Kaip apskaičiuoti transformatoriaus apsisukimų santykį maitinimo šaltinio programoms

Transformatoriaus apsisukimų santykis yra pagrindinis parametras, naudojamas nustatyti įtampos santykį tarp pirminės ir antrinės apvijų. Tačiau, naudojant maitinimo šaltinį, norint apskaičiuoti teisingą posūkių santykį, reikia daugiau nei tiesiog padalyti įvesties įtampą iš išėjimo įtampos.

Įprastame transformatoriuje įtampos santykis yra tiesiogiai susijęs su apvijos posūkių santykiu. Perjungimo maitinimo šaltinyje galutinė transformatoriaus konstrukcija taip pat priklauso nuo keitiklio topologijos, perjungimo dažnio, darbo ciklo, bangos formos, ištaisymo metodo, magnetinės šerdies ir darbinės įtampos diapazono.

Inžinieriams ir originalios įrangos gamintojų pirkėjams, dirbantiems su aukšto dažnio transformatoriumi arba perjungiamuoju maitinimo transformatoriumi, suprasdami šiuos ryšius transformatoriaus pasirinkimas ir individualus kūrimas gali būti efektyvesni.

1. Kas yra transformatoriaus apsisukimų santykis?

Transformatoriaus apsisukimų santykis apibūdina santykį tarp pirminės apvijos apsisukimų skaičiaus ir antrinės apvijos apsisukimų skaičiaus.

Idealiam transformatoriui:

Vp / Vs=Np / Ns

Kur:

Vp=Pirminė įtampa

Vs=Antrinė įtampa

Np=Pirminiai posūkiai

Ns=Antriniai posūkiai

Pavyzdžiui, jei pirminė įtampa yra 400 V, o reikalinga antrinė įtampa yra 40 V:

400 / 40 = 10

Todėl pagrindinis pirminio{0}}ir-antrinio posūkio santykis yra:

Np : Ns=10 : 1

Šis skaičiavimas pateikia pagrindinį įtampos ryšį. Jis pats savaime nenulemia praktinio maitinimo transformatoriaus galutinio apvijos dizaino.

2. Kaip apskaičiuoti pagrindinį posūkių santykį

Paprasčiausias skaičiavimas pagrįstas pirmine ir antrine įtampa.

Posūkių santykis=pirminė įtampa / antrinė įtampa

Pavyzdžiui, apsvarstykite transformatorių su:

Pirminė įtampa: 240 V

Antrinė įtampa: 24 V

Pagrindinis posūkių santykis yra:

240 / 24 = 10

Todėl:

Np : Ns=10 : 1

Jei pirminėje apvijoje yra 200 apsisukimų, teorinėje antrinėje apvijoje būtų:

200 / 10=20 apsisukimų

Tai tinka kaip idealus transformatoriaus skaičiavimas.

Faktinio transformatoriaus atveju gamintojas turi papildomai įvertinti nuostolius, veikimo sąlygas, magnetinį srautą, apvijos srovę ir konkrečią maitinimo grandinę.

3. Pirminio-ir-antrinio apsisukimų santykis perjungiamuose maitinimo šaltiniuose

Perjungiamojo maitinimo šaltinio transformatorius veikia kitaip nei įprastas tinklo{0}}dažnio transformatorius.

Transformatorius paprastai varomas perjungta bangos forma, kurią sukuria puslaidininkinė perjungimo grandinė. Todėl pirminės apvijos įtampa priklauso nuo maitinimo topologijos ir perjungimo sąlygų.

Įprastos topologijos apima:

Flyback

Pirmyn

Stumkite{0}}traukite

Pus{0}}tiltas

Visas{0}}tiltas

Kadangi šios topologijos skirtingai perduoda energiją, skiriasi ir ryšys tarp įėjimo įtampos, išėjimo įtampos, darbo ciklo ir transformatoriaus apsisukimų santykio.

Štai kodėl toks skaičiavimas:

Įvesties įtampa / Išvesties įtampa

turėtų būti traktuojamas kaip pradinis taškas, o ne galutinė kiekvieno perjungiamojo maitinimo šaltinio projektinė lygtis.

4. Kodėl darbo ciklas turi įtakos posūkių santykiui

Daugelyje PWM maitinimo šaltinių išėjimo įtampa valdoma per perjungimo darbo ciklą.

Darbo ciklas reiškia kiekvieno perjungimo laikotarpio, per kurį perjungimo grandinė tiekia energiją transformatoriui, procentą.

Siekiant supaprastinti keitiklio ryšį, išėjimo įtampa gali būti susieta su įėjimo įtampa, darbo ciklu ir apsisukimų santykiu.

Reprezentaciniai santykiai gali būti išreikšti taip:

Vout ≈ Vin × D × (Ns / Np)

Kur:

Vout=Išėjimo įtampa

Vin=Atitinkamos perjungimo-pakopos įvesties įtampa

D=Darbo ciklas

Ns/Np=antrinio-ir-pirminio posūkio santykis

Tikroji lygtis priklauso nuo keitiklio topologijos ir grandinės konfigūracijos.

Dėl šios priežasties transformatoriaus gamintojas, prieš nustatydamas galutinį posūkių santykį, turi žinoti maitinimo šaltinio topologiją.

5. Reikia atsižvelgti į įvesties įtampos diapazoną

Naudojant tik vardinę įėjimo įtampą, transformatoriaus konstrukcija gali būti netinkama.

Pavyzdžiui, perjungimo maitinimo šaltinis gali veikti iš:

300–400 V DC

o ne viena fiksuota įtampa.

Transformatorius turi tinkamai veikti šiame diapazone, išlaikant reikiamą išėjimo įtampą ir vengiant per didelio magnetinio srauto.

Kurdami individualų transformatorių, pateikite:

Minimali įėjimo įtampa

Nominali įėjimo įtampa

Maksimali įėjimo įtampa

Maksimalus darbo ciklas

Perjungimo dažnis

Reikalinga išėjimo įtampa

Išėjimo srovė

Posūkių santykis turėtų būti vertinamas pagal visą veikimo diapazoną, o ne pagal vieną vardinę vertę.

6. Išėjimo įtampa ne visada lygi transformatoriaus antrinei įtampai

Tai viena dažniausių klaidų skaičiuojant transformatoriaus posūkių santykį.

Tarkime, kad maitinimo šaltiniui reikalinga reguliuojama 12 V nuolatinės srovės išvestis.

Tai nebūtinai reiškia, kad transformatoriaus antrinė apvija turi būti tiesiog skirta 12 V įtampai.

Tarp transformatoriaus ir galutinio nuolatinės srovės išvesties grandinėje gali būti:

Lygintuvų diodai

Sinchroninis ištaisymas

Išėjimo induktoriai

Kondensatoriai

Įtampos reguliavimo grandinė

PCB laidininkai

Šie komponentai turi įtakos faktinei apkrovai tiekiamai įtampai.

Todėl transformatoriaus antrinė įtampa turi būti nustatyta pagal visą maitinimo grandinę.

Jei naudojate tinkintą aukšto dažnio transformatorių, gamintojas turėtų gauti faktinius antrinius{0}}šoninius reikalavimus, o ne tik galutinę nuolatinės srovės išėjimo įtampą.

7. Įtampos kritimai turi įtakos praktiniam posūkių santykiui

Idealus transformatorius neturi elektros nuostolių. Tikras transformatorius tai daro.

Įtampos kritimas gali atsirasti dėl:

Pirminės apvijos varža

Antrinės apvijos varža

Lygintuvo įtampos kritimas

Nuotėkio induktyvumas

Perjungiant{0}}įrenginius

PCB atsparumas

Kiti keitiklio nuostoliai

Pavyzdžiui, jei galutinė išvestis turi likti 24 V esant apkrovai, transformatoriui gali reikėti tiekti antrinę įtampą, kuri kompensuotų įtampos nuostolius likusioje grandinės dalyje.

Kompensacijos dydis priklauso nuo maitinimo konstrukcijos ir apkrovos sąlygų.

Todėl tikrasis posūkių santykis turėtų būti nustatytas įvertinus visą elektros kelią.

8. Posūkių santykis ir magnetinės šerdies dizainas

Posūkių santykis lemia įtampos santykį tarp apvijų, tačiau absoliutus apsisukimų skaičius taip pat turi būti suderinamas su magnetine šerdimi.

Aukšto dažnio transformatoriaus pirminiams posūkiams įtakos turi:

Taikoma įtampa

Perjungimo dažnis

Maksimalus darbo ciklas

Pagrindinis skerspjūvio plotas-

Pagrindinė medžiaga

Didžiausias srauto tankis

Perjungimo bangos forma

Per mažai pirminių apsisukimų gali sukelti pernelyg didelį magnetinį srautą ir potencialiai paskatinti šerdį prisotinti.

Per daug apsisukimų gali padidinti apvijos ilgį, vario nuostolius, nuotėkio induktyvumą ir transformatoriaus dydį.

Todėl transformatoriaus projektavimui reikia abiejų:

Teisingas posūkių santykis

ir

Teisingas absoliutus apsisukimų skaičius.

Tai yra susiję, tačiau jie nėra tas pats dizaino parametras.

9. Posūkių santykis taip pat lemia dabartinį ryšį

Transformatoriaus apsisukimų santykis yra susijęs su srove ir įtampa.

Idealiam transformatoriui:

Ip / Is=Ns / Np

Kur:

IP=Pirminė srovė

Ar=antrinė srovė

Np=Pirminiai posūkiai

Ns=Antriniai posūkiai

Tai reiškia, kad sumažinus įtampą, antrinė pusė paprastai teka didesnę srovę tai pačiai perduodamai galiai.

Tai turi tiesioginį poveikį transformatoriaus apvijos konstrukcijai.

Gamintojas turi parinkti tinkamus laidų matmenis ir apvijų išdėstymą pagal esamą srovę.

Didelės{0}}srovės antrinėms apvijoms gali reikėti:

Didesni laidininkai

Keli lygiagrečiai laidai

Tinkami apvijų sluoksniai

Specialūs apvijų įrengimai

Todėl posūkių santykis visada turėtų būti vertinamas kartu su galios ir srovės reikalavimais.

10. Pavyzdys: maitinimo šaltinio apsisukimų santykio apskaičiavimas

Apsvarstykite supaprastintą perjungiamą maitinimo šaltinį su:

DC įvestis: 320 V

Reikalingas išėjimas: 24 V

Perjungimo topologija: pusė-tilto

Apytikslis darbo ciklas: 50 %

Paprastas įtampos palyginimas suteikia:

320 / 24 = 13.33

Tačiau būtų neteisinga iš karto nurodyti 13,33:1 transformatoriaus santykį, neatsižvelgiant į pusės -tilto veikimą.

Įtampa, faktiškai taikoma transformatoriaus pirminei daliai, darbo ciklas, ištaisymo metodas, įtampos nuostoliai ir reguliavimo diapazonas, turi įtakos galutiniam projektui.

Todėl transformatoriaus gamintojas naudotų visą maitinimo šaltinio specifikaciją, kad nustatytų:

Tinkama šerdis

Pirminiai posūkiai

Antriniai posūkiai

Posūkių santykis

Vielos dydis

Apvijų išdėstymas

Izoliacijos konstrukcija

Numatomas temperatūros kilimas

Štai kodėl pasirinktinio transformatoriaus kūrimas turėtų būti atliekamas kartu su tikruoju keitiklio projektu.

11. Dažnos transformatoriaus posūkių santykio skaičiavimo klaidos

1 klaida: naudojant įvesties įtampą ÷ išėjimo įtampą kaip galutinį santykį

Tai veikia kaip idealus pradžios taškas, tačiau to nepakanka daugeliui perjungimo maitinimo šaltinių.

2 klaida: keitiklio topologijos nepaisymas

Grįžtamieji, pirmyn, pusės{0}}tilto ir viso-tilto keitikliai turi skirtingą įtampos ir energijos{2}}perdavimo ryšį.

3 klaida: darbo ciklo nepaisymas

PWM valdymas keičia efektyvią įtampą ir energiją, tiekiamą per transformatorių.

4 klaida: nuolatinės srovės išvesties supainiojimas su antrine įtampa

Galutinė reguliuojama nuolatinės srovės įtampa gali skirtis nuo reikiamos transformatoriaus antrinės įtampos dėl ištaisymo ir kitų grandinės nuostolių.

5 klaida: apsisukimų santykio pasirinkimas netikrinant šerdies srauto

Tinkamas įtampos santykis vis tiek gali sukelti per didelį srauto tankį, jei absoliutus pirminių apsisukimų skaičius yra per mažas.

6 klaida: apvijos srovės nepaisymas

Apvijos laidininkas turi būti tinkamas valdyti faktines RMS ir didžiausias maitinimo šaltinio generuojamas sroves.

12. Kokią informaciją turėtumėte pateikti individualiam transformatoriaus gamintojui?

Prašant pasirinktinio maitinimo šaltinio transformatoriaus, pateikiant visą techninę informaciją, gamintojas padeda teisingai įvertinti projektą.

OĮG projektams šie parametrai suteikia aukšto dažnio transformatorių gamintojui pakankamai informacijos, kad galėtų įvertinti magnetinę ir apvijų konstrukciją, o ne pasikliauti neišsamiomis įtampos specifikacijomis.

13. Kada turėtumėte dirbti su transformatorių gamintoju?

Standartinis transformatorius gali būti tinkamas, kai įtampa, galia, dažnis, matmenys ir montavimo reikalavimai jau atitinka esamą konstrukciją.

Tačiau OĮG įrangai transformatorių gali tekti pritaikyti prie tikrojo maitinimo šaltinio.

Pasirinktinis transformatoriaus gamintojas gali įvertinti:

Magnetinio šerdies pasirinkimas

Pirminiai ir antriniai posūkiai

Apvijos konstrukcija

Laido pasirinkimas

Izoliacija

Nuotėkio induktyvumas

Temperatūros kilimas

Mechaniniai matmenys

Gamybos galimybė

Tai ypač svarbu, kai transformatorius turi tilpti į konkrečią PCB arba veikti apibrėžtame efektyvumo ir temperatūros diapazone.

Išvada

Transformatoriaus posūkių santykio apskaičiavimas prasideda nuo santykio tarp pirminės ir antrinės įtampos:

Vp / Vs=Np / Ns

Tačiau šie idealūs santykiai yra tik praktinio maitinimo transformatoriaus atskaitos taškas.

Perjungimo programoms galutinėje konstrukcijoje taip pat reikia atsižvelgti į keitiklio topologiją, darbo ciklą, įėjimo įtampos diapazoną, ištaisymą, įtampos nuostolius, perjungimo dažnį, magnetinę šerdį, srauto tankį, apvijos srovę ir šilumines sąlygas.

Aukšto dažnio transformatoriui teisingas posūkių santykis ir absoliutus apsisukimų skaičius turi būti sukurti kartu. Tinkama konstrukcija turėtų užtikrinti reikiamą įtampos transformaciją, išlaikant magnetinį srautą, apvijų nuostolius, temperatūros kilimą ir bendruosius matmenis, atitinkančius taikymo reikalavimus.

OĮG ir nestandartinių maitinimo šaltinių projektuose pateikti visas elektrines ir mechanines specifikacijas transformatoriaus gamintojui yra patikimiausias būdas nustatyti tinkamą pirminės ir antrinės apvijos konstrukciją.

Raktai išsinešti

Skaičiuodami transformatoriaus apsisukimų santykį, visada atsižvelkite į:

• Pirminė ir antrinė įtampa
• Įėjimo įtampos diapazonas
• Konverterio topologija
• Darbo ciklas
• Perjungimo dažnis
• Ištaisymo būdas
• Įtampos kritimai ir grandinės nuostoliai
• Magnetinė šerdis ir srauto tankis
• Pirminė ir antrinė srovė
• Izoliacijos ir šilumos reikalavimai

Posūkių santykis nustato pagrindinį įtampos ryšį, tačiau visa transformatoriaus konstrukcija lemia, ar komponentas iš tikrųjų patikimai veiks maitinimo šaltinyje.