Ferriittrafo arvutamine on protsess, mille käigus insenerid hindavad trafo erinevaid mähiste spetsifikatsioone ja südamiku mõõtmeid, kasutades südamikmaterjalina ferriiti. See aitab neil luua antud rakenduse jaoks ideaalselt optimeeritud trafo.
Postitus sisaldab üksikasjalikku selgitust selle kohta, kuidas arvutada ja kujundada kohandatud ferriitsüdamikutrafosid. Sisu on kergesti mõistetav ja see võib olla väga kasulik inseneridele, kes tegelevad selle valdkonnaga jõuelektroonika ja SMPS-inverterite tootmine.
Miks kasutatakse ferriitsüdamikku kõrgsagedusmuundurites
Võib-olla olete sageli mõelnud ferriitsüdamike kasutamise põhjuse kohta kõigis kaasaegsetes lülitusrežiimis toiteallikates või SMPS-muundurites. Eks see on suurema efektiivsuse ja kompaktsuse saavutamine võrreldes rauast südamikuga toiteallikatega, kuid oleks huvitav teada, kuidas ferriitsüdamikud võimaldavad meil saavutada selle kõrge efektiivsuse ja kompaktsuse?
Sellepärast, et aastal rauast südamikuga trafod, rauamaterjalil on palju madalam magnetiline läbilaskvus kui ferriidil. Seevastu ferriitsüdamikel on väga kõrge magnetiline läbilaskvus.
See tähendab, et magnetväljale allutatuna suudab ferriitmaterjal saavutada väga kõrge magnetiseerituse, paremini kui kõik muud magnetmaterjalid.
Suurem magnetiline läbilaskvus tähendab väiksemat pöörisvooluhulka ja väiksemaid lülituskadusid. Magnetilisel materjalil on tavaliselt kalduvus tekitada pöörisvoolu vastusena magnetsageduse tõusule.
Sageduse suurenemisel suureneb ka pöörisvool, põhjustades materjali kuumenemist ja mähise impedantsi suurenemist, mis toob kaasa täiendavaid lülituskadusid.
Ferriitsüdamikud on tänu oma kõrgele magnetilisele läbilaskvusele võimelised madalamate pöörisvoolude ja väiksemate lülituskadude tõttu kõrgemate sagedustega tõhusamalt töötama.
Nüüd võite mõelda, miks mitte kasutada madalamat sagedust, kuna see vastupidi aitaks vähendada pöörisvoolusid? Tundub kehtiv, kuid madalam sagedus tähendaks ka sama trafo pöörete arvu suurendamist.
Kuna kõrgemad sagedused võimaldavad proportsionaalselt väiksemat pöörete arvu, on trafo väiksem, kergem ja odavam. Seetõttu kasutab SMPS kõrgsagedust.
Inverterite topoloogia
Lülitusrežiimi inverterites väljub tavaliselt kahte tüüpi topoloogia: tõukejõud ja Täissild . Lükatav tõmme kasutab esmase mähise jaoks keskmist kraani, samas kui täissild koosneb ühest mähisest nii esmase kui ka sekundaarse jaoks.
Tegelikult on mõlemad topoloogiad oma olemuselt tõukejõud. Mõlemal kujul rakendatakse mähist MOSFETide poolt pidevalt ümberlülitatava tagurpidi liikuva vahelduvvooluga, mis võngub kindlaksmääratud kõrgsagedusel, jäljendades tõukejõudu.
Ainus põhimõtteline erinevus nende kahe vahel on see, et keskkraani trafo peamisel küljel on kaks korda rohkem pöördeid kui Full Bridge trafol.
Kuidas arvutada ferriitsüdamiku muunduri trafot
Ferriitsüdamiku trafo arvutamine on tegelikult üsna lihtne, kui teil on kõik määratud parameetrid käes.
Lihtsuse huvides proovime valemi lahendada näite abil, mis on loodud näiteks 250-vatise trafo jaoks.
Toiteallikaks saab 12 V aku. Trafo ümberlülitamise sagedus on 50 kHz, mis on tüüpiline näitaja enamikus SMPS-muundurites. Eeldame, et väljund on 310 V, mis on tavaliselt 220 V RMS tippväärtus.
Siin on 310 V pärast parandamist kiire taastumise kaudu silla alaldi ja LC-filtrid. Valime südamiku kui ETD39.
Nagu me kõik teame, kui a 12 V aku kasutatakse, pole selle pinge kunagi konstantne. Täislaadimisel on väärtus umbes 13 V, mis langeb pidevalt, kui inverteri koormus energiat tarbib, kuni lõpuks tühjeneb aku madalaima piirini, mis on tavaliselt 10,5 V. Seega arvestame arvutuste jaoks 10,5 V toiteallikana V minuti pärast.
Esmased pöörded
Peamiste pöörete arvu arvutamise standardvalem on esitatud allpool:
N (esimene)= V sisse (nimisõna)x 108/ 4 x f x B maxx TO c
Siin N (esimene)viitab esmastele pöördenumbritele. Kuna oleme oma näites valinud keskmise tõukejõu tõmbe topoloogia, on saadud tulemus pool vajalikest pöörete koguarvust.
- Vein (perekonnanimi)= Keskmine sisendpinge. Kuna meie keskmine aku pinge on 12V, võtame Vein (perekonnanimi)= 12.
- f = 50 kHz või 50 000 Hz. See on meie valitud eelistatud lülitussagedus.
- B max= Maksimaalne voo tihedus Gausides. Selles näites eeldame B maxolla vahemikus 1300G kuni 2000G. See on enamiku ferriidil põhinevate trafo südamike standardväärtus. Selles näites lepime kokku väärtusega 1500G. Nii et meil on B max= 1500. Suuremad väärtused B maxei ole soovitatav, kuna see võib viia trafo küllastuspunktini. Seevastu madalamad väärtused B maxvõib põhjustada südamiku alakasutust.
- TOc= Efektiivne ristlõikepindala cmkaks. Seda teavet saab koguda ferriitsüdamike andmelehtedelt . Võite leida ka Acesitatakse kui Aon. Valitud südamiku numbri ETD39 puhul on andmelehe lehel toodud tegelik ristlõikepindala 125 mmkaks. See on võrdne 1,25 cm-gakaks. Seetõttu on meil Ac= 1,25 ETD39 jaoks.
Ülaltoodud joonised annavad meile kõigi parameetrite väärtused, mis on vajalikud meie SMPS invertertrafo primaarsete pöörete arvutamiseks. Seega, asendades vastavad väärtused ülaltoodud valemis, saame:
N (esimene)= V sisse (nimisõna)x 108/ 4 x f x B maxx TO c
N (esimene)= 12 x 108/ 4 x 50000 x 1500 x 1,2
N (esimene)= 3,2
Kuna 3,2 on murdosa ja seda võib olla keeruline praktiliselt rakendada, ümardame selle 3 pöördeni. Enne selle väärtuse lõplikku vormistamist peame uurima, kas väärtus on või mitte B maxon selle uue ümardatud väärtuse 3 jaoks endiselt ühilduv ja vastuvõetavas vahemikus.
Sest pöörete arvu vähendamine põhjustab pöörete arvu proportsionaalset kasvu B max, seetõttu on hädavajalik kontrollida, kas suurenenud B maxon endiselt meie 3 esmase pöörde jaoks vastuvõetavas vahemikus.
Vastukontroll B maxasendades järgmised olemasolevad väärtused:
Vein (perekonnanimi)= 12, f = 50000, N kell= 3, TO c= 1,25
B max= V sisse (nimisõna)x 108/ 4 x f x N (esimene)x TO c
B max= 12 x 108/ 4 x 50000 x 3 x 1,25
B max= 1600
Nagu võib näha uut B maxväärtus N (kell)= 3 pööret tundub hea ja jääb vastuvõetavasse vahemikku. See tähendab ka seda, et kui teil on alati tahtmist nende arvuga manipuleerida N (esimene)pöördeid, peate veenduma, et see vastab vastavale uuele B maxväärtus.
Vastupidi, võib olla võimalik kõigepealt kindlaks teha B maxsoovitud arvu esmaste pöörete jaoks ja seejärel reguleerige pöörete arv selle väärtuseni, muutes valemi teisi muutujaid sobivalt.
Sekundaarsed pöörded
Nüüd teame, kuidas arvutada ferriit-SMPS-invertertrafo primaarne külg, on aeg uurida teist külge, see on trafo sekundaarset külge.
Kuna sekundaarsuse tippväärtus peab olema 310 V, soovime, et väärtus püsiks kogu akupinge vahemikus alates 13 V kuni 10,5 V.
Kahtlemata peame kasutama a tagasiside süsteem püsiva väljundpinge taseme säilitamiseks, aku madala pinge või koormusvoolu suurenevate muutuste vastu võitlemiseks.
Kuid selleks peab selle automaatjuhtimise hõlbustamiseks olema mõni ülemine varu või ruumi. + 20 V varu on piisavalt hea, seetõttu valime maksimaalseks väljundpingeks 310 + 20 = 330 V.
See tähendab ka seda, et trafo peab olema projekteeritud nii, et see annaks välja 310 V madalaima 10,5 aku pinge korral.
Tagasiside juhtimiseks kasutame tavaliselt isereguleeruvat PWM-ahelat, mis laiendab impulsi laiust madala aku või suure koormuse korral ning kitsendab seda proportsionaalselt koormuse puudumisel või optimaalsete patareitingimuste korral.
See tähendab, et madal akutingimused Ettenähtud 310 V väljundi säilitamiseks peab PWM automaatselt kohanduma maksimaalse töötsükliga. Võib eeldada, et see maksimaalne PWM moodustab 98% kogu töötsüklist.
2% vahe jäetakse surnud ajaks. Dead time on nulltsüklivahe iga pooltsüklisageduse vahel, mille jooksul MOSFET-id või konkreetsed toiteseadmed jäävad täielikult välja. See tagab garanteeritud ohutuse ja takistab tulistamist läbi MOSFET-ide tõukejõu tsüklite üleminekuperioodil.
Seega on sisendvarustus minimaalne, kui aku pinge jõuab minimaalsele tasemele, see on siis V aastal= V minuti pärast= 10,5 V. See viib töötsükli maksimaalsele 98% -le.
Eespool toodud andmeid saab kasutada keskmise pinge (DC RMS) arvutamiseks, mis on vajalik trafo primaarsele küljele 310 V tekitamiseks sekundaarsel pingel, kui aku on minimaalselt 10,5 V. Selleks korrutame 98% 10,5-ga, nagu näidatud allpool:
0,98 x 10,5 V = 10,29 V, see peaks olema meie trafo primaarne pinge.
Nüüd teame maksimaalset sekundaarpinget, mis on 330 V, ja teame ka esmast pinget, mis on 10,29 V. See võimaldab meil saada kahe poole suhe järgmiselt: 330: 10,29 = 32,1.
Kuna pinge nimiväärtuste suhe on 32,1, peaks ka pöörete suhe olema samas vormingus.
Tähendus, x: 3 = 32,1, kus x = sekundaarsed pöörded, 3 = primaarsed pöörded.
Selle lahendamisel saame kiiresti teisese pöörete arvu
Seetõttu on sekundaarsed pöörded = 96,3.
Joonis 96.3 on kavandatava ferriitmuunduri trafo jaoks vajalike teiseste pöörete arv. Nagu varem öeldud, kuna murdosaid on praktiliselt raske rakendada, ümardame selle 96 pöördeni.
See lõpetab meie arvutused ja loodan, et kõik siinsed lugejad peavad olema aru saanud, kuidas konkreetse SMPS-inverteri vooluringi jaoks lihtsalt arvutada ferriittrafo.
Abimähise arvutamine
Abimähis on täiendav mähis, mida kasutaja võib vajada väliseks rakendamiseks.
Oletame, et koos sekundaaris oleva 330 V-ga on LED-lambi jaoks vaja 33 V saamiseks veel ühte mähist. Kõigepealt arvutame välja sekundaarne: abistav pöörde suhe sekundaarmähise 310 V nimiväärtuse suhtes. Valem on:
NTO= Vs/ (VEuroopa+ Vd)
NTO= sekundaarne: abisuhe, Vs= Sekundaarne reguleeritud alaldatud pinge, VEuroopa= abipinge, Vd= Alaldi dioodi ettepoole langeva dioodi väärtus. Kuna meil on siin vaja kiiret dioodi, kasutame V-ga schottky alalditd= 0,5 V
Selle lahendamine annab meile:
NTO= 310 / (33 + 0,5) = 9,25, ümardame selle 9-ni.
Nüüd tuletame abimähise jaoks vajalike pöörete arvu, saame selle valemi rakendamisega:
NEuroopa= Ns/ NTO
Kus NEuroopa= abipöörded, Ns= sekundaarsed pöörded, NTO= abisuhe.
Meie varasematest tulemustest on meil Ns= 96 ja NTO= 9, asendades need ülaltoodud valemis, saame:
NEuroopa= 96/9 = 10,66, selle ümardamine annab meile 11 pööret. Nii et 33 V saamiseks vajame 11 pööret sekundaarsel küljel.
Nii saate sel viisil abimähise oma eelistuste järgi mõõta.
Pakkimine
Selles postituses õppisime, kuidas arvutada ja kujundada ferriitsüdamikuga invertertrafosid, kasutades järgmisi samme:
- Arvutage esmased pöörded
- Arvutage sekundaarsed pöörded
- Määrake ja kinnitage B max
- Määrake PWM-i tagasiside juhtimise maksimaalne sekundaarpinge
- Leidke esmane sekundaarse pöörde suhe
- Arvutage teiseste pöörete arv
- Arvutage mähise abipöörded
Kasutades ülalnimetatud valemeid ja arvutusi, saab huvitatud kasutaja hõlpsasti kujundada kohandatud ferriitsüdamikupõhise muunduri SMPS-rakenduse jaoks.
Küsimuste ja kahtluste korral kasutage julgelt allolevat kommentaarikasti, proovin selle lahendada kõige varem
Eelmine: Arduino tahvlite tüübid koos spetsifikatsioonidega Järgmine: Digitaal-analoog (DAC), Analoog-digitaal (ADC) muundurid on selgitatud
