin kaysa sa ferrite material. Sa kaibahan, ang mga ferrite cores ay nagtataglay ng napakataas na magnetic permeability.



Nangangahulugan, kapag napailalim sa isang magnetikong larangan, ang ferrite na materyal ay magagawang makamit ang isang napakataas na antas ng magnetization, mas mahusay kaysa sa lahat ng iba pang mga anyo ng materyal na magnetiko.

Ang isang mas mataas na magnetic permeability ay nangangahulugang, mas mababang halaga ng kasalukuyang eddy at mas mababang pagkalugi sa paglipat. Ang isang materyal na magnetiko ay karaniwang may kaugaliang makabuo ng kasalukuyang eddy bilang tugon sa tumataas na dalas ng magnetiko.

Habang nadaragdagan ang dalas, nagdaragdag din ang kasalukuyang eddy na nagdudulot ng pag-init ng materyal at pagtaas ng impedance ng coil, na humahantong sa karagdagang pagkawala ng paglipat.

Ang mga ferrite cores, dahil sa kanilang mataas na magnet na pagkamatagusin ay magagawang gumana nang mas mahusay na may mas mataas na mga frequency, dahil sa mas mababang mga eddy na alon at mas mababang pagkawala ng paglipat.

Ngayon ay maaari mong isipin, bakit hindi gumamit ng mas mababang dalas ng iyon ay sa kabaligtaran ay makakatulong upang mabawasan ang mga eddy na alon? Lumilitaw itong wasto, gayunpaman, ang mas mababang dalas ay nangangahulugan din ng pagtaas ng bilang ng mga liko para sa parehong transpormer.

Dahil ang mas mataas na mga frequency ay nagbibigay-daan sa proporsyonal na mas mababang bilang ng mga liko, nagreresulta sa transpormer na mas maliit, magaan at mas mura. Ito ang dahilan kung bakit gumagamit ang SMPS ng isang mataas na dalas.

Topology ng Inverter

Sa mga inverter ng switch mode, karaniwang dalawang uri ng paglabas ng topology: push-pull, at Buong tulay . Ang push pull ay gumagamit ng isang center tap para sa pangunahing paikot-ikot, habang ang buong tulay ay binubuo ng isang solong paikot-ikot para sa parehong pangunahin at pangalawang.

Sa totoo lang, kapwa ang topolohiya ay likas na push-pull. Sa parehong mga form ang paikot-ikot ay inilalapat na may isang patuloy na paglipat ng reverse-forward alternating kasalukuyang ng MOSFETs, oscillating sa tinukoy na mataas na dalas, gumagaya ng isang aksyon na itulak.

Ang tanging pangunahing pagkakaiba lamang sa pagitan ng dalawa ay, ang pangunahing bahagi ng center tap transformer ay may 2 beses na higit na bilang ng mga liko kaysa sa Full transformer ng tulay.

Paano Kalkulahin ang Ferrite Core Inverter Transformer

Ang pagkalkula ng isang ferrite core transpormer ay talagang simple, kung nasa iyo ang lahat ng tinukoy na mga parameter.

Para sa pagiging simple, susubukan naming malutas ang formula sa pamamagitan ng isang halimbawang na-set up, sabihin natin para sa isang 250 watt transpormer.

Ang mapagkukunan ng kuryente ay magiging isang 12 V na baterya. Ang dalas para sa paglipat ng transpormer ay magiging 50 kHz, isang tipikal na pigura sa karamihan ng mga inverters ng SMPS. Ipagpalagay namin ang output na 310 V, na kung saan ay karaniwang ang rurok na halaga ng isang 220V RMS.

Dito, ang 310 V ay pagkatapos ng pagwawasto sa pamamagitan ng isang mabilis na paggaling tagatama ng tulay , at mga filter ng LC. Pinipili namin ang core bilang ETD39.

Tulad ng alam nating lahat, kapag a 12 V na baterya ay ginagamit, ito boltahe ay hindi kailanman pare-pareho. Sa buong pagsingil, ang halaga ay nasa paligid ng 13 V, na patuloy na bumababa habang ang pagkarga ng inverter ay kumokonsumo ng lakas, hanggang sa wakas ang baterya ay nagpapalabas sa pinakamababang limitasyon, na karaniwang 10.5 V. Kaya't para sa aming mga kalkulasyon isasaalang-alang namin ang 10.5 V bilang halaga ng supply V sa (min).

Pangunahing Pagliko

Ang karaniwang formula para sa pagkalkula ng pangunahing bilang ng mga liko ay ibinibigay sa ibaba:

N (una)= V sa (pangngalan)x 108/ 4 x f x B maxx SA c

Dito N (una)tumutukoy sa pangunahing mga numero ng pagliko. Dahil napili namin ang isang top tap push topology sa aming halimbawa, ang nakuha na resulta ay isang kalahati ng kabuuang bilang ng mga liko na kinakailangan.

  • Alak (huling pangalan)= Average na Boltahe ng Pag-input. Dahil ang aming average na boltahe ng baterya ay 12V, gawin natin Alak (huling pangalan)= 12.
  • f = 50 kHz, o 50,000 Hz. Ito ang ginustong dalas ng paglipat, tulad ng napili namin.
  • B max= Maximum na density ng pagkilos ng bagay sa Gauss. Sa halimbawang ito, ipagpapalagay namin B maxna nasa saklaw na 1300G hanggang 2000G. Ito ang pamantayang halaga na pinaka ferrite batay sa mga core ng transpormer. Sa halimbawang ito, tumira tayo sa 1500G. Kaya mayroon kaming B max= 1500. Mas mataas na halaga ng B maxay hindi inirerekomenda dahil maaaring magresulta ito sa pag-abot ng transpormer sa punto ng saturation. Sa kabaligtaran, mas mababang mga halaga ng B maxmaaaring magresulta sa pangunahing paggamit ng underutilized.
  • SAc= Mabisang Cross-sectional Area sa cmdalawa. Maaaring makolekta ang impormasyong ito mula sa mga datasheet ng ferrite cores . Maaari mo ring makita ang Acna ipinakita bilang Aay. Para sa napiling pangunahing numero ng ETD39, ang mabisang cross-sectional area na inayos sa sheet ng datasheet ay 125mmdalawa. Katumbas iyon ng 1.25cmdalawa. Samakatuwid mayroon kaming, Ac= 1.25 para sa ETD39.

Ang mga numero sa itaas ay nagbibigay sa amin ng mga halaga para sa lahat ng mga parameter na kinakailangan para sa pag-calculate ng pangunahing pagliko ng aming SMPS inverter transpormer. Samakatuwid, pinapalitan ang kani-kanilang mga halaga sa pormula sa itaas, nakukuha namin ang:

N (una)= V sa (pangngalan)x 108/ 4 x f x B maxx SA c

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

N (una)= 3.2

Dahil ang 3.2 ay isang praksyonal na halaga at maaaring mahirap ipatupad nang praktikal, iikot namin ito sa 3 liko. Gayunpaman, bago matapos ang halagang ito, kailangan naming siyasatin kung o ang halaga ng B maxtugma pa rin at nasa loob ng katanggap-tanggap na saklaw para sa bagong bilugan na halagang 3.

Sapagkat, ang pagbawas ng bilang ng mga liko ay magiging sanhi ng katimbang na pagtaas sa B max, samakatuwid ito ay naging kinakailangan upang suriin kung ang nadagdagan B maxnasa loob pa rin ng katanggap-tanggap na saklaw para sa aming 3 pangunahing pagliko.

Counter check B maxsa pamamagitan ng pagpapalit ng mga sumusunod na mayroon nang mga halagang nakukuha namin:
Alak (huling pangalan)= 12, f = 50000, N sa= 3, SA c= 1.25

B max= V sa (pangngalan)x 108/ 4 x f x N (una)x SA c

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

B max= 1600

Tulad ng makikita ang bago B maxhalaga para sa N (sa)= 3 lumiliko mukhang pagmultahin at mahusay sa loob ng katanggap-tanggap na saklaw. Ipinapahiwatig din nito na, kung anumang oras ay nais mong manipulahin ang bilang ng N (una)lumiliko, dapat mong tiyakin na sumusunod ito sa kaukulang bago B maxhalaga

Sa kabaligtaran, maaaring posible upang matukoy muna ang B maxpara sa isang nais na bilang ng mga pangunahing liko at pagkatapos ay ayusin ang bilang ng mga liko sa halagang ito sa pamamagitan ng angkop na pagbabago ng iba pang mga variable sa formula.

Pangalawang Pagliko

Ngayon alam namin kung paano makalkula ang pangunahing bahagi ng isang ferrite SMPS inverter transpormer, oras na upang tumingin sa kabilang panig, iyon ang pangalawang ng transpormer.

Dahil ang rurok na halaga ay dapat na 310 V para sa pangalawa, nais naming mapanatili ang halaga para sa buong saklaw ng boltahe ng baterya simula sa 13 V hanggang 10.5 V.

Walang alinlangan na gagamitin natin ang a sistema ng feedback para sa pagpapanatili ng isang pare-pareho na antas ng boltahe ng output, para sa pag-counter ng mababang boltahe ng baterya o pagtaas ng kasalukuyang mga pagkakaiba-iba.

Ngunit para dito kailangang magkaroon ng ilang itaas na margin o headroom para sa pagpapadali ng awtomatikong kontrol na ito. Ang isang margin na +20 V ay mukhang sapat na mabuti, samakatuwid pipiliin namin ang maximum na boltahe ng rurok ng output na 310 + 20 = 330 V.

Nangangahulugan din ito na ang transpormer ay dapat na idinisenyo upang output 310 V sa pinakamababang boltahe ng baterya na 10.5.

Para sa kontrol sa feedback, karaniwang ginagamit namin ang isang self adjusting PWM circuit, na nagpapalawak ng lapad ng pulso habang mababa ang baterya o mataas na pagkarga, at pinipigilan ito nang proporsyonal nang walang pag-load o pinakamainam na kondisyon ng baterya.

Nangangahulugan ito, sa mababang kondisyon ng baterya ang PWM ay dapat na awtomatikong ayusin sa maximum na cycle ng tungkulin, para sa pagpapanatili ng itinakdang 310 V output. Ang maximum na PWM na ito ay maaaring ipalagay na 98% ng kabuuang cycle ng tungkulin.

Ang 2% na puwang ay naiwan para sa patay na oras. Ang patay na oras ay ang agwat ng boltahe ng zero sa pagitan ng bawat dalas ng kalahating ikot, kung saan ang mga MOSFET o ang mga tukoy na aparato ng kuryente ay mananatiling ganap na nakasara. Tinitiyak nito ang ligtas na kaligtasan at pinipigilan ang pag-shoot sa kabuuan ng MOSFETs sa mga panahon ng paglipat ng mga push pull cycle.

Samakatuwid, ang supply ng input ay magiging minimum kapag ang boltahe ng baterya ay umabot sa pinakamababang antas nito, iyon ay kapag V sa= V sa (min)= 10.5 V. Ito ay mag-uudyok sa cycle ng tungkulin na maging sa maximum na 98%.

Ang data sa itaas ay maaaring gamitin para sa pagkalkula ng average na boltahe (DC RMS) na kinakailangan para sa pangunahing bahagi ng transpormer upang makabuo ng 310 V sa pangalawang, kapag ang baterya ay nasa minimum na 10.5 V. Para sa ito ay pinarami namin ang 98% na may 10.5, bilang ipinapakita sa ibaba:

0.98 x 10.5 V = 10.29 V, ito ang rating ng boltahe na pangunahing dapat sa aming transpormer.

Ngayon, alam namin ang maximum na pangalawang boltahe na kung saan ay 330 V, at alam din natin ang pangunahing boltahe na 10.29 V. Pinapayagan kaming makuha ang ratio ng dalawang panig bilang: 330: 10.29 = 32.1.

Dahil ang ratio ng mga rating ng boltahe ay 32.1, ang turn ratio ay dapat ding nasa parehong format.

Ibig sabihin, x: 3 = 32.1, kung saan x = pangalawang liko, 3 = pangunahing liko.

Ang paglutas nito madali nating makuha ang pangalawang bilang ng mga liko

Samakatuwid ang pangalawang pagliko ay = 96.3.

Ang bilang na 96.3 ay ang bilang ng pangalawang pagliko na kailangan namin para sa ipinanukalang ferrite inverter transpormer na aming dinidisenyo. Tulad ng nakasaad kanina dahil mahirap ipatupad ang mga praktikal na vale, iikot namin ito sa 96 na liko.

Tinatapos nito ang aming mga kalkulasyon at inaasahan kong ang lahat ng mga mambabasa dito ay dapat na napagtanto kung paano makalkula lamang ang isang ferrite transpormer para sa isang tukoy na circuit ng inverter ng SMPS.

Kinakalkula ang Auxiliary Winding

Ang isang auxiliary winding ay isang pandagdag na paikot-ikot na maaaring kailanganin ng isang gumagamit para sa ilang panlabas na pagpapatupad.

Sabihin nating, kasama ang 330 V sa pangalawang, kailangan mo ng isa pang paikot-ikot para sa pagkuha ng 33 V para sa isang LED lamp. Kinakalkula muna namin ang pangalawang: pantulong turn ratio patungkol sa pangalawang paikot-ikot na 310 V na rating. Ang pormula ay:

NSA= Vseg/ (Vsa+ Vd)

NSA= pangalawang: pantulong na ratio, Vseg= Pangalawang kinontrol ang naituwid na boltahe, Vsa= pandiwang pantulong na boltahe, Vd= Diode forward drop na halaga para sa rectifier diode. Dahil kailangan namin ng isang high speed diode dito gagamit kami ng isang schottky rectifier na may isang Vd= 0.5V

Ang paglutas nito ay nagbibigay sa amin:

NSA= 310 / (33 + 0.5) = 9.25, iikot natin ito sa 9.

Ngayon kunin natin ang bilang ng mga liko na kinakailangan para sa auxiliary winding, nakukuha natin ito sa pamamagitan ng paglalapat ng formula:

Nsa= Nseg/ NSA

Kung saan Nsa= mga pandiwang pantulong, Nseg= pangalawang pagliko, NSA= ratio ng auxiliary.

Mula sa aming nakaraang mga resulta mayroon kaming Nseg= 96, at NSA= 9, pinapalitan ang mga ito sa pormula sa itaas na nakukuha namin:

Nsa= 96/9 = 10.66, ang pag-ikot nito ay nagbibigay sa atin ng 11 liko. Kaya para sa pagkuha ng 33 V kakailanganin namin ang 11 pagliko sa pangalawang bahagi.

Kaya sa ganitong paraan maaari mong sukatin ang isang pandiwang pantulong na paikot-ikot ayon sa iyong sariling kagustuhan.

Nagbalot

Sa post na ito natutunan namin kung paano makalkula at magdisenyo ng ferrite core based inverter transformer, gamit ang mga sumusunod na hakbang:

  • Kalkulahin ang pangunahing mga pagliko
  • Kalkulahin ang pangalawang pagliko
  • Tukuyin at Kumpirmahin B max
  • Tukuyin ang maximum na pangalawang boltahe para sa PWM feedback control
  • Humanap ng pangunahing sekondong turn ratio
  • Kalkulahin ang pangalawang bilang ng mga liko
  • Kalkulahin ang auxiliary paikot-ikot na pagliko

Ang paggamit ng nabanggit sa itaas na mga formula at pagkalkula ng isang interesadong gumagamit ay maaaring madaling magdisenyo ng isang pasadyang ferrite core batay inverter para sa aplikasyon ng SMPS.

Para sa mga katanungan at pag-aalinlangan mangyaring huwag mag-atubiling gamitin ang kahon ng komento sa ibaba, susubukan kong malutas sa pinakamaaga




Nakaraan: Mga uri ng Arduino Board na may Mga Pagtukoy Susunod: Ipinapaliwanag ang Mga Digital-to-Analog (DAC), Mga Converter ng Analog-to-Digital (ADC)