Apesar de há pouco tempo um artigo bem escrito ter sido ignorado sobre o cálculo de um transformador de uma fonte de alimentação comutada, vou chamar a atenção para minha técnica, e não apenas uma técnica simples, mas a descrição mais transparente dos princípios usados nela.Não haverá imagens, haverá cerca de 18 fórmulas simples e muito texto. Peço a todos que se juntem a bordo.Quero falar sobre como calcular um animal tão astuto quanto um transformador de pulso de uma fonte de alimentação flyback. Flyback, ou FlyBack, é provavelmente a topologia do conversor de pulso mais popular. Na minha opinião, existem dois pontos muito importantes e sutis no IIP - este é um transformador e um loop de feedback. Neste artigo, quero mostrar um dos conjuntos possíveis de equações matemáticas simples, resolvendo os quais podemos obter os dados de um transformador muito real para um flyback.Na Internet, em vários artigos de autores ou no AppNotes de vários fabricantes, é possível encontrar vários métodos de cálculo que geralmente são "compactados" o máximo possível, para que não fique totalmente claro nas fórmulas como elas são obtidas. Quero me concentrar não na precisão, mas na máxima visibilidade e transparência dos cálculos, para que você entenda "por quê".Em seguida, tentarei escrever de forma sucinta e sucinta, para que você possa se sentar e contar imediatamente após ler o artigo. Não desenharei diagramas de tensões e correntes em uma fonte de retorno; acredito que você esteja suficientemente preparado para usar termos como "indutância de vazamento", "tensão refletida", "valor de pico da corrente através do interruptor", "desmagnetização do circuito magnético" compreensível.Portanto, consideraremos o transformador da fonte de alimentação flyback, sem o corretor do fator de potência, como o mais comum, e meu “cálculo” é até agora apenas aguçado.Anotarei separadamente que os chamados modo quase-ressonante de operação do conversor, quando o bombeamento de energia no transformador começa imediatamente após a desmagnetização completa do circuito magnético. I.e. o chamado "Coeficiente de continuidade atual" = 1, ou seja, Assim que toda a energia flui através do enrolamento secundário (e dissipada no circuito amortecedor), ligamos imediatamente a chave e bombeamos novamente. Este modo foi recentemente muito popular em fontes de alimentação flyback, como permite aumentar ligeiramente a eficiência.Farei uma reserva com antecedência - a metodologia a seguir é muito grosseira, mas funciona "concreto armado", foi testada repetidamente em transformadores reais em fontes de energia reais.Para começar, faça o download do cálculo, abra-o e passe por cima de seus olhos. Os valores para o cálculo do transformador da fonte de alimentação com uma potência de saída de 100W já estão "acionados" nela.Cálculo: infelizmente, por algum motivo desconhecido para mim, o link público não é exibido.
Talvez publicar links públicos seja contra as regras. Espero que os moderadores ouçam esse grito da alma e me enviem uma configuração de filtro pessoal, mas, por enquanto, você pode reescrever todas as fórmulas abaixo no Excel ou no Matkad e obter um resultado adequado.Então vamos lá. Para iniciar o cálculo, precisamos nos perguntar alguns parâmetros iniciais (todos eles são destacados em verde no cálculo), a saber:1. A potência de saída da fonte de energia para a qual fabricamos o transformador (POUTmax).2. A tensão de saída da fonte (Uout) (1).3. A tensão de saída do enrolamento de serviço (Ubias) (2).4. Tensão de alimentação mínima (UACmin) (3).5. Tensão máxima da linha (UACmax) (3).6. Nível de ondulação no capacitor de filtro da rede retificadora (Urpl) (4).7. A eficiência esperada do transformador (tome 0,85 e você não perderá) (ŋ).8. A frequência de operação do conversor (5).9. O valor de pico da corrente que flui através do enrolamento primário de comutação de teclas (ILPRpeak) (6).(1) Se as tensões de saída forem suficientemente baixas, considere a queda direta de tensão no diodo.(2) Na grande maioria dos projetos de fontes de alimentação, é necessário um terceiro enrolamento, a partir do qual o microcircuito de controle será alimentado.(3) Sempre leve com uma margem, ou seja, se o intervalo 180-264 for especificado, leve de 160 a 280.(4) Esse parâmetro geralmente pode ser adivinhado, considere 10% do componente constante e você não se enganará; na verdade, você "calculará" o cálculo após o recebimento do protótipo em funcionamento.(5) A frequência dos conversores, com a expectativa de desmagnetização do núcleo, é flutuante, pegamos "do teto" aquele que queremos obter em plena carga.(6) Espero que você esteja ciente de que a forma da corrente é triangular, que a chave é comutada, qual é a chave etc.Portanto, a primeira fórmula é:Começamos determinando a indutância primária, Lpr.Lpr = (1000 × 2 × POUTmax) / (ŋ × F × ILPRpico ^ 2) (1)
Para simplificar, jogarei fora a eficiência, e o multiplicador de 1000, necessário apenas para trazer o resultado ao microHenry de Henry, obterá a seguinte equação:Lpr = (2 × POUTmax) / (F × ILPRpico ^ 2) (1,1)
À primeira vista, é completamente incompreensível como isso acontece. Vamos tentar convertê-lo. Transferindo os fatores da direita para a esquerda, conseguimos.(Lpr × ILPRpico ^ 2) / 2 = POUTmáx / F (1,2)
Transformamos o lado direito, obtemos:(Lpr × ILPRpico ^ 2) / 2 = POUTmax × T (1,3)
Assim, no lado esquerdo, temos a energia contida na indutância (livro de física, se não claro). No lado direito, temos a energia consumida durante o período de operação do conversor. I.e. a energia armazenada na indutância do enrolamento primário (no estágio de bombeamento, desde o início do período até a abertura da chave) é igual à potência transmitida à carga durante todo o período T (desde o início do bombeamento até a exaustão completa de energia no transformador e o início de um novo pulso).No estado estacionário, o que foi bombeado para o transformador a partir da rede deve ser igual ao vazado para a carga. I.e. todo raciocínio sugere que nossa fonte já está funcionando, não está iniciando.Vamos deixar essa fórmula (1) por enquanto, então a usaremos no cálculo, eu só queria demonstrar como fica dessa maneira.Agora sobre os parâmetros. Vamos dar uma olhada na fórmula. Fixando (escolhendo a nosso critério) três das quatro incógnitas, podemos obter o valor da quarta.Potência (POUTmax), já configuramos.Frequência, você pode simplesmente escolher como desejar. Sem mais delongas, digamos 50kHz e não vamos perder. Subir acima de 150kHz não vale a pena, já que a perda de comutação se tornará excessivamente alta e até o efeito de pele, não precisamos disso no flyback.O valor de pico da corrente através do enrolamento primário e, ao mesmo tempo, a chave é ILPRPeak, é um parâmetro nos nervos dos quais tocaremos. Escolhendo seu valor ILPRPeak, alteramos Lpr e, com ele, muito mais. No meu cálculo, alteraremos o ILPRpeak e observaremos as outras células da tabela, nas quais os resultados de outras fórmulas serão localizados. Novamente, mais próximo da realidade, para uma fonte de 100 W, você pode começar com ILPRpeak = 3 ... 4A.Apenas tente substituir números diferentes na célula e você verá como outros parâmetros derivados mudam. Em particular, escolhendo a corrente de pico do "primário", observamos a tensão "refletida" e procedemos das considerações das chaves que estão presentes conosco. Esse parâmetro também afeta o valor de pico da corrente secundária, o que também é importante, porque em flybacks as correntes têm a forma de um triângulo retangular, e os valores de pico são várias vezes maiores que os atuais, ou seja, se a corrente de carga for 5A, o pico poderá ser 50, com foco nos diodos e perdas existentes no enrolamento de cobre.A segunda fórmula:UDCmin = UACmin × 1,41-Urpl (2)
Não há nada para simplificar, acho claro que obtemos o pior valor da tensão constante, levando em consideração o rebaixamento do capacitor de buffer, que está por trás do retificador de rede, ou KKM.Ton = (Lpr × ILPRpico) / UDCmin (3)
Na fórmula (3), calculamos quanto tempo a chave deve estar aberta para que a corrente de indutância, quando nosso UDCmin de pior caso seja aplicado a ela, cresça de zero até o pico de ILPR desejado.T = 1 / F × 1000 (4)
Definimos a frequência mais cedo, o período foi calculado em (4). Nós multiplicamos por 1000 porque anotamos a frequência desejada em kHz e não no 1000th Hertz.Toff = Tonelada T (5)
O restante do período, que será dedicado à transferência de energia para a carga, é calculado pela fórmula (5).Q = Toff / Tonelada (6)
O ciclo de trabalho máximo para a pior tensão na rede e o rebaixamento máximo no capacitor de filtragem são calculados em (6).Urv = UDCmin × Ton / Toff (7)
Tensão "refletida". Nosso transformador, apesar de flyback, ainda é um transformador, o que significa que a taxa de transformação também é aplicável a ele. Se em nosso enrolamento secundário durante a corrente que flui através do diodo retificador, a tensão (por exemplo) é de 12,7V, então, pela razão do número de voltas, essa tensão é transformada no enrolamento primário (afinal, o fluxo magnético "lava" todos os enrolamentos simultaneamente).A Fórmula (7), um pouco complicada, tenta "torcer". Temos:UDCmin × Ton = Urv × Toff (7.1)
(7.1) Demonstra um ponto muito importante, popularmente chamado de "igualdade de volt * segundo intervalos". Talvez a validade da afirmação (7.1) não seja óbvia ou não seja imediatamente clara, desde que utilizemos o valor numérico obtido usando (7) como está, não duvide de sua validade.UVTmáx = UACmáx × 1,41 + Urv (8)
Espero que você entenda bem que, no reverso, o enrolamento primário é para tensão constante, que no capacitor de filtragem é apenas um pedaço de fio, ou seja, se o nosso capacitor de filtragem ainda estiver carregado até 310V, quando o interruptor de energia estiver aberto, a corrente fluirá pelo enrolamento secundário, a constante simplesmente "passará" pelo primário e será aplicada à chave, mas com ela, a tensão refletida será adicionada à chave. E o mais triste é que ele é combinado com constante. E isso sem levar em consideração a emissão da indutância de espalhamento, lembre-se disso, no cálculo essa circunstância é especialmente destacada em vermelho.Em seguida (8) mostra qual voltagem será aplicada ao interruptor de energia no sentido inverso. Você pode adicionar imediatamente à voltagem máxima para a qual o comutador foi projetado, mesmo acima de um volt dessa maneira 200 e você não se enganará. A prototipagem mostrará a amplitude real do surto de tensão gerado pelo espalhamento da indutância.Agora podemos calcular a taxa de transformação do transformador, por exemplo, desta maneira:Kfb = Uout / Urv (9)
Eu chamo essa taxa de transformação de "reversa", porque é considerado atrasado. Agora, a taxa de transformação clássica, que pode ser obtida:K = 1 / Kfb (10)
A seguir, calculamos a tensão máxima que será aplicada ao diodo retificador na direção direta do conversor. Eu acho que você entende bem que ele consistirá na tensão no capacitor de filtragem da carga, que no modo de operação pode ser considerada constante e transformada, através do coeficiente de transformação, na tensão aplicada ao enrolamento primário.UVDmax = Uout + (VACmax × 1,41) / K (11)
E não esqueça que as emissões das indutâncias parasitárias dos enrolamentos do transformador também atuam no diodo, incl. Se estamos falando de fontes com altas tensões de saída, tome uma margem de tensão de pelo menos 200V. Para baixa tensão, pelo menos 1,5, e observe atentamente o retificador com um osciloscópio.Avançar.Lsec = Lpr / K ^ 2 (12)
De (12) obtemos a indutância do enrolamento secundário do transformador. A regra usada na fórmula diz que "a indutância dos enrolamentos do transformador está relacionada como o quadrado de suas voltas", porque A expressão pode ser representada como:Lsec / Lpr = N2 ^ 2 / N1 ^ 2 (12.1) (N2 ^ 2 / N1 ^ 2 = K ^ 2)
Em seguida, calculamos a corrente de pico do enrolamento secundário. Prepare-se para obter números bastante grandes aqui, porque é um "retorno", e a corrente no "secundário" é triangular, e o valor do pico pode ser significativamente maior que a corrente de carga.ILSECpeak = √ (1000 × 2 × POUTmax) / (F × ŋ × Lsec) (13)
Essa fórmula é convertida da mesma maneira que a primeira fórmula para o ILPRpeak.ILSECrms = ILSECpeak√ (1-Q) / 3 (14)
Em (14), o valor efetivo da corrente através do enrolamento secundário do transformador é calculado. Não sei explicar por que a raiz de (1-Q) / 3, provavelmente posso explicar isso plotando e recorrendo à geometria. Imediatamente estimaremos o valor atual da corrente primária do enrolamento.ILPRrms = ILPRmax√Q / 3 (15)
Então, indutâncias, correntes, frequências são contadas. E como escolher o circuito magnético, você pergunta, como calcular a diferença não magnética? Para começar, nós o “estimaremos”, com base em nossa experiência de vida, e “tendo conduzido” seus parâmetros para o cálculo, observando a indução calculada, podemos escolher outro circuito magnético. Então, eu queria uma fonte de 100W com uma tensão de saída de 12V. Pego "do teto" um circuito magnético do tipo PQ2620.Na folha de dados, escrevo Ae, a diferença esperada e o coeficiente de indutância para essa diferença (nas folhas de dados da Epcos, muitas vezes é fornecida uma tabela com lacunas padrão para este circuito magnético, valores de Al e permeabilidade equivalente). Se, no entanto, não houver dados sobre o coeficiente Al para a folga desejada, você deverá fazê-la (a folga), encerrar 100 voltas de teste e calcular de acordo com uma fórmula simples Al = √ (L / N ^ 2), onde L é o valor medido da indutância no núcleo com a folga que você viu, N é o número de voltas que você esboçou (eu recomendo enrolar 100 voltas).Não explicarei o que Ae, G e Al são, assumindo que você mesmo saiba por que é necessária uma lacuna no circuito magnético e o que Al é. Além disso, a permeabilidade equivalente do núcleo com uma lacuna pode ser inserida no cálculo, mas não é usada lá, apenas para fins de beleza). Na fórmula (16), consideramos o número necessário de turnos.Npr = √Lpr / Al (16)
Um dos parâmetros mais importantes para um transformador é o valor de pico do fluxo de indução magnética.B = (Lpr × ILPRpico) / (Npr × Ae) (17)
Eu categoricamente não recomendo exceder o valor de 0,3 e 0,4 já é um desastre. Aconteceu que este circuito magnético parece ser bastante adequado às nossas necessidades. A indução é inferior a 0,3 Tl e quero colocá-la sob nossas necessidades. Infelizmente, o cálculo não contém fórmulas para calcular o preenchimento da janela do circuito magnético com cobre; portanto, é impossível dar um veredicto final sobre ele.Se a indução for maior que 0,3 T, podemos escolher um circuito magnético maior ou aumentar a diferença. Aumentando a diferença, obtemos um valor diferente de Al e resp. valor do fluxo de indução.Em geral, a experiência de vida mostra que é melhor não entrar em intervalos de mais de 1,5 mm., Como eles são caracterizados por seus fenômenos parasitários, como linhas de abaulamento do campo magnético, aquecimento das voltas localizadas perto do intervalo a temperaturas nas quais eles podem obter um "cã". de 0,2 mm a 1,5 mm. Menos de 0,2 - a expansão térmica do material pode alterar significativamente os parâmetros do transformador. Mais de 1,5 mm - escreveu acima.Escolhendo um circuito magnético, ou seja, comparando modelos diferentes, apenas pela seção transversal do núcleo (Ae), pode-se ignorar o fato de que o comprimento da linha magnética também afeta Al para a mesma seção transversal e intervalo.Por exemplo, o núcleo magnético PQ2620 tem uma área de seção transversal de 122 mm.kv e o ETD34 é de apenas 97 mm.kv., mas os comprimentos das linhas magnéticas desses núcleos magnéticos são diferentes e é possível bombear com êxito 100W através do ETD34 e do PQ2620. Quero dizer, tome e substitua no cálculo todas as ferritas próximas a esses tamanhos que, na sua opinião, podem bombear a potência desejada.Depois de calcular a indução magnética, o cálculo calcula o número de voltas do enrolamento secundário e do enrolamento auxiliar, não vou me debruçar especificamente sobre eles, a metodologia é a mesma de antes.Espero que o acima seja útil para você. O desenvolvimento do IIP é uma enorme camada de ciência aplicada, e esse "cálculo" é apenas uma pequena folha de um dos Talmuds, que coleta toda a experiência da humanidade, mas é extremamente útil no plano aplicado para o desenvolvimento de simples "retrocessos".Meu “cálculo” (e não o meu, mas herdado do ideal ideológico) é uma ferramenta bastante primitiva, por isso posso recomendar o uso da coleção de programas de Vladimir Denisenko, que pode ser facilmente encontrada através de um mecanismo de busca. Aqueles que "cortam" o tópico "poder" e têm algo a dizer para os welkas nos comentários. Qualquer crítica é bem-vinda!O que não está claro - pergunte, complementarei o artigo com explicações mais detalhadas.