Trên các diễn đàn khác nhau, mình thường thấy mọi người yêu cầu trợ giúp trong việc
tính toán số lượt cần thiết cho một biến áp ferit mà họ sẽ sử dụng
trong Inverter tần số cao /Nguồn xung SMPS. Trong Inverter tần số cao /Nguồn xung SMPS,
biến áp ferit được sử dụng trong giai đoạn nâng cấp / tăng cường, trong đó DC điện áp thấp
từ pin được nâng lên DC điện áp cao. Trong tình huống này,
thực sự chỉ có hai sự lựa chọn khi chọn cấu trúc liên kết – push-pull và full-bridge.
Đối với thiết kế biến áp, sự khác biệt giữa biến áp kéo và
biến áp toàn cầu cho cùng điện áp và công suất là biến áp kéo
sẽ yêu cầu một vòi trung tâm, có nghĩa là nó sẽ yêu cầu số
vòng sơ cấp gấp đôi so với biến áp cầu.Tính toán các lượt yêu cầu thực sự khá đơn giản và mình sẽ
giải thích điều này ở đây.Để giải thích, mình sẽ sử dụng một ví dụ và thực hiện
quá trình tính toán.Giả sử biến áp ferit sẽ được sử dụng trong
bộ Inverter 250W . Cấu trúc liên kết được chọn là push-pull. Nguồn điện là bình
acquy 12V . Điện áp đầu ra của giai đoạn chuyển đổi DC-DC sẽ là 310V.
Tần số chuyển mạch là 50kHz. Lõi được chọn là ETD39. Hãy nhớ rằng đầu ra của biến áp sẽ là AC tần số cao (sóng vuông 50kHz trong trường hợp này). Khi mình đề cập đến đầu ra của DC điện áp cao (ví dụ 310VDC được đề cập ở trên), đây là đầu ra DC thu được sau khi chỉnh lưu (sử dụng điốt phục hồi cực nhanh được cấu hình như bộ chỉnh lưu cầu) và lọc (sử dụng bộ lọc LC).Trong quá trình hoạt động, điện áp của ắc quy không cố định ở mức
12V. Với tải cao, điện áp sẽ nhỏ hơn 12V. Với tải thấp và
pin gần sạc đầy, điện áp có thể cao hơn 13V. Vì vậy, phải
ghi nhớ rằng điện áp đầu vào không phải là không đổi, nhưng có thể thay đổi. Trong
Inverter, mức cắt pin thấp thường được đặt ở 10,5V. Vì vậy, mình sẽ coi đây là
điện áp đầu vào thấp nhất có thể của mình.Vinmin = 10,5VCông thức tính số
vòng sơ cấp cần thiết là:
Đối với biến áp kéo của mình, đây sẽ là một nửa số vòng
yêu cầu.N pri có nghĩa là số vòng quay sơ cấp; N giây
nghĩa là số vòng quay thứ cấp; N aux có nghĩa là số
lượt phụ trợ , v.v. Nhưng chỉ N (không có chỉ số phụ) đề cập đến tỷ lệ lượt.Để tính toán số vòng quay sơ cấp cần thiết bằng
công thức, các tham số hoặc biến số cần được xem xét là:
- Vin (nom) – Điện áp đầu vào danh định. mình sẽ
coi đây là 12V. Vì vậy, Vin (nom) = 12. - f – Tần số chuyển mạch hoạt động tính bằng Hertz. Vì
tần số chuyển mạch của mình là 50kHz, f = 50000. - B max – Mật độ từ thông lớn nhất tính bằng Gauss.
Nếu bạn đã quen sử dụng Tesla hoặc milliTesla (T hoặc mT) cho mật độ thông lượng, chỉ cần
nhớ rằng 1T = 10 4 Gauss. B max thực sự phụ thuộc vào
thiết kế và lõi biến áp được sử dụng. Trong các thiết kế của mình, mình thường lấy B tối đa
nằm trong khoảng 1300G đến 2000G. Điều này sẽ được chấp nhận đối với hầu hết các
lõi biến áp . Trong ví dụ này, hãy bắt đầu với 1500G. Vậy B max = 1500.
Nhớ rằng B max quá cao sẽ làm cho biến áp bị
bão hòa. Mức tối đa B quá thấp sẽ không sử dụng được lõi. - A c – Diện tích mặt cắt ngang hiệu dụng tính
bằng cm 2 . Bạn sẽ thấy thông tin này từ bảng dữ liệu của các
lõi ferit. A c đôi khi cũng được gọi là A e .
Đối với ETD39, diện tích mặt cắt ngang hiệu quả được đưa ra trong biểu
dữ liệu / bảng thông số kỹ thuật (mình đang đề cập đến TDK E141. Bạn có thể tải xuống
từ đây: www.tdk.co.jp/tefe02/e141.pdf ), mặt cắt ngang hiệu quả -Khu vực đặc trưng (trong bảng thông số kỹ thuật, nó được gọi là A e nhưng như mình đã nói, nó giống như A c ) được cho là 125mm 2 . Đó là bằng 1,25cm 2 . Vì vậy, A
c = 1,25 cho ETD39.
Vì vậy, bây giờ, mình đã thấy các giá trị của tất cả các tham số bắt buộc
để tính toán Npri – số lượt chính bắt buộc.Vin (nom) = 12 f = 50.000 B max = 1.500 A c = 1,25
Cắm các giá trị này vào công thức:
N pri
= 3,2mình sẽ không được sử dụng cuộn dây phân đoạn, vì vậy mình sẽ tròn tắt N pri
đến số nguyên gần nhất, trong trường hợp này, được làm tròn xuống đến 3 lượt. Bây giờ, trước khi
hoàn tất điều này và chọn N pri = 3, tốt hơn mình nên đảm bảo rằng B max
vẫn nằm trong giới hạn chấp thấy. Vì mình đã giảm số lượt từ
con số được tính toán (từ 3.2 xuống 3.0), B max sẽ tăng lên.
Bây giờ mình cần tìm hiểu xem B max đã tăng lên bao nhiêu và liệu đó
có còn là giá trị chấp thấy hay không.
Vin (nom) = 12 f
= 50000 N pri
= 3 A c
= 1,25
B tối đa
= 1600
Giá trị mới của B max nằm trong
giới hạn có thể chấp thấy và vì vậy mình có thể tiếp tục với N pri = 3.
Vì vậy, bây giờ mình biết rằng đối với sơ cấp, biến áp của mình sẽ
yêu cầu 3 lượt + 3 lượt.
Trong các thiết kế nào, nếu bạn cần điều chỉnh các giá trị, bạn có thể
dễ dàng thực hiện. Nhưng luôn nhớ kiểm tra xem B max có chấp thấy không.
- Ví dụ, nếu khó thi công, việc quấn
3 lượt + 3 lượt trở nên khó khăn, bạn có thể sử dụng 2 lượt + 2 lượt hoặc 4 lượt +
4 lượt. Số lượt tăng lên sẽ không ảnh hưởng gì – bạn sẽ không sử dụng
hết phần cốt lõi. Tuy nhiên, số lượt giảm dần sẽ tăng B max , nên
bạn chỉ cần kiểm tra lại để đảm bảo B max là được. Phạm vi mình đã nêu cho tối đa B
(1300G đến 2000G) chỉ là ước tính. Nó sẽ hoạt động cho hầu hết các lõi. Tuy nhiên,
với nhiều lõi, bạn có thể lên cao hơn để giảm số lượt. Đi xuống thấp hơn
sẽ chỉ là sử dụng cốt lõi, nhưng đôi khi có thể được yêu cầu nếu số
lượt quá thấp.
- mình đã bắt đầu với tập B max và tiếp
tục tính toán N pri từ đó. Bạn cũng có thể gán giá trị N pri
và sau đó kiểm tra xem B max có ổn không. Nếu không, bạn có thể tăng hoặc
giảm N pri theo yêu cầu rồi kiểm tra xem B max đã ổn chưa,
lặp lại quá trình này cho đến khi đạt được kết quả ưng ý. Ví dụ: bạn
có thể đã đặt Npri = 2 và tính toán Bmax và quyết định rằng con số này quá cao.
Vì vậy, bạn đặt Npri = 3 và tính Bmax và quyết định là được. Hoặc bạn có thể
đã bắt đầu với Npri = 4 và tính toán Bmax và quyết định rằng nó quá thấp.
Vì vậy, bạn đặt Npri = 3 và tính Bmax và quyết định là được.
Bây giờ đã đến lúc chuyển sang phần phụ. Đầu ra của
bộ chuyển đổi DC-DC của mình là 310V. Vì vậy, đầu ra biến áp phải là 310V ở tất cả các điện áp đầu vào,
từ tất cả các chiều lên từ 13,5V đến tất cả các chiều xuống 10,5V. Đương nhiên,
phản hồi sẽ được thực hiện để giữ cho điện áp đầu ra cố định ngay cả với
sự thay đổi của dòng và tải – những thay đổi do sự thay đổi điện áp của pin và cũng do
sự thay đổi của tải. Vì vậy, một số khoảng trống phải được để lại để phản hồi hoạt động. Vì vậy, mình sẽ
thiết kế biến áp có định mức thứ cấp là 330V. Phản hồi sẽ chỉ điều chỉnh
điện áp cần thiết bằng cách thay đổi chu kỳ nhiệm vụ của các tín hiệu điều khiển PWM.
Bên cạnh thông tin phản hồi, headroom cũng bù đắp cho một số tổn thất trong
và do đó bù cho điện áp giảm ở các giai đoạn khác nhau – ví dụ,
trong MOSFET, trong chính biến áp, trong bộ chỉnh lưu đầu ra
, cuộn cảm đầu ra , v.v.
Điều này có nghĩa là đầu ra phải có khả năng cung cấp 330V
với điện áp đầu vào bằng 10,5V và điện áp đầu vào cũng bằng 13,5V. Đối với
bộ điều khiển PWM, mình sẽ lấy chu kỳ nhiệm vụ tối đa là 98%. Khoảng trống cho phép
thời gian trễ.
Ở điện áp đầu vào tối thiểu (khi Vin = Vinmin), chu kỳ làm việc sẽ
là cực đại. Như vậy chu kỳ nhiệm vụ sẽ là 98% khi Vin = 10,5 = Vinmin. Ở
chu kỳ làm việc tối đa = 98%, điện áp đến biến áp = 0,98 * 10,5V = 10,29V.
Vì vậy, tỷ lệ điện áp (thứ cấp: sơ cấp) = 330V: 10,29V =
32,1
Vì tỷ lệ điện áp (thứ cấp: sơ cấp) = 32,1, tỷ lệ vòng
(thứ cấp: sơ cấp) cũng phải là 32,1 như tỷ lệ vòng (thứ cấp: sơ cấp) =
tỷ lệ điện áp (thứ cấp: sơ cấp). Tỷ lệ vòng quay được chỉ định bởi N. Vì vậy, trong
trường hợp của mình , N = 32,1 (mình đã lấy N làm tỷ lệ thứ cấp: chính).
N pri = 3
N giây = N * N pri = 32,1 * 3 = 96,3
Làm tròn đến số nguyên gần nhất. N giây = 96.
Vì vậy, 96 lượt là cần thiết cho thứ cấp. Với việc
thực hiện phản hồi thích hợp , đầu ra 310VDC không đổi sẽ thu được
trong toàn bộ dải điện áp đầu vào từ 10,5V đến 13,5V.
Ở đây, một điều cần lưu ý là mặc dù mình lấy 98% là
chu kỳ nhiệm vụ tối đa, chu kỳ nhiệm vụ tối đa trong thực tế sẽ nhỏ hơn vì
biến áp của mình được tính toán để cung cấp đầu ra 330V. Trong mạch, đầu ra sẽ
là 310V, do đó, chu kỳ nhiệm vụ sẽ thậm chí còn thấp hơn. Tuy nhiên, lợi thế ở đây là
bạn có thể chắc chắn rằng đầu ra sẽ không giảm xuống dưới 330V ngay cả khi
tải nặng vì khoảng không đủ lớn được cung cấp cho phản hồi để kích hoạt và
duy trì điện áp đầu ra ngay cả ở tải cao.
Nếu cần có các cuộn dây phụ nào, có
thể dễ dàng tính toán số vòng quay cần thiết . Hãy để mình hiển thị với một ví dụ. Giả sử mình cần một
cuộn dây phụ để cung cấp 1 9 V. mình biết rằng đầu ra 310V sẽ được điều chỉnh,
bất kể điện áp đầu vào có thể là gì, trong phạm vi được chỉ định ban đầu (Vinmin
đến Vinmax – 10,5V đến 13,5V). Vì vậy, tỷ số vòng dây của cuộn dây phụ có thể
được tính toán đối với cuộn dây thứ cấp. Hãy gọi lần lượt này
tỷ lệ (thứ cấp: phụ trợ) N Một .
N A = N sec / N aux = V sec
/ (V aux + V d ). V d là
mức giảm chuyển tiếp của diode đầu ra . Giả sử rằng trong ứng dụng của mình, một bộ chỉnh lưu schottky có V d
= 0. 5 V được sử dụng.
Vậy, N A = 310V / 1 9 . 5 V = 1 5,9
N giây / N aux = N A
N để = N giây / N A = 96 /1 5.9
= 5. 96
Hãy làm tròn N aux thành 6 và xem
điện áp đầu ra là bao nhiêu.
V giây / (V aux + V d ) = N A
= N giây / N aux = 96/ 6 = 16,0
(V aux + V d ) = V giây / N A
= 310V / 1 6.0 = 1 9.375V
V aux = 1 9 . 37 5 V – 0. 5 V = 18,875V (làm tròn)
mình có thể nói rằng điều đó thật tuyệt vời đối với một nguồn cung cấp phụ trợ. Nếu trong tính toán của bạn, điện áp quá fa r so với điện áp mục tiêu yêu cầu và do đó
yêu cầu độ chính xác cao hơn , hãy lấy V aux làm thứ gì đó cao hơn
và sử dụng bộ điều chỉnh điện áp.
Ví dụ: mình f trong ví dụ trước của mình, thay vì 18,875V, mình đã thấy 19,8V nhưng cần độ chính xác hơn , mình có thể sử dụng 24V hoặc thereabou ts và sử dụng bộ điều chỉnh điện áp để cung cấp đầu ra 19V.
Vì vậy, mình đã có nó. biến áp của mình có 3 lượt + 3 lượt
cho sơ cấp, 96 lượt cho thứ cấp và 6 lượt cho phụ.
Đây là biến áp của mình:
Tính toán số vòng dây cần thiết cho một biến áp
thực sự là một công việc đơn giản và mình hy vọng rằng mình có thể giúp bạn hiểu cách thực hiện việc
này. mình hy vọng hướng dẫn này sẽ giúp bạn trong việc thiết kế biến áp ferit của bạn. Hãy
cho mình biết ý kiến và phản hồi của bạn.
❀◕ ‿ ◕❀
