A pesar de que no hace mucho tiempo se omitió un artículo bastante bien escrito sobre el cálculo de un transformador de una fuente de alimentación conmutada, le ofreceré mi técnica, y no solo una técnica simple, sino la descripción más transparente de los principios utilizados en ella.No habrá imágenes, habrá alrededor de 18 fórmulas simples y mucho texto. Les pido a todos que se unan a bordo.Quiero contarles cómo calcular una bestia tan astuta como un transformador de pulso de una fuente de alimentación de retorno. Flyback, o FlyBack, es probablemente la topología de convertidor de pulso más popular. En mi opinión, hay dos puntos muy importantes y sutiles en el IIP: este es un transformador y un circuito de retroalimentación. En este artículo quiero mostrar uno de los posibles conjuntos de ecuaciones matemáticas simples, resolviendo cuáles podemos obtener los datos de un transformador muy real para un retorno.En Internet, en varios artículos de autor, o en AppNotes de varios fabricantes, puede encontrar varios métodos de cálculo que a menudo están "comprimidos" tanto como sea posible, por lo que no está completamente claro en las fórmulas cómo se obtienen. Quiero centrarme no en la precisión, sino en la máxima visibilidad y transparencia de los cálculos, para que comprenda "por qué".A continuación, intentaré escribir breve y sucintamente, para que pueda sentarse y contar inmediatamente después de leer el artículo. No dibujaré diagramas de voltajes y corrientes en una fuente de retorno, creo que está lo suficientemente preparado para usar términos como "inductancia de fuga", "voltaje reflejado", "valor pico de la corriente a través del interruptor de alimentación", "desmagnetización del circuito magnético" comprensiblePor lo tanto, consideraremos el transformador de la fuente de alimentación de retorno, sin el corrector del factor de potencia, como el más común, y mi "cálculo" hasta ahora solo se ha agudizado.Por separado haré una nota de que el llamado modo de funcionamiento cuasi-resonante del convertidor, cuando el bombeo de energía al transformador comienza inmediatamente después de la desmagnetización completa del circuito magnético. Es decir el llamado "Coeficiente de continuidad actual" = 1, es decir Tan pronto como toda la energía fluyó a través del devanado secundario (y se disipó en el circuito amortiguador), inmediatamente encendemos la llave y la bombeamos nuevamente. Este modo ha sido recientemente muy popular en las fuentes de alimentación de retorno, ya que le permite aumentar ligeramente la eficiencia.Haré una reserva por adelantado: la siguiente metodología es muy aproximada, pero funciona como "hormigón armado", se ha probado repetidamente en transformadores reales en fuentes de energía reales.Para comenzar, descargue el cálculo, ábralo, revise sus ojos. Los valores para calcular el transformador de la fuente de alimentación con una potencia de salida de 100 W ya están "activados".Cálculo: desafortunadamente, por alguna razón desconocida para mí, el enlace público no se muestra.
Quizás publicar enlaces públicos está en contra de las reglas. Espero que los moderadores escuchen este grito del alma y me envíen una configuración de filtro personal, pero por ahora puede reescribir todas las fórmulas a continuación en Excel o Matkad y obtener un resultado adecuado.Entonces vamos. Para comenzar el cálculo, debemos preguntarnos algunos parámetros iniciales (todos ellos están resaltados en verde en el cálculo), a saber:1. La potencia de salida de la fuente de energía para la cual hacemos el transformador (POUTmax).2. El voltaje de salida de la fuente (Uout) (1).3. La tensión de salida del devanado de servicio (Ubias) (2).4. Tensión de alimentación mínima (UACmin) (3).5. Tensión máxima de línea (UACmax) (3).6. Nivel de ondulación en el condensador de filtro de la red rectificadora (Urpl) (4).7. La eficiencia esperada del transformador (tome 0.85 y no perderá) (ŋ).8. La frecuencia de funcionamiento del convertidor (5).9. El valor pico de la corriente que fluye a través del devanado primario de conmutación de teclas (ILPRpeak) (6).(1) Si los voltajes de salida son lo suficientemente bajos, considere la caída de voltaje directo a través del diodo.(2) En la gran mayoría de los diseños de fuentes de alimentación, se requiere un tercer devanado, desde el cual se alimentará el microcircuito de control.(3) Siempre tome con un margen, es decir si se especifica el rango 180-264, tome de 160 a 280.(4) Este parámetro a menudo solo se puede adivinar, tome el 10% del componente constante y no se equivocará; de hecho, "calculará" el cálculo después de recibir el prototipo de trabajo.(5) La frecuencia de los convertidores, con la expectativa de la desmagnetización del núcleo es flotante, tomamos "desde el techo" el que queremos obtener a plena carga.(6) Espero que sepa que la forma de la corriente es triangular, que la tecla conmuta, cuál es la clave, etc.Entonces la primera fórmula es:Comenzamos por determinar la inductancia primaria, Lpr.Lpr = (1000 × 2 × POUTmax) / (ŋ × F × ILPRpeak ^ 2) (1)
Para simplificar, descartaré la eficiencia, y el multiplicador de 1000, que es necesario solo para llevar el resultado al microHenry de Henry, obtendrá la siguiente ecuación:Lpr = (2 × POUTmax) / (F × ILPRpeak ^ 2) (1.1)
A primera vista, es completamente incomprensible cómo sucede esto. Intentemos convertirlo. Transfiriendo los factores de derecha a izquierda, obtenemos.(Lpr × ILPRpeak ^ 2) / 2 = POUTmax / F (1.2)
Transformamos el lado derecho, obtenemos:(Lpr × ILPRpeak ^ 2) / 2 = POUTmax × T (1.3)
Entonces, en el lado izquierdo tenemos la energía contenida en la inductancia (libro de texto de física, si no está claro). En el lado derecho tenemos la potencia que se consume durante el período de funcionamiento del convertidor. Es decir La energía almacenada en la inductancia del devanado primario (en la etapa de bombeo, desde el comienzo del período hasta que se abre la llave) es igual a la potencia transmitida a la carga durante todo el período T (desde el comienzo del bombeo hasta el agotamiento completo de la energía en el transformador y el comienzo de un nuevo pulso).En el estado estacionario, lo que se bombeó al transformador desde la red debería ser igual a lo que se filtró a la carga. Es decir todo razonamiento sugiere que nuestra fuente ya está funcionando, no comenzando.Dejemos esta fórmula (1) por ahora, luego la usaremos en el cálculo, solo quería demostrar cómo resulta de esa manera.Ahora sobre los parámetros. Echemos un vistazo a la fórmula. Al arreglar (elegir a nuestra discreción) tres de las cuatro incógnitas, podemos obtener el valor de la cuarta.Potencia (POUTmax), ya hemos configurado.Frecuencia, simplemente puede elegirlo como desee. Sin más preámbulos, digamos 50kHz y no perderemos. No vale la pena subir más de 150 kHz, ya que las pérdidas de conmutación serán excesivamente altas e incluso el efecto de la piel, no necesitamos esto en el flyback.El valor máximo de la corriente a través del devanado primario y, al mismo tiempo, la clave es ILPRPeak, es un parámetro en los nervios que jugaremos. Al elegir su valor ILPRPeak, cambiamos Lpr y con él mucho más. En mi cálculo, cambiaremos ILPRpeak y observaremos las otras celdas de la tabla, en las que se ubicarán los resultados de otras fórmulas. Nuevamente, más cerca de la realidad, para una fuente de 100W, puede comenzar con ILPRpeak = 3 ... 4A.Simplemente intente sustituir diferentes números en la celda y verá cómo cambian otros parámetros derivados. En particular, al elegir la corriente máxima del “primario”, observamos el voltaje “reflejado” y procedemos de las consideraciones de las teclas que están presentes con nosotros. Este parámetro también afecta el valor pico de la corriente secundaria, lo cual también es importante, porque en los retornos las corrientes tienen la forma de un triángulo rectangular, y los valores pico son varias veces más altos que los actuales, es decir. Si la corriente de carga es 5A, entonces el pico puede ser 50, concéntrese en los diodos existentes y las pérdidas en el devanado de cobre.La segunda fórmula:UDCmin = UACmin × 1.41-Urpl (2)
No hay nada que simplificar, creo que está claro que obtenemos el peor valor del voltaje constante, teniendo en cuenta la reducción del condensador del búfer, que está detrás del rectificador de red, o KKM.Ton = (Lpr × ILPRpeak) / UDCmin (3)
En la fórmula (3) calculamos cuánto tiempo debe estar abierta la clave para que la corriente de inductancia, cuando se aplica nuestro UDCmin en el peor de los casos, crezca desde cero hasta el pico ILPR deseado.T = 1 / F × 1000 (4)
Establecimos la frecuencia antes; el período se calculó en (4). Multiplicamos por 1000 porque anotamos la frecuencia deseada en kHz y no en los 1000 Hz.Toff = T-Ton (5)
El resto del período, que se dedicará a la transferencia de energía a la carga, se calcula mediante la fórmula (5).Q = Toff / Tonelada (6)
El ciclo de trabajo máximo para el peor voltaje en la red y la reducción máxima en el condensador de filtrado se calcula en (6).Urv = UDCmin × Ton / Toff (7)
Voltaje "reflejado". Nuestro transformador, aunque flyback, sigue siendo un transformador, lo que significa que la relación de transformación también es aplicable a él. Si en nuestro devanado secundario durante la corriente que fluye a través del diodo rectificador, el voltaje (por ejemplo) es de 12.7 V, entonces, a través de la proporción del número de vueltas, este voltaje se transforma en el devanado primario (después de todo, el flujo magnético "lava" todos los devanados simultáneamente).La fórmula (7), un poco complicada, intenta "desenredarla". Obtenemos:UDCmin × Ton = Urv × Toff (7.1)
(7.1) Demuestra un punto muy importante, popularmente llamado "igualdad de voltios * segundos intervalos". Quizás la validez de la declaración (7.1) no es obvia, o no está clara de inmediato, siempre que usemos el valor numérico obtenido usando (7) tal como está, no dude de su validez.UVTmax = UACmax × 1.41 + Urv (8)
Espero que entiendan bien que en el reverso, el devanado primario es para voltaje constante, que en el condensador de filtrado es solo un pedazo de cable, es decir Si nuestro condensador de filtrado todavía está cargado hasta 310 V, cuando el interruptor de alimentación está abierto, la corriente fluye a través del devanado secundario, la constante simplemente "pasa" a través del primario y se aplica a la llave, pero con ella, el voltaje reflejado se agrega a la llave. Y lo más triste es que se combina con constante. Y esto sin tener en cuenta la emisión de la inductancia de dispersión, tenga esto en cuenta, en el cálculo esta circunstancia se resalta especialmente en rojo.Luego (8) muestra qué voltaje se aplicará al interruptor de alimentación en reversa. Puede agregar de inmediato al voltaje máximo para el que está diseñado el interruptor, incluso desde un voltaje superior a 200 y no se equivocará. La creación de prototipos mostrará la amplitud real de la sobretensión generada por la dispersión de inductancia.Ahora podemos calcular la relación de transformación del transformador, por ejemplo de esta manera:Kfb = Uout / Urv (9)
Yo llamo a esta relación de transformación "inversa", porque Se considera al revés. Ahora la relación de transformación clásica, que se puede obtener:K = 1 / Kfb (10)
A continuación, calculamos el voltaje máximo que se aplicará al diodo rectificador en la dirección directa del convertidor. Creo que comprende bien que consistirá en el voltaje en la carga del condensador de filtrado, que en el modo de funcionamiento, puede considerarse constante y transformarse, a través del coeficiente de transformación, el voltaje aplicado al devanado primario.UVDmax = Uout + (VACmax × 1.41) / K (11)
Y no olvide que las emisiones de las inductancias parásitas de los devanados del transformador también actúan sobre el diodo, incl. Si estamos hablando de fuentes con altos voltajes de salida, tome un margen de voltaje de al menos 200V. Para baja tensión, al menos 1.5, y mire cuidadosamente el rectificador con un osciloscopio.SiguienteLseg = Lpr / K ^ 2 (12)
De (12) obtenemos la inductancia del devanado secundario del transformador. La regla que se usa en la fórmula dice que "la inductancia de los devanados del transformador está relacionada con los cuadrados de sus giros", porque La expresión se puede representar como:Lsec / Lpr = N2 ^ 2 / N1 ^ 2 (12.1) (N2 ^ 2 / N1 ^ 2 = K ^ 2)
A continuación, calculamos la corriente máxima del devanado secundario. Prepárese para obtener números bastante grandes aquí, porque es un "retorno", y la corriente en el "secundario" es triangular, y el valor máximo puede ser significativamente mayor que la corriente de carga.ILSECpeak = √ (1000 × 2 × POUTmax) / (F × ŋ × Lsec) (13)
Esta fórmula se convierte de la misma manera que la primera fórmula para ILPRpeak.ILSECrms = ILSECpeak√ (1-Q) / 3 (14)
En (14), se calcula el valor efectivo de la corriente a través del devanado secundario del transformador. No puedo explicar por qué la raíz de (1-Q) / 3, probablemente pueda explicar esto trazando y recurriendo a la geometría. Inmediatamente calcularemos el valor actual de la corriente de bobinado primario.ILPRrms = ILPRmax√Q / 3 (15)
Entonces, se cuentan las inductancias, corrientes, frecuencias. ¿Y cómo elegir el circuito magnético, usted pregunta, cómo calcular la brecha no magnética? Para comenzar, lo "estimaremos", basándonos en nuestra experiencia de vida, y "habiendo conducido" sus parámetros al cálculo, observando la inducción calculada, podemos elegir otro circuito magnético. Entonces quería una fuente de 100W con un voltaje de salida de 12V. Tomo "del techo" un circuito magnético del tipo PQ2620.A partir de su hoja de datos, escribo Ae, la brecha esperada y el coeficiente de inductancia para esta brecha (en las hojas de datos de Epcos, a menudo se proporciona una tabla con brechas estándar para este circuito magnético y valores de Al y permeabilidad equivalente). Sin embargo, si no hay datos sobre el coeficiente Al para el espacio que desea, tendrá que hacerlo (el espacio), enrollar 100 vueltas de prueba y calcular mediante la fórmula simple Al = √ (L / N ^ 2), donde L es el valor medido de la inductancia en el núcleo con el espacio que aserraste, N es el número de vueltas que dibujaste (recomiendo bobinado de prueba 100 vueltas).No explicaré qué son Ae, G y Al, suponiendo que usted mismo sepa por qué se necesita un espacio en el circuito magnético y qué es Al. Además, la permeabilidad equivalente del núcleo con un espacio puede ingresarse en el cálculo, pero no se usa allí, solo por belleza). En la fórmula (16) consideramos el número requerido de vueltas.Npr = √Lpr / Al (16)
Uno de los parámetros más importantes para un transformador es el valor máximo del flujo de inducción magnética.B = (Lpr × ILPRpeak) / (Npr × Ae) (17)
Categóricamente no recomiendo exceder el valor de 0.3, y 0.4 ya es un desastre. Dio la casualidad de que este circuito magnético parece ser bastante adecuado para nuestras necesidades. La inducción es inferior a 0.3 Tl, y quiero ponerla bajo nuestras necesidades. Desafortunadamente, el cálculo no contiene fórmulas para calcular el llenado de la ventana del circuito magnético con cobre, por lo tanto, es imposible dar un veredicto final sobre el mismo.Si la inducción es mayor a 0.3 T, podemos elegir un circuito magnético más grande o aumentar la brecha. Al aumentar la brecha, obtenemos un valor diferente de Al y resp. valor de flujo de inducción.En general, la experiencia de vida muestra que es mejor no entrar en espacios de más de 1,5 mm., Porque se caracterizan por sus fenómenos parásitos, como líneas abultadas del campo magnético, calentamiento de los giros ubicados cerca del espacio a temperaturas a las que pueden obtener un "khan", en resumen de 0.2 mm a 1.5 mm. Menos de 0.2 - la expansión térmica del material puede cambiar significativamente los parámetros del transformador. Más de 1.5 mm - escribió arriba.Al elegir un circuito magnético, es decir, al comparar diferentes modelos, solo por la sección transversal del núcleo (Ae), se puede pasar por alto el hecho de que la longitud de la línea magnética también afecta a Al para la misma sección transversal y espacio.Por ejemplo, el núcleo magnético PQ2620 tiene un área de sección transversal del núcleo de 122 mm.kv, y ETD34 es solo 97 mm.kv., pero las longitudes de línea magnética de estos núcleos magnéticos son diferentes, y 100W pueden bombearse con éxito a través de ETD34 y a través de PQ2620. Es decir, tome y sustituya en el cálculo todas las ferritas cercanas a esos tamaños que, en su opinión, pueden bombear la potencia deseada.Después de calcular la inducción magnética, el cálculo calcula el número de vueltas del devanado secundario y el devanado auxiliar, no me detendré específicamente en ellos, la metodología es la misma que antes.Espero que lo anterior te sea útil. El desarrollo de IIP es una gran capa de ciencia aplicada, y este "cálculo" es solo una pequeña hoja de uno de los Talmuds, que recopila toda la experiencia de la humanidad, pero es extremadamente útil en el plan aplicado para el desarrollo de "retrocesos" simples.Mi "cálculo" (y no realmente el mío, pero heredado de la mente ideológica) es una herramienta bastante primitiva, por lo que puedo recomendar el uso de la colección de programas de Vladimir Denisenko, que se puede encontrar fácilmente a través de un motor de búsqueda. Aquellos que "cortan" en el tema "poder", y tienen algo que decir a los welkas en los comentarios. ¡Cualquier crítica es bienvenida!Lo que no está claro: pregunte, complementaré el artículo con explicaciones más detalladas.