फ्लाईबैक स्विचिंग बिजली की आपूर्ति (फ्लाईबैक) के लिए ट्रांसफार्मर की गणना

इस सर्किट समाधान की सादगी और सस्तेपन के कारण हाल ही में फ्लाईबैक बिजली आपूर्ति (आईपीआर, फ्लाईबैक) की लोकप्रियता बहुत बढ़ गई है - बाजार पर आप अक्सर एकीकृत सर्किट पा सकते हैं, जिसमें इस तरह के लगभग पूरे उच्च वोल्टेज वाला हिस्सा शामिल होता है, उपयोगकर्ता को केवल ट्रांसफार्मर को जोड़ने और कम वोल्टेज वाले हिस्से को इकट्ठा करने की आवश्यकता होती है। मानक योजनाओं के अनुसार। ट्रांसफार्मर की गणना के लिए, सॉफ्टवेयर की एक बड़ी संख्या भी है - सार्वभौमिक कार्यक्रमों से लेकर एकीकृत सर्किट के विशेष सॉफ्टवेयर निर्माताओं तक।

आज मैं एक पल्स ट्रांसफार्मर की मैन्युअल गणना के बारे में बात करना चाहता हूं। "इसकी आवश्यकता क्यों है?" पाठक पूछ सकता है। सबसे पहले, ट्रांसफार्मर की मैन्युअल गणना से शक्ति स्रोत में होने वाली प्रक्रियाओं की पूरी समझ का पता चलता है, जो अक्सर नहीं होता है अगर नौसिखिया रेडियो शौकिया विशेष सॉफ्टवेयर में ट्रांसफार्मर की गणना करता है। दूसरे, मैनुअल गणना आपको कार्य करने के लिए स्रोत के लिए इष्टतम मापदंडों को चुनने की अनुमति देती है (और एक विचार है कि विकास के चरण में किस पैरामीटर को किसी दिए गए परिणाम को प्राप्त करने के लिए किस दिशा में बदलना चाहिए)।

तो चलिए शुरू करते हैं। IPR का ब्लॉक आरेख अंजीर में दिखाया गया है। 1. इसमें निम्नलिखित मुख्य कार्यात्मक इकाइयाँ शामिल हैं: स्विच स्व, ट्रांसफार्मर T1, आउटपुट वोल्टेज रेक्टिफायर VD1 और C2, हाई-फ़्रीक्वेंसी इंटरफेरेंस फ़िल्टर C1 और स्नबर स्नेब।

अंजीर। 1

ऐसा स्रोत निम्नानुसार काम करता है (चित्र 2 में सरलीकृत रेखांकन देखें): समय t0 के प्रारंभिक क्षण में, स्विच स्व खुलता है, जो इनपुट वोल्टेज यूआईएन को ट्रांसफार्मर T1 के प्राथमिक घुमावदार में आपूर्ति करता है। इस समय, वाइंडिंग I (पॉइंट ए) के निचले टर्मिनल पर वोल्टेज शून्य (नेगेटिव इनपुट वोल्टेज वायर के सापेक्ष), करंट वाइंडिंग I में रैखिक रूप से बढ़ना शुरू हो जाता है, और ट्रांसफॉर्मेशन गुणांक T1 (UoutInv) के लिए वोल्टेज आनुपातिक वाइंडिंग II पर दिखाई देता है। लेकिन इस वोल्टेज की ध्रुवता नकारात्मक हो जाती है (घुमावदार II के आउटपुट टर्मिनल के शीर्ष पर, बिंदु b), इसलिए डायोड VD1 बंद है और आउटपुट कैपेसिटर C2 में वोल्टेज पास नहीं होता है। इंटरवल टन (t0 से t1 तक) पर, घुमावदार I के माध्यम से धारा रैखिक रूप से मान Imax तक बढ़ जाती है, और ऊर्जा एक चुंबकीय क्षेत्र के रूप में ट्रांसफार्मर T1 के अंदर संग्रहीत होती है।


अंजीर। 2

समय टी 1 पर, स्विच स्व अचानक बंद हो जाता है, घुमावदार मैं बंद हो जाता है और स्व-प्रेरण ईएमएफ के माध्यम से इसमें दिखाई देता है, ताकि रोका हुआ चालू जारी रखने के लिए निर्देशित किया जा सके। इस समय, घुमावदार मैं खुद एक वोल्टेज स्रोत बन जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि प्रारंभ करनेवाला में ऊर्जा एक धारा के रूप में संग्रहीत होती है (वास्तव में, चुंबकीय क्षेत्र के रूप में, लेकिन यह कुंडल के माध्यम से धारा के समानुपाती होती है, इसलिए कुंडली में ऊर्जा सूत्र A = LI² / 2) है, लेकिन ऊर्जा संरक्षण के नियम के अनुसार, यह नहीं हो सकता है। एक निशान के बिना गायब हो, वह कहीं जाना चाहिए। नतीजतन, कॉइल में करंट तुरंत नहीं रुक सकता है, इसलिए कॉइल खुद एक वोल्टेज स्रोत बन जाता है, और किसी भी आयाम (!) - जैसे कि एक ही करंट इम्लेक्स की निरंतरता को बंद करने के तुरंत बाद सुनिश्चित करना। यह एक प्रारंभ करनेवाला की पहली महत्वपूर्ण विशेषता है,जिसे याद किया जाना चाहिए -कॉइल में करंट के तेज कटाव के साथ, यह किसी भी आयाम का एक वोल्टेज स्रोत बन जाता है, यह उस दिशा को बनाए रखने की कोशिश करता है जो इसे बंद कर देता है, दोनों दिशा में और आयाम में । वास्तव में कोई आयाम क्या है? उदाहरण के लिए, एक उच्च-वोल्टेज स्विच को अक्षम करने या कार के स्पार्क प्लग में एक चिंगारी बनाने के लिए पर्याप्त है (हाँ, यह कार के प्रज्वलन में प्रेरकों की इस संपत्ति का उपयोग करता है)।

ऊपर वर्णित सब कुछ हुआ होगा अगर घुमावदार मैं ट्रांसफार्मर टी 1 का एकमात्र घुमावदार था। लेकिन इसमें अभी भी द्वितीय II है, जो कि I. के लिए युग्मित है। इसलिए, समय पर t1, इसमें एक EMF भी दिखाई देता है, इसलिए निर्देशित किया जाता है कि बिंदु b पर जमीन के संबंध में एक प्लस होता है। यह EMF डायोड VD1 को खोलता है और संधारित्र C2 को वर्तमान I2max से चार्ज करना शुरू करता है। यानी संधारित्र C2 का भार और भार को ऊर्जा का हस्तांतरण उस समय होता है जब स्विच स्व बंद हो जाता है। यही कारण है कि इस सिद्धांत पर निर्मित बिजली की आपूर्ति को फ़्लाईबैक कहा जाता है - क्योंकि उनके पास उच्च-वोल्टेज से कम-वोल्टेज वाले हिस्से तक ऊर्जा का सीधा प्रसारण नहीं होता है, ऊर्जा पहले एक ट्रांसफार्मर में संग्रहीत होती है, और फिर उपभोक्ता को दी जाती है ।

T1 से t2 तक के समय अंतराल में, I2max से 0 तक कम होने वाली द्वितीयक घुमावदार धारा I2 ऊर्जा संरक्षण कानून के अनुसार कुंडली के अंदर चुंबकीय क्षेत्र को बनाए रखती है और प्राथमिक वाइंडिंग (जब से वे युग्मित हैं) पर वोल्टेज को अनियंत्रित मूल्य तक बढ़ने नहीं देती हैं। इस पल में घुमावदार I पर वोल्टेज परिवर्तन गुणांक T1 द्वारा गुणा किए गए आउटपुट वोल्टेज के बराबर हो जाता है। हालांकि, इस वोल्टेज की ध्रुवीयता ऐसी है कि इसे इनपुट वोल्टेज यूआईएन में जोड़ा जाता है और निजी कुंजी स्वा पर लागू किया जाता है। यानी निजी कुंजी को इनपुट से अधिक वोल्टेज के साथ लगाया जाता है! यह भी IPRs की एक महत्वपूर्ण विशेषता है जिसे याद रखा जाना चाहिए।

समय t2 पर, ट्रांसफार्मर T1 में संग्रहीत ऊर्जा समाप्त हो जाती है, डायोड VD1 बंद हो जाता है, बिंदु b पर वोल्टेज शून्य हो जाता है, बिंदु a पर इनपुट वोल्टेज, और सर्किट में सभी प्रक्रियाएँ t3 तक रुक जाती हैं, जब पूरा चक्र बहुत शुरुआत से दोहराया जाता है। इसके अलावा, समय अंतराल में t0-t1 और t2-t4, लोड को आउटपुट कैपेसिटर C2 द्वारा संग्रहीत ऊर्जा द्वारा पूरी तरह से आपूर्ति की जाती है ।

आईपीआर के वर्णित ऑपरेटिंग मोड को डिसकंटेंट धाराओं का मोड कहा जाता है - अर्थात अंतराल Toff (t1-t3) के दौरान, ट्रांसफार्मर T1 में संग्रहीत सभी ऊर्जा को भार में स्थानांतरित किया जाता है, इसलिए समय t3 पर, प्राथमिक वाइंडिंग के माध्यम से मैं शून्य से बढ़ना शुरू कर देता हूं। एक निरंतर चालू मोड भी है, जब समय पर t3 में कुछ ऊर्जा अभी भी ट्रांसफार्मर T1 में बनी हुई है, और समय के दौरान घुमावदार I के माध्यम से t3 शून्य से शुरू नहीं होता है। इस मोड की अपनी विशेषताएं, फायदे और नुकसान हैं, जिनके बारे में हम अगली बार बात करेंगे।

तो, मौजूदा मोड में एक आईपीआर की मुख्य विशेषताएं क्या हैं? आइये लिखते हैं मुख्य बातें:

1. , , . , . 2, , , , .
2. , , , , ! , , ( «» ). , .
3. , , , . , , .
4. , I 1 Ton ( ) , II Toff. , «» «» Toff Ton. .., , Duty cycle ( , D), Ton/(Ton + Toff) I Uin. .
5. , I2max, II t1 Imax, , I II ( ).
6. I2max ( 2.5 ), VD1 . , .
7. ( ) II.
8. VD1 . - , ( ) , ( ) .

पैराग्राफ 4 के लिए स्पष्टीकरण। भौतिकी से, हम प्रारंभ करनेवाला के लिए सूत्र को याद करते हैं:

यू (टी) = एल * (डीआई (टी) / डीटी) ,

जिसका अर्थ है कि कॉइल पर वोल्टेज सीधे उसके अधिष्ठापन के आनुपातिक है , जिसमें वर्तमान के परिवर्तन की दर से गुणा किया जाता है। । यह हमें क्या देता है? सबसे पहले, यह तथ्य कि अगर हम कॉइल में एक निरंतर वोल्टेज यू लागू करते हैं, तो इसमें वर्तमान के परिवर्तन की दर स्थिर है। यह हमें बिना किसी अंतर के निरंतर वोल्टेज के लिए सूत्र को फिर से लिखने की अनुमति देता है:

U = L * (toI / Δt) ,

और यह अंजीर में वर्तमान ग्राफ के इस सूत्र के अनुसार है। 2 सीधे। इसके अलावा, अगर हम वोल्टेज यूआईएन को कॉइल पर समय टन के लिए लागू करते हैं, तो इसमें वर्तमान मान इमाक्स = यूएन * टन / एल तक बढ़ जाएगा



अब हम चाहते हैं (सबसे अधिक लोड किए गए ऑपरेटिंग मोड में) कि कॉयल की सभी ऊर्जा जो हमने टाइप की है, उसे टॉफ अंतराल के दौरान लोड पर स्थानांतरित किया जाता है, अर्थात। समय t3 पर, कॉइल में करंट शून्य पर गिर जाना चाहिए। यहाँ, सरलता के लिए, हम कल्पना करते हैं कि हम दोनों एक ही कॉइल I से वोल्टेज / करंट की आपूर्ति और निष्कासन करते हैं, बाद में मैं समझाऊंगा कि इस तरह की धारणा क्यों संभव है। हम गणना करते हैं कि हम किस वोल्टेज का तार "डिस्चार्ज" कर सकते हैं ताकि करंट t3 पर शून्य तक पहुंच जाए:

Udis = L * Imax / Toff ,

स्थानापन्न और सरल:

Udis = L * Uin * Ton / (L * Toff) =in * Ton / Ton / टोफ

यानी वोल्टेज जो हमें पल में कॉइल को "डिस्चार्ज" करना चाहिए जब स्व कुंजी बंद हो तो केवल इनपुट वोल्टेज और "चार्ज" के अंतराल पर निर्भर करता है - "डिस्चार्ज"। कर्तव्य चक्र सूत्र D को याद करें:

D = Ton / (Ton + Toff),

इस प्रकार:

Udis = Uin * D / (1 - D)

लेकिन, वोल्टेज जिसे हम "डिस्चार्ज" करते हैं, कॉइल रिवर्स वोल्टेज है जो क्षणों में प्राथमिक वाइंडिंग में होता है कुंजी बंद करना। यानी हमने पाया कि यह केवल इनपुट वोल्टेज और कर्तव्य चक्र D पर निर्भर करता है और सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:

Uinv = Uin * D / (1 - D)

वास्तविक परिस्थितियों में काम करते समय, इनपुट वोल्टेज और बिजली की आपूर्ति के भार के आधार पर कर्तव्य चक्र डी का मूल्य बदल जाएगा। यह न्यूनतम इनपुट वोल्टेज और अधिकतम आउटपुट पावर के साथ इसका अधिकतम मूल्य डी लेगा - ऑपरेशन के इस मोड को सबसे कठिन माना जाता है, और यूनिट को डिजाइन करते समय यह अधिकतम मूल्य डी सेट होता है। उन क्षणों पर क्या होगा जब यूनिट का इनपुट वोल्टेज अधिक है या लोड अधूरा है? डी छोटे मान लेगा, क्योंकि एक उच्च वोल्टेज से, ऊर्जा तेजी से प्राथमिक स्टोरिंग में "संग्रहीत" होती है, या (कम लोड के मामले में) आपको बस ऊर्जा की एक छोटी मात्रा को "स्टोर" करने की आवश्यकता होती है। किसी भी स्थिति में, प्राथमिक घुमावदार पर रिवर्स वोल्टेज हमेशा समान रहेगा, क्योंकि यह बड़े पैमाने पर आउटपुट वोल्टेज के साथ जुड़ा हुआ है, और यह, बदले में, सर्किट द्वारा स्थिर है। इस प्रकार,कुंजी पर अधिकतम रिवर्स वोल्टेज है:

Usw = Umax + Umin * D / (1 - D)

IPRs के डिजाइन में यह एक महत्वपूर्ण बिंदु है, क्योंकि आमतौर पर कुंजी पर अधिकतम रिवर्स वोल्टेज प्रारंभिक पैरामीटर है, अर्थात। अधिकतम कर्तव्य चक्र डी भी एक प्रारंभिक मूल्य है । व्यवहार में, निम्नलिखित अधिकतम डी मान आमतौर पर उपयोग किए जाते हैं: 25% (1/4), 33% (1/3) और कम अक्सर 50% (1/2)। जैसा कि आप समझते हैं, बाद के मामले में, कुंजी पर अधिकतम रिवर्स वोल्टेज दो बार न्यूनतम इनपुट वोल्टेज के बराबर होगा, जो अर्धचालक डिवाइस की पसंद को जटिल करता है। डी के निचले अधिकतम मान, बदले में, एक ही वर्तमान इमैक्स पर अधिकतम शक्ति को कम करते हैं, स्व कुंजी को नियंत्रित करने की प्रक्रिया को जटिल करते हैं और यूनिट की स्थिरता को कम करते हैं।

हमने यहां यह धारणा क्यों लागू की कि हम दोनों ऊर्जा की आपूर्ति करते हैं और इसे प्राथमिक वाइंडिंग I से हटा देते हैं, और वास्तव में क्या होगा जब ऊर्जा कॉइल II से हटा दी जाती है? वही बात। किसी भी ट्रांसफॉर्मर वाइंडिंग के टर्मिनलों पर वोल्टेज कोर में चुंबकीय क्षेत्र के परिवर्तन की दर के लिए आनुपातिक है (और क्षेत्र वर्तमान के लिए आनुपातिक है, इसलिए वोल्टेज वर्तमान के परिवर्तन की दर के लिए आनुपातिक है)। इसलिए, यह महत्वपूर्ण नहीं है कि हम किस विंडिंग से ऊर्जा लेंगे, यदि हम इसे उसी गति से करते हैं, तो ट्रांसफार्मर में चुंबकीय क्षेत्र समान रूप से घट जाएगा, और वही वोल्टेज प्राथमिक वाइंडिंग के टर्मिनलों पर होगा। लेकिन द्वितीयक वाइंडिंग को किस वोल्टेज में "डिस्चार्ज" करने की आवश्यकता होती है ताकि ऊर्जा उसी गति से निकले? ऐसा करने के लिए, पहले माध्यमिक घुमावदार में वर्तमान पर विचार करें।

पैराग्राफ 5 के लिए स्पष्टीकरण। घुमावदार I को N1 मोड़ दें, जबकि II - N2 को घुमावदार करें। चुंबकीय क्षेत्र कॉइल के प्रत्येक कॉइल से गुजरने वाले वर्तमान द्वारा बनाया जाता है, अर्थात। यह उत्पाद I * N के आनुपातिक है। फिर, हम Imax * N1 = I2max * N2 प्राप्त करते हैं (यह मानते हुए कि दोनों विंडिंग बिल्कुल समान परिस्थितियों में घाव हैं), इसलिए माध्यमिक घुमाव की प्रारंभिक धारा:

I2max = Imax * N1 / N2

तो, माध्यमिक वाइंडिंग में वर्तमान प्राथमिक की तुलना में एन 1 / एन 2 गुना अधिक होगा। लेकिन समय t3 में ट्रांसफार्मर में संग्रहीत सभी ऊर्जा को खर्च करने के लिए हमें किस वोल्टेज को द्वितीयक घुमावदार होना चाहिए? जाहिर है, हमें यह बिल्कुल उसी गति से करना चाहिए; यानी समय पर प्रत्येक अलग-अलग क्षण में, ट्रांसफार्मर समान ऊर्जा मान dA (t) खो देगा। लेकिन पहले मामले में, dA (t) = Udis * I1 (t) * dt (A = W * T, W = U * I से प्राप्त), और अब यह dA (t) = Uout * I2 (t) * dt होगा । हम इन दो कार्यों की

बराबरी करते हैं: Uout * I2 (t) = उडिस * I1 (t), इसलिए, "डिस्चार्ज" की शुरुआत में तात्कालिक डिस्चार्ज की शक्तियां बराबर होनी चाहिए:

Uout * I2max = Udis

/ Uax = Uis * Imax / I2max = उडिस * इमैक्स / ( इमैक्स * एन 1 / एन 2) = उडिस * एन 2 / एन 1

यानी ट्रांसफॉर्मर की सभी ऊर्जा को t3 पर खर्च करने के लिए, हमें द्वितीयक वाइंडिंग II को वोल्टेज Udis * N2 / N1 में "डिस्चार्ज" करना होगा, जबकि डिस्चार्ज करंट Imax * N1 / N2 से शून्य में शून्य हो जाएगा। इस प्रकार, हमने यूनिट के आउटपुट वोल्टेज, विंडिंग में घुमावों की संख्या और ट्रांसफार्मर की प्राथमिक विंडिंग पर रिवर्स वोल्टेज के बीच संबंध स्थापित किया।

यह विशुद्ध रूप से सैद्धांतिक भाग समाप्त होता है, और हम अभ्यास के लिए आगे बढ़ सकते हैं। पहला सवाल जो इस समय पाठक के लिए सबसे अधिक संभावना है, वह यह है कि आईपीआर का विकास आखिर कहां से शुरू किया जाए? नीचे मैं चरणों का अनुशंसित अनुक्रम दूंगा। आइए उस स्थिति से शुरू करें जब ट्रांसफार्मर को पूरी तरह से स्वतंत्र रूप से निर्मित करने की योजना है (इस पर कोई सख्त प्रतिबंध नहीं हैं)।

1. हम पावर स्रोत के आउटपुट वोल्टेज और धाराओं का निर्धारण करते हैं।
2. , (VD1). , 1 0.3 . , , .. .
3. .
4. Pin = Pout/0.8 ( 80%).
5. F. 20 150. 20 ( «»), 150 , ( ). , : 66 100 .
6. , . +20%, .. Umax = U*1.7 (391 230). ( 400 ).
7. , . -20%, . 230 1 1 , ( ) Umin = 220. , , Umin 260.
8. D ( Uinv = Umax + Umin*D/(1 – D)).
9. , : Aimp = in*1s/F = in/F.
10. : A = LImax²/2, Umin = LImax*F/D, L = Umin²*D²/(2*Aimp*F²), Imax = Umin*D/(L*F) – , .
11. Imax .
12. Imax , () , – D ( ), , Umin. , – , Imax = 2*Pin/(Umin*D). , 8 ( D), , .
13. Imax , .
14. , , ( ).
15. N2 = Uout*N1*(1 – D)/(Umin*D) .
16. Irms = Imax*SQRT(D/3), , . 2 5 /².
17. .
18. , , .

अब ट्रांसफार्मर और उसके डिजाइन पर थोड़ा गौर करें। परंपरागत रूप से, बिजली की आपूर्ति को बदलने के लिए, ट्रांसफार्मर को उच्च चुंबकीय पारगम्यता के साथ सामग्री से बने कुछ कोर पर बनाया जाता है। यह विंडिंग्स के समान संख्या को उनके अधिष्ठापन को बढ़ाने के लिए अनुमति देता है, अर्थात। किसी दिए गए अधिष्ठापन को प्राप्त करने के लिए घुमावों की संख्या कम करें, और, इसलिए घुमावदार के आयामों को कम करें। हालांकि, कोर का उपयोग नुकसान जोड़ता है - कोर में चुंबकीय हिस्टैरिसीस के कारण, कुछ ऊर्जा खो जाती है, कोर गर्म हो जाता है, और कोर नुकसान बढ़ती आवृत्ति के साथ बढ़ते हैं (एक अन्य कारण जिसके कारण रूपांतरण आवृत्ति बहुत अधिक नहीं हो सकती है)। कोर के अलावा भी एक नया परिचयएक पहले अघोषित प्रतिबंध - चुंबकीय प्रेरण Bmax की अधिकतम अनुमेय प्रवाह घनत्व। व्यवहार में, यह इस तथ्य में प्रकट होता है कि यदि आप घुमावदार के माध्यम से वर्तमान में वृद्धि करते हैं, तो एक निश्चित समय पर, जब वर्तमान एक निश्चित अधिकतम मूल्य तक पहुंचता है, तो कोर संतृप्त हो जाएगा और वर्तमान में एक और वृद्धि पहले की तरह चुंबकीय प्रवाह में वृद्धि का कारण नहीं होगी। यह बदले में, इस तथ्य को जन्म देगा कि घुमावदार का "सापेक्ष अधिष्ठापन" तेजी से गिर जाएगा, जिससे इसके माध्यम से वर्तमान में और भी तेजी से वृद्धि होगी।यह बदले में, इस तथ्य को जन्म देगा कि घुमावदार का "सापेक्ष अधिष्ठापन" तेजी से गिर जाएगा, जिससे इसके माध्यम से वर्तमान में और भी तेजी से वृद्धि होगी।यह बदले में, इस तथ्य को जन्म देगा कि घुमावदार का "सापेक्ष अधिष्ठापन" तेजी से गिर जाएगा, जिससे इसके माध्यम से वर्तमान में और भी तेजी से वृद्धि होगी।व्यवहार में, यदि आप कोर के इनपुट से संतृप्ति में कुंजी स्वा OIP के संरक्षण के लिए प्रदान नहीं करते हैं, तो कुंजी बस ओवरक्रैक से जल जाएगी । इसलिए, सभी आईपीआर सर्किट में, सबसे सरल अवरोधक जनरेटर के अपवाद के साथ, प्राथमिक कुंजी के माध्यम से अधिकतम अनुमेय वर्तमान तक पहुंचने पर, एस कुंजी के माध्यम से वर्तमान नियंत्रण और कुंजी को जल्दी बंद कर दिया जाता है।

चुंबकीय प्रेरण के फ्लक्स घनत्व का अधिकतम मूल्य कितना बड़ा है? सबसे आम कोर सामग्री के लिए - फेराइट - यह 0.3T के बराबर माना जाता है। यह एक औसत मूल्य है, यह प्रत्येक विशिष्ट सामग्री के लिए भिन्न हो सकता है, इसलिए यहां संदर्भ के लिए बारी करना अच्छा है। इसके अलावा, यह मुख्य तापमान पर निर्भर करता है और, जैसा कि आप शायद पहले से ही अनुमान लगा चुके हैं, इसकी वृद्धि के साथ घट जाती है। यदि आप विषम परिस्थितियों में काम करने के लिए बनाया गया IPR डिजाइन कर रहे हैं, जहां कोर तापमान 125 डिग्री तक पहुंच सकता है, तो Bmax को 0.2T तक कम कर सकते हैं।

ट्रांसफार्मर का परिकलन करते समय आपको जो मुख्य सूत्र का उपयोग करना होगा, वह है इसके आयामों के अनुसार घुमावदार

इंडक्शन : L = (μ0 * μe * Se * N²) / le , जहां

μ0 वैक्यूम की पूर्ण चुंबकीय पारगम्यता है, 4π-7,
कोर का प्रभावी चुंबकीय पारगम्यता है,
एसई चुंबकीय सर्किट का प्रभावी पार-अनुभागीय क्षेत्र है, एम magnetic।
N -
कोर की मध्य चुंबकीय रेखा की लंबाई - कोर की मध्य चुंबकीय रेखा की लंबाई, m कोर

में चुंबकीय प्रेरण के प्रवाह की घनत्व:

B = (μ0 * μe * I * N) / le , जहां

मैं घुमावदार के माध्यम से वर्तमान है, इस

प्रकार, अधिकतम स्वीकार्य घनत्व के आधार पर। चुंबकीय प्रवाह, घुमावदार के लिए अधिकतम स्वीकार्य वर्तमान होगा:

इमैक्स = (बीएमएक्स * ली) / (μ0 * μe * N)

और अब एक और बहुत महत्वपूर्ण बिंदु है - व्यवहार में, अगर हम उपरोक्त सूत्रों में ट्रांसफार्मर के वास्तविक डेटा को स्थानापन्न करते हैं, तो यह पता चलता है कि प्राथमिक घुमावदार में अधिकतम अनुमेय विद्युत प्रवाह की तुलना में कई गुना कम है! यानी कोर को संतृप्ति में पेश किया जाएगा, इससे पहले कि हम इसमें आवश्यक ऊर्जा एंप को "पंप" कर सकें। तो क्या करें, ट्रांसफार्मर के आयामों को अश्लील मूल्यों में वृद्धि करने के लिए नहीं?

नहीं। एक गैर-चुंबकीय अंतराल को कोर में पेश किया जाना चाहिए! एक गैर-चुंबकीय अंतराल की शुरूआत कोर के प्रभावी चुंबकीय पारगम्यता को बहुत कम कर देती है, जिससे बहुत बड़ा प्रवाह घुमावदार से होकर गुजरता है। लेकिन, जैसा कि आप जानते हैं, यह घुमावदार के आवश्यक अधिष्ठापन को प्राप्त करने के लिए अधिक मोड़ की आवश्यकता होगी।

एक अंतर के साथ कोर के लिए सूत्रों पर विचार करें। अंतर के साथ कोर की प्रभावी चुंबकीय पारगम्यता:

μe = le / g , जहां

g, अंतराल की कुल मोटाई है, मी।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यह सूत्र केवल तभी मान्य है जब परिणामस्वरूप μe मूल चुंबकीय पारगम्यता (कई बार) से बहुत कम हो, और जी क्रॉस-अनुभागीय आकार से बहुत छोटा हो। कोर। इसलिए, हम एक अंतर के साथ कोर पर वाइंडिंग को शामिल करने के फॉर्मूले पर विचार करेंगे:

L = (μ0 * Se * N The) / g

अंतर को पेश करने से सूत्र केवल आसान हो गया है। घुमावदार के माध्यम से अधिकतम स्वीकार्य वर्तमान:

इमैक्स = (बीएमएक्स * जी) / (μ0 * एन)

खैर, और अंतिम सूत्र, जिसे स्वतंत्र रूप से प्राप्त किया जा सकता है। किसी दिए गए करंट का गैप साइज:

g = (I * μ0 * N) / Bmax

अब एक दिलचस्प निष्कर्ष बनाते हैं। जैसा कि आपको याद है, कॉइल में संग्रहीत ऊर्जा सूत्र A = LI² / 2 द्वारा व्यक्त की जाती है। तो क्या कुछ सार कोर में अधिकतम ऊर्जा संग्रहीत की जा सकती है? सूत्रों में डेटा स्थानापन्न।

Amax = (μ0 * Se * N²) * (Bmax * g) (/ ((μ0 * N)) * 2g) = Se * g * Bmax² / 2μ0

अब आप आश्चर्यचकित हो सकते हैं, लेकिन अधिकतम ऊर्जा जो कोर में संग्रहीत की जा सकती है। कोई फर्क नहीं पड़ता कि क्या घुमावदार इस पर घाव हैं! लेकिन यह तर्कसंगत है, क्योंकि ऊर्जा एक चुंबकीय क्षेत्र में व्यक्त की जाती है, और वाइंडिंग केवल इसे एक दिशा या किसी अन्य में बदलने की अनुमति देती है! वाइंडिंग्स में घुमावों की संख्या केवल उस गति को निर्धारित करती है जिसके साथ चुंबकीय प्रेरण एक दिए गए वोल्टेज पर अपने अधिकतम मूल्य तक पहुंच सकता है, लेकिन यह अधिकतम मूल्य केवल कोर डिजाइन द्वारा निर्धारित किया जाता है!

एकीकृत कोर पर आईपीआर के डिजाइन में इस निष्कर्ष का बहुत महत्व है । यदि आपको केवल ऐसे कार्य का सामना करना पड़ रहा है, तो, सबसे पहले, आपको यह गणना करने की आवश्यकता है कि चयनित नाड़ी में अधिकतम ऊर्जा अधिकतम कितनी ऊर्जा "अवशोषित" कर सकती है ताकि यह समझ सके कि यह आपकी ब्लॉक पावर के लिए उपयुक्त है या नहीं। जैसा कि आप जानते हैं, इस मामले में ब्लॉक की अधिकतम शक्ति केवल रूपांतरण आवृत्ति को बढ़ाकर बढ़ाई जा सकती है - जितना अधिक हम इनपुट से आउटपुट तक अमाक्स ऊर्जा पंप करते हैं, उतनी ही अधिक शक्ति हम परिणामस्वरूप प्राप्त कर सकते हैं।

इसके अलावा, प्राप्त सूत्र से यह देखा जाता है कि कोर में "फिट" होने वाली ऊर्जा की मात्रा गैर-चुंबकीय अंतर के सीधे आनुपातिक है! यह उन में अंतर को बढ़ाकर उच्च क्षमता पर छोटे कोर के उपयोग की अनुमति देता है। प्रतिबंध अब केवल भौतिक आयाम होंगे - अंतराल में वृद्धि से चुंबकीय पारगम्यता में कमी होती है, जिसके लिए बड़ी संख्या में घुमावों की आवश्यकता होती है।

और अब अंजीर में आईपीआर के ब्लॉक आरेख पर वापस जाएं। 1. इसमें दो ब्लॉक बने हुए थे, जिनके बारे में मैंने कुछ नहीं कहा - यह कैपेसिटर C1 और स्नबर स्नब है।

कैपेसिटर C1 का उद्देश्य उच्च आवृत्तियों पर इकाई के आउटपुट भाग को ग्राउंड करना है। तथ्य यह है कि किसी भी ट्रांसफार्मर, यहां तक ​​कि स्क्रीन के साथ सभी नियमों के अनुसार घाव, किसी प्रकार की अंतर-घुमावदार क्षमता है। विशाल आयाम का एक आयताकार उच्च आवृत्ति वोल्टेज इस कैपेसिटेंस के माध्यम से यूनिट के आउटपुट सर्किट से गुजरता है। संधारित्र सी 1, ट्रांसफार्मर टी 1 की क्षमता से बहुत अधिक समाई होने पर, इकाई का उत्पादन उच्च आवृत्तियों पर होता है। एक आईपीआर में इस संधारित्र का समाई मूल्य 2 एनएफ के क्षेत्र में सबसे अधिक बार चुना जाता है, वोल्टेज लगभग किलोवाट है। यदि यूनिट के आउटपुट का एक कठिन ग्राउंडिंग माना जाता है (उदाहरण के लिए, केवल ग्राउंडिंग के साथ एक सॉकेट का उपयोग किया जाता है), सी 1 को छोड़ा जा सकता है।

Snabber Snb की आवश्यकता भी T1 ट्रांसफार्मर की अपूर्णता से उपजी है, लेकिन पूरी तरह से अलग तरह की। इस तथ्य के बावजूद कि वाइंडिंग I और II एक-दूसरे के साथ युग्मित हैं, यह कनेक्शन 100% नहीं है। आईपीआर के सर्किट्री में, यह कहने के लिए प्रथागत है कि घुमावदार मैं श्रृंखला में जुड़े दो भागों में शामिल है, जहां पहला पूरी तरह से घुमावदार द्वितीय से जुड़ा हुआ है, और दूसरा इसे पूरी तरह से अलग किया गया है। वाइंडिंग I के इस दूसरे भाग को "लीकेज इंडक्शन" कहा जाता है।

जब वर्तमान में टी 1 प्राथमिक घुमावदार (इसके दोनों हिस्सों) में वर्तमान अचानक बंद हो जाता है, तो रिसाव अधिष्ठापन भी इसे जारी रखने की कोशिश करता है। और चूंकि यह किसी अन्य वाइंडिंग से जुड़ा नहीं है, इसलिए यह निजी कुंजी स्वा पर लगाया गया एक उच्च-वोल्टेज पल्स उत्पन्न करता है। इस पल्स की ऊर्जा उपयोगी ऊर्जा एंप (बेहतर ट्रांसफॉर्मर, यह सामान्य रूप से कम है) से कई गुना कम है, लेकिन यह कुंजी को नुकसान पहुंचाने के लिए पर्याप्त हो सकती है (उदाहरण के लिए, द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के मामले में, यह हिमस्खलन टूटने के लिए पर्याप्त होगा)। इस नाड़ी से कुंजी को बचाने के लिए, इसे एक विशेष सर्किट समाधान द्वारा बुझा दिया जाता है।


अंजीर। 3

सबसे सरल विकल्प डायोड, कैपेसिटर और रेसिस्टर (चित्र 3 देखें) से बना एक आरसीडी स्नबर है। घुमावदार वोल्टेज पर होने वाली रिवर्स वोल्टेज मैं डायोड वीडी को खोलता है और संधारित्र सी को चार्ज करना शुरू करता है नतीजतन, सभी नाड़ी ऊर्जा संधारित्र में स्थानांतरित हो जाती है। दालों के बीच, संधारित्र को रोकनेवाला आर के माध्यम से छुट्टी दे दी जाती है विघटन उपपादन से ली गई ऊर्जा अंततः अवरोधक R पर ऊष्मा में बदल जाती है, इसलिए इस अवरोधक की शक्ति महत्वपूर्ण होनी चाहिए (वाट्स की इकाइयों तक पहुँचती है)। स्नबर का लाभ इसकी सर्किट सादगी माना जा सकता है, और यह तथ्य कि संधारित्र C से ऊर्जा का हिस्सा धीमी डायोड VD का उपयोग करके ट्रांसफार्मर T पर वापस पंप किया जा सकता है, लेकिन ये प्रक्रिया पहले से ही हमारे सरल लेख की तुलना में कुछ अधिक जटिल हैं। स्नबर का मुख्य दोष यह है कि उपयोगी शक्ति भी उस पर गिरती है!आखिरकार, प्राथमिक वाइंडिंग के काम करने वाले रिवर्स वोल्टेज भी संधारित्र को इस मान से चार्ज करते हैं, अर्थात। Uinv R / R शुद्ध शक्ति व्यर्थ है।

दबानेवाला इस खामी से रहित एक सर्किट समाधान है। यह एक सीरीज़-कनेक्टेड फास्ट डायोड VD1 और एक शक्तिशाली और तेज़ जेनर डायोड VD2 है। जब प्रकीर्णन प्रेरण अपनी उच्च-वोल्टेज नाड़ी उत्पन्न करता है, तो यह डायोड VD1 को खोलता है, जेनर डायोड VD2 को तोड़ता है और नाड़ी ऊर्जा उस पर छितरी हुई होती है। जेनर डायोड VD2 को रिवर्स वोल्टेज Uinv की तुलना में एक उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज के साथ चुना जाता है, इसलिए यह यूनिट की उपयोगी शक्ति को भंग नहीं करता है। दमन के नुकसान में अर्धचालक उपकरणों के तेज उद्घाटन और समापन के साथ जुड़े उच्च स्तर के विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप शामिल हैं।

अगर यह हाई-वोल्टेज पल्स किसी भी चीज से चुकाया नहीं जाता है तो क्या होगा? द्विध्रुवी कुंजी के मामले में, सबसे अधिक संभावना है, इसमें एक हिमस्खलन टूटना होगा और बिजली की आपूर्ति बॉयलर मोड में बदल जाएगी। आधुनिक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर हिमस्खलन टूटने के लिए प्रतिरोधी हैं और आपको नाली में ऊर्जा की एक निश्चित मात्रा को फैलाने की अनुमति देते हैं (यह प्रलेखन में वर्णित है), इसलिए, इस तरह के ट्रांजिस्टर एक स्नबर या दबानेवाला के बिना काम कर सकते हैं - ट्रांजिस्टर अपनी भूमिका निभाएगा। इसके अलावा, मुझे कुछ सस्ते चीनी बिजली आपूर्ति मिले, जिसमें यह किया गया था। हालांकि, मैं दृढ़ता से ऑपरेशन के इस मोड की सिफारिश नहीं करता हूं, जैसा कि यह आगे इकाई की विश्वसनीयता को कम करता है। एक दबानेवाला यंत्र डायोड (जेनर डायोड) बहुत सस्ती है और कोलोसल स्पंदित शक्ति (600W, 1.5KW) के लिए डिज़ाइन किया गया है, इसलिए इसका उपयोग अपने इच्छित उद्देश्य के लिए क्यों नहीं किया जाता है?

इसके अलावा ऊपर से एक और निष्कर्ष इस प्रकार है। भले ही आप एक स्नबर या दबानेवाला यंत्र का उपयोग करने का निर्णय लेते हैं, चाहे बंद कुंजी पर रिवर्स वोल्टेज काम कर रहे गणना मूल्य Usw से भी अधिक होगा! कुंजी चुनते समय इसे ध्यान में रखा जाना चाहिए।

आमतौर पर आधुनिक कुंजी ट्रांजिस्टर और माइक्रोकिरुइट्स में 600 - 800 वोल्ट का एक अनुमेय रिवर्स वोल्टेज होता है। Umax = 391V, Umin = 220V पर, Usw कुंजी पर रिवर्स वोल्टेज के निम्नलिखित मान होंगे (D के आधार पर): D = 25%, Usw = 464B; D = 33%, Usw = 501B; D = 50%, Usw = 611B। इसका मतलब है कि 600V के अधिकतम रिवर्स वोल्टेज वाले कुंजी के लिए, केवल डी = 33% या उससे कम का चयन किया जाना चाहिए। 700V के रिवर्स वोल्टेज के साथ चाबियाँ के लिए, आप डी = 50% चुन सकते हैं।

खैर, लेख के अंत में मैं आईपीआर की गणना का एक सरल उदाहरण दूंगा। मान लीजिए हम एक साधारण बिजली की आपूर्ति करना चाहते हैं जो हमें इसके उत्पादन में 12 वी 1 ए प्राप्त करने की अनुमति देता है। हम इसे अंकों द्वारा गणना करते हैं:

1. यूनिट का आउटपुट 12V 1A है।
2. आउटपुट डायोड से पहले (हम एक पारंपरिक सिलिकॉन का उपयोग करेंगे) 13 वी होना चाहिए।
3. ट्रांसफार्मर की उत्पादन शक्ति 13W है।
4. यूनिट की अनुमानित इनपुट शक्ति पिन = 13 / 0.8 = 16W है।
5. एफ = 100 किलोहर्ट्ज़।
6. उमैक्स = 391 वी।
7. उमिन = 220 वी (इनपुट फिल्टर कैपेसिटर की समाई - 22mkf)।
8. D = 33%, Uinv = 110V, Usw = 501V। हम 600V के रिवर्स वोल्टेज के साथ कुंजियों पर ध्यान केंद्रित करेंगे।
9. Aimp = 16/100000 = 1.6e-4J = 160μJ।
10. एल = 1.65e-3 एचएच = 1.65 एमएच, इमैक्स = 0.44 ए
11. हम कोर का चयन करते हैं, घुमावदार और अंतराल के मापदंडों की गणना करते हैं।

और अब, तुलना के लिए, हम उसी आईपीआर की गणना उस मामले के लिए करते हैं जब अनुमेय मुख्य वोल्टेज 85-2-2VV की सीमा में हो सकता है। अंतर क्या हैं?

1. उमैक्स = 391 बी
2. Umin = 85B ( 47)
3. D = 60%, Uinv = 128, Usw = 519, 600.
4. Aimp = 16/100000 = 1.6e-4 = 160.
5. L = 813, Imax = 0.63

ध्यान दें कि स्विच के माध्यम से अधिकतम वर्तमान के मापदंडों में इतना बदलाव नहीं हुआ है - 0.44A से 0.63A तक, अधिष्ठापन बंद हो गया है, लेकिन अनुमेय इनपुट वोल्टेज की सीमा में काफी विस्तार हुआ है। यह आईपीआर का एक और फायदा है - बिजली के स्रोत बनाने में आसानी जो इनपुट वोल्टेज की एक विस्तृत श्रृंखला पर काम करती है।

यह संभव है कि यह लेख आईपीआर के निर्माण की सभी बारीकियों पर पूरी तरह से विचार नहीं करता है, लेकिन इसकी मात्रा योजनाबद्ध से अधिक हो गई है। फिर भी, मुझे उम्मीद है कि वह शुरुआत में मदद करने में सक्षम होगी, सिद्धांतों को समझने और स्वतंत्र रूप से फ्लाईबैक पावर स्रोत बनाने में मदद करेगी।

Source: https://habr.com/ru/post/hi388313/