Malgré le fait qu'il n'y a pas si longtemps, un article assez bien écrit ait été ignoré sur le calcul d'un transformateur d'une alimentation à découpage, je vais vous proposer ma technique, et pas seulement une technique nue, mais la description la plus transparente des principes qui y sont utilisés.Il n'y aura pas d'images, il y aura environ 18 formules simples et beaucoup de texte. Je demande à tout le monde de se joindre à bord.Je veux vous expliquer comment calculer une bête aussi rusée qu'un transformateur d'impulsions d'une alimentation flyback. Flyback, ou FlyBack, est probablement la topologie de convertisseur d'impulsions la plus populaire. À mon avis, il y a deux points très importants et subtils dans le IIP - c'est un transformateur et une boucle de rétroaction. Dans cet article, je veux montrer l'un des ensembles possibles d'équations mathématiques simples, en résolvant lequel nous pouvons obtenir les données d'un transformateur très réel pour un flyback.Sur Internet, dans divers articles d’auteurs ou dans les AppNotes de divers fabricants, vous pouvez trouver autant de méthodes de calcul souvent «compressées» que possible, de sorte que les formules ne permettent pas de savoir exactement comment les obtenir. Je ne veux pas me concentrer sur la précision, mais sur la visibilité et la transparence maximales des calculs, afin que vous compreniez «pourquoi».Ensuite, je vais essayer d'écrire brièvement et succinctement, afin que vous puissiez vous asseoir et compter immédiatement après avoir lu l'article. Je ne dessinerai pas de diagrammes de tensions et de courants dans une source de retour, je pense que vous êtes suffisamment préparé pour des termes tels que "inductance de fuite", "tension réfléchie", "valeur de crête du courant via un interrupteur d'alimentation", "démagnétisation du circuit magnétique" pour vous compréhensible.Ainsi, nous considérerons le transformateur de l'alimentation flyback, sans le correcteur de facteur de puissance, comme le plus courant, et mon "calcul" n'a pour l'instant été affiné que pour cela.Je noterai séparément que le soi-disant mode de fonctionnement quasi-résonnant du convertisseur, lorsque le pompage d'énergie dans le transformateur commence immédiatement après la démagnétisation complète du circuit magnétique. C'est-à-dire le soi-disant «Coefficient de continuité actuel» = 1, c'est-à-dire dès que toute l'énergie a traversé l'enroulement secondaire (et s'est dissipée dans le circuit d'amortissement), nous allumons immédiatement la clé et la pompons à nouveau. Ce mode a récemment été très populaire dans les alimentations flyback, comme vous permet d'augmenter légèrement l'efficacité.Je ferai une réservation à l'avance - la méthode suivante est très approximative, mais elle fonctionne en "béton armé", elle a été testée à plusieurs reprises sur de vrais transformateurs dans de vraies sources d'énergie.Pour commencer, téléchargez le calcul, ouvrez-le, passez votre regard. Les valeurs de calcul du transformateur de la source d'alimentation avec une puissance de sortie de 100W y sont déjà "pilotées".Calcul: malheureusement, pour une raison inconnue de moi, le lien public n'est pas affiché.
La publication de liens publics est peut-être contraire aux règles. J'espère que les modérateurs entendront ce cri de l'âme et m'enverront un paramètre de filtre personnel, mais pour l'instant, vous pouvez réécrire toutes les formules ci-dessous dans Excel ou Matkad et obtenir un résultat approprié.Alors allons-y. Afin de commencer le calcul, nous devons nous poser quelques paramètres initiaux (tous sont surlignés en vert dans le calcul), à savoir:1. La puissance de sortie de la source d'alimentation pour laquelle nous fabriquons le transformateur (POUTmax).2. La tension de sortie de la source (Uout) (1).3. La tension de sortie de l'enroulement de service (Ubias) (2).4. Tension d'alimentation minimale (UACmin) (3).5. Tension de ligne maximale (UACmax) (3).6. Niveau d'ondulation sur le condensateur de filtrage du réseau de redresseurs (Urpl) (4).7. L'efficacité attendue du transformateur (prenez 0,85 et vous ne perdrez pas) (ŋ).8. La fréquence de fonctionnement du convertisseur (5).9. Valeur de crête du courant traversant l'enroulement primaire à commutation de touches (ILPRpeak) (6).(1) Si les tensions de sortie sont suffisamment faibles, tenez compte de la chute de tension directe aux bornes de la diode.(2) Dans la grande majorité des conceptions d'alimentation, un troisième enroulement est nécessaire, à partir duquel le microcircuit de commande sera alimenté.(3) Prenez toujours avec une marge, c'est-à-dire si la plage 180-264 est spécifiée, prenez de 160 à 280.(4) Ce paramètre ne peut souvent être deviné, prenez 10% de la composante constante dessus et vous ne vous tromperez pas; en fait, vous "calculerez" le calcul après la réception du prototype fonctionnel.(5) La fréquence des convertisseurs, dans l'attente d'une démagnétisation du coeur, est flottante, on prend "du plafond" celle qu'on veut obtenir à pleine charge.(6) J'espère que vous savez que la forme du courant est triangulaire, que la clé commute, ce qu'est la clé, etc.La première formule est donc:Nous commençons par déterminer l'inductance primaire, Lpr.Lpr = (1000 × 2 × POUTmax) / (ŋ × F × ILPRpeak ^ 2) (1)
Pour simplifier, je vais jeter l'efficacité, et le multiplicateur de 1000, qui n'est nécessaire que pour apporter le résultat au microHenry d'Henry, obtiendra l'équation suivante:Lpr = (2 × POUTmax) / (F × ILPRpeak ^ 2) (1.1)
À première vue, il est totalement incompréhensible que cela se produise. Essayons de le convertir. En transférant les facteurs de droite à gauche, nous obtenons.(Lpr × ILPRpeak ^ 2) / 2 = POUTmax / F (1.2)
On transforme le côté droit, on obtient:(Lpr × ILPRpeak ^ 2) / 2 = POUTmax × T (1,3)
Donc, sur le côté gauche, nous avons l'énergie contenue dans l'inductance (manuel de physique, sinon clair). Sur le côté droit, nous avons la puissance consommée pendant la période de fonctionnement du convertisseur. C'est-à-dire l'énergie stockée dans l'inductance de l'enroulement primaire (au stade du pompage, du début de la période jusqu'à l'ouverture de la clé) est égale à la puissance transmise à la charge pendant toute la période T (du début du pompage à l'épuisement complet de l'énergie dans le transformateur et le début d'une nouvelle impulsion).À l'état d'équilibre, ce qui a été pompé dans le transformateur à partir du réseau doit être égal à ce qui a fui dans la charge. C'est-à-dire tout raisonnement suggère que notre source fonctionne déjà, ne démarre pas.Laissons cette formule (1) pour l'instant, puis nous allons l'utiliser dans le calcul, je voulais juste montrer comment cela se passe de cette façon.Maintenant sur les paramètres. Jetons un coup d'œil à la formule. En fixant (en choisissant à notre discrétion) trois des quatre inconnues, nous pouvons obtenir la valeur du quatrième.Puissance (POUTmax), nous avons déjà réglé.Fréquence, vous pouvez simplement le choisir à votre guise. Sans plus tarder, disons 50 kHz et nous ne perdrons pas. Une montée au-dessus de 150 kHz ne vaut pas la peine, car la perte de commutation deviendra déraisonnablement élevée, et même l'effet de peau, nous n'en avons pas besoin dans le retour.La valeur de crête du courant à travers l'enroulement primaire, et en même temps la clé est ILPRPeak, est un paramètre sur les nerfs dont nous allons jouer. En choisissant sa valeur ILPRPeak, nous changeons Lpr, et avec lui bien plus encore. Dans mon calcul, nous allons changer ILPRpeak et observer les autres cellules du tableau, dans lesquelles les résultats des autres formules seront localisés. Encore une fois, plus près de la réalité, pour une source de 100 W, vous pouvez commencer avec ILPRpeak = 3 ... 4A.Essayez simplement de remplacer différents nombres dans la cellule et vous verrez comment les autres paramètres dérivés changent. En particulier, en choisissant le courant de crête du «primaire», nous regardons la tension «réfléchie», et partons des considérations des touches qui nous accompagnent. Ce paramètre affecte également la valeur de crête du courant secondaire, ce qui est également important, car dans les flybacks, les courants ont la forme d'un triangle rectangulaire, et les valeurs de crête sont plusieurs fois supérieures à celles actuelles, c'est-à-dire si le courant de charge est de 5A, le pic peut être de 50, concentrez-vous sur les diodes existantes et les pertes dans l'enroulement en cuivre.La deuxième formule:UDCmin = UACmin × 1,41-Urpl (2)
Il n'y a rien à simplifier, je pense qu'il est clair que nous obtenons la pire valeur de la tension constante, compte tenu du rabattement sur le condensateur tampon, qui est derrière le redresseur de réseau, ou KKM.Ton = (Lpr × ILPRpeak) / UDCmin (3)
Dans la formule (3), nous calculons la durée pendant laquelle la clé doit être ouverte pour que le courant dans l'inductance, lorsque notre pire UDCmin lui est appliqué, croisse de zéro à l'ILPRpeak souhaité.T = 1 / F × 1000 (4)
Nous avons réglé la fréquence plus tôt; la période a été calculée en (4). Nous multiplions par 1000 parce que nous avons noté la fréquence souhaitée en kHz et non en 1000th Hertz.Toff = T-Ton (5)
Le reste de la période, qui sera consacré au transfert d'énergie à la charge, est calculé par la formule (5).Q = Toff / tonne (6)
Le rapport cyclique maximal pour la pire tension du réseau et le rabattement maximal sur le condensateur de filtrage sont calculés en (6).Urv = UDCmin × Ton / Toff (7)
Tension "réfléchie". Notre transformateur, bien que flyback, est toujours un transformateur, ce qui signifie que le rapport de transformation lui est également applicable. Si sur notre enroulement secondaire pendant le courant traversant la diode du redresseur, la tension (par exemple) est de 12,7 V, puis par le rapport du nombre de tours cette tension est transformée en enroulement primaire (après tout, le flux magnétique «lave» tous les enroulements simultanément).Formule (7), un peu délicate, essayez de la "détordre". Nous obtenons:UDCmin × Ton = Urv × Toff (7.1)
(7.1) Démontre un point très important, communément appelé "égalité des intervalles volts * secondes". Peut-être que la validité de l'énoncé (7.1) n'est pas évidente, ou n'est pas immédiatement claire, tant que nous utilisons la valeur numérique obtenue en utilisant (7) telle quelle, ne doutez pas de sa validité.UVTmax = UACmax × 1,41 + Urv (8)
J'espère que vous comprenez bien qu'à l'inverse, l'enroulement primaire est à tension constante, que sur le condensateur de filtrage est juste un morceau de fil, c'est-à-dire si notre condensateur de filtrage est toujours chargé jusqu'à 310 V, alors avec l'interrupteur d'alimentation ouvert, le courant passe à travers l'enroulement secondaire, la constante "traverse" simplement le primaire et est appliquée à la clé, mais avec elle, la tension réfléchie est ajoutée à la clé. Et le plus triste, c'est qu'il est combiné avec constante. Et cela sans tenir compte de l'émission de l'inductance de diffusion, gardez cela à l'esprit, dans le calcul, cette circonstance est spécialement mise en évidence en rouge.Ensuite (8) montre quelle tension sera appliquée à l'interrupteur d'alimentation en sens inverse. Vous pouvez immédiatement ajouter à la tension maximale pour laquelle le commutateur est conçu, même au-dessus d'un volt de cette façon 200 et vous ne vous tromperez pas. Le prototypage montrera l'amplitude réelle de la surtension générée par la diffusion d'inductance.Maintenant, nous pouvons calculer le rapport de transformation du transformateur, par exemple de cette manière:Kfb = Uout / Urv (9)
J'appelle ce rapport de transformation «inverse», car il est considéré comme rétrograde. Maintenant, le rapport de transformation classique, qui peut être obtenu:K = 1 / Kfb (10)
Ensuite, nous calculons la tension maximale qui sera appliquée à la diode du redresseur dans le sens direct du convertisseur. Je pense que vous comprenez bien qu'elle sera constituée de la tension sur la charge du condensateur de filtrage, qui en mode de fonctionnement, peut être considérée comme constante, et transformée, grâce au coefficient de transformation, la tension appliquée à l'enroulement primaire.UVDmax = Uout + (VACmax × 1,41) / K (11)
Et n'oubliez pas que les émissions des inductances parasites des enroulements du transformateur agissent également sur la diode, incl. Si nous parlons de sources avec des tensions de sortie élevées, prenez une marge de tension d'au moins 200V. Pour les basses tensions, au moins 1,5, et regardez attentivement le redresseur avec un oscilloscope.Ensuite.Lsec = Lpr / K ^ 2 (12)
A partir de (12), nous obtenons l'inductance de l'enroulement secondaire du transformateur. La règle qui est utilisée dans la formule dit que "l'inductance des enroulements du transformateur est liée comme les carrés de leurs spires", car expression peut être représentée comme:Lsec / Lpr = N2 ^ 2 / N1 ^ 2 (12,1) (N2 ^ 2 / N1 ^ 2 = K ^ 2)
Ensuite, nous calculons le courant de crête de l'enroulement secondaire. Préparez-vous à obtenir des nombres assez importants ici, car il s'agit d'un «retour», et le courant qu'il contient dans le «secondaire» est triangulaire, et la valeur de crête peut être nettement supérieure au courant de charge.ILSECpeak = √ (1000 × 2 × POUTmax) / (F × ŋ × Lsec) (13)
Cette formule est convertie de la même manière que la première formule pour ILPRpeak.ILSECrms = ILSECpeak√ (1-Q) / 3 (14)
Dans (14), la valeur effective du courant à travers l'enroulement secondaire du transformateur est calculée. Je ne peux pas expliquer pourquoi la racine de (1-Q) / 3, je peux probablement expliquer cela en traçant et en recourant à la géométrie. Nous évaluerons immédiatement la valeur actuelle du courant d'enroulement primaire.ILPRrms = ILPRmax√Q / 3 (15)
Ainsi, les inductances, les courants, les fréquences sont comptés. Et comment choisir le circuit magnétique, demandez-vous, comment calculer l'écart non magnétique? Pour commencer, nous allons «l'estimer», sur la base de notre expérience de vie, et «ayant conduit» ses paramètres dans le calcul, en regardant l'induction calculée, nous pouvons choisir un autre circuit magnétique. Je voulais donc une source de 100W avec une tension de sortie de 12V. Je prends "du plafond" un circuit magnétique de type PQ2620.À partir de sa fiche technique, j'écris Ae, l'écart prévu et le coefficient d'inductance pour cet écart (dans les fiches techniques Epcos, un tableau est souvent donné avec les écarts standard pour ce circuit magnétique, et les valeurs d'Al et la perméabilité équivalente). Si, cependant, il n'y a pas de données sur le coefficient Al pour l'écart que vous voulez, vous devrez le faire (l'écart), enrouler 100 tours d'essai et calculer selon une formule simple Al = √ (L / N ^ 2), où L est la valeur mesurée de l'inductance sur le noyau avec l'écart que vous avez scié, N est le nombre de tours que vous avez esquissés (je recommande un enroulement d'essai de 100 tours).Je n'expliquerai pas ce que sont Ae, G et Al, en supposant que vous savez vous-même pourquoi un espace dans le circuit magnétique est nécessaire, et ce qu'est Al. De plus, la perméabilité équivalente du noyau avec un espace peut être entrée dans le calcul, mais elle n'y est pas utilisée, uniquement pour la beauté). Dans la formule (16), nous considérons le nombre de tours requis.Npr = √Lpr / Al (16)
L'un des paramètres les plus importants pour un transformateur est la valeur de crête du flux d'induction magnétique.B = (Lpr × ILPRpeak) / (Npr × Ae) (17)
Je ne recommande absolument pas de dépasser la valeur de 0,3, et 0,4 est déjà une catastrophe. Il se trouve que ce circuit magnétique semble tout à fait adapté à nos besoins. L'induction est inférieure à 0,3 Tl, et je veux la placer sous nos besoins. Malheureusement, le calcul ne contient pas de formules pour calculer le remplissage de la fenêtre du circuit magnétique avec du cuivre, par conséquent, il est impossible de se prononcer définitivement dessus.Si l'induction est supérieure à 0,3 T, on peut soit choisir un circuit magnétique plus grand, soit augmenter l'écart. En augmentant l'écart, nous obtenons une valeur différente de Al et resp. valeur du flux d'induction.En général, l'expérience de vie montre qu'il vaut mieux ne pas entrer dans des espaces de plus de 1,5 mm., Parce qu'ils sont caractérisés par leurs phénomènes parasites, tels que les lignes de bombement du champ magnétique, l'échauffement des spires situées près de l'écart à des températures auxquelles ils peuvent obtenir un "khan", bref de 0,2 mm à 1,5 mm. Moins de 0,2 - la dilatation thermique du matériau peut modifier considérablement les paramètres du transformateur. Plus de 1,5 mm - écrit ci-dessus.En choisissant un circuit magnétique, à savoir en comparant différents modèles, uniquement par la section transversale du noyau (Ae), nous pouvons perdre de vue le fait que la longueur de la ligne magnétique affecte également Al pour la même section transversale et le même espace.Par exemple, le noyau magnétique PQ2620 a une aire de section transversale de 122 mm.kv, et ETD34 n'est que de 97 mm.kv., mais les longueurs de ligne magnétique de ces noyaux magnétiques sont différentes, et 100W peuvent être pompés avec succès à travers ETD34 ainsi que via PQ2620. Je veux dire, prenez et substituez dans le calcul toutes les ferrites qui sont proches de ces tailles qui, à votre avis, peuvent pomper la puissance souhaitée.Après avoir calculé l'induction magnétique, le calcul calcule le nombre de tours de l'enroulement secondaire et de l'enroulement auxiliaire, je ne m'attarderai pas spécifiquement sur eux, la méthodologie est la même qu'avant.J'espère que ce qui précède vous sera utile. Le développement de l'IIP est une énorme couche de science appliquée, et ce "calcul" n'est qu'une petite feuille de l'un des Talmuds, qui recueille toute l'expérience de l'humanité, mais il est extrêmement utile dans le plan appliqué pour le développement de simples "flybacks".Mon «calcul» (et pas vraiment le mien, mais hérité du cerveau idéologique) est un outil plutôt primitif, je peux donc recommander d'utiliser la collection de programmes de Vladimir Denisenko, qui se trouvent facilement via un moteur de recherche. Ceux qui "coupent" dans le sujet "pouvoir", et ont quelque chose à dire aux welkas dans les commentaires. Toute critique est la bienvenue!Ce qui n'est pas clair - demandez, je vais compléter l'article avec des explications plus détaillées.