Kā aprēķināt transformatora pagriezienu attiecību barošanas avota lietojumiem

Transformatora apgriezienu attiecība ir pamatparametrs, ko izmanto, lai noteiktu sprieguma attiecības starp primāro un sekundāro tinumu. Tomēr barošanas avota lietojumos, lai aprēķinātu pareizo pagriezienu attiecību, ir nepieciešams vairāk nekā tikai ieejas sprieguma dalīšana ar izejas spriegumu.

Parastajā transformatorā sprieguma attiecība ir tieši saistīta ar tinumu pagriezienu attiecību. Komutācijas barošanas avotā galīgā transformatora konstrukcija ir atkarīga arī no pārveidotāja topoloģijas, pārslēgšanas frekvences, darba cikla, viļņu formas, taisnošanas metodes, magnētiskā serdeņa un darba sprieguma diapazona.

Inženieriem un oriģinālo iekārtu ražotāju pircējiem, kas strādā ar augstfrekvences transformatoru vai komutācijas barošanas avota transformatoru, šo attiecību izpratne var padarīt transformatora izvēli un pielāgotu izstrādi efektīvāku.

1. Kas ir transformatora pagriezienu attiecība?

Transformatora apgriezienu attiecība raksturo saistību starp primārā tinuma apgriezienu skaitu un sekundārā tinuma apgriezienu skaitu.

Ideālam transformatoram:

Vp/Vs=Np/Ns

Kur:

Vp=Primārais spriegums

Vs=Sekundārais spriegums

Np=Primārie pagriezieni

Ns=Sekundārie pagriezieni

Piemēram, ja primārais spriegums ir 400 V un nepieciešamais sekundārais spriegums ir 40 V:

400 / 40 = 10

Tāpēc pamata primāro{0}}un-sekundāro apgriezienu attiecība ir:

Np : Ns=10 : 1

Šis aprēķins nodrošina pamata sprieguma attiecību. Tas pats par sevi nenosaka praktiskā barošanas avota transformatora galīgo tinumu dizainu.

2. Kā aprēķināt pamata pagriezienu attiecību

Vienkāršākais aprēķins ir balstīts uz primāro un sekundāro spriegumu.

Pagriezienu attiecība=primārais spriegums/sekundārais spriegums

Piemēram, apsveriet transformatoru ar:

Primārais spriegums: 240 V

Sekundārais spriegums: 24 V

Pamata apgriezienu attiecība ir:

240 / 24 = 10

Tāpēc:

Np : Ns=10 : 1

Ja primārajā tinumā ir 200 apgriezieni, teorētiskajā sekundārajā tinumā būtu:

200 / 10=20 pagriezieni

Tas ir piemērots kā ideāls transformatora aprēķins.

Faktiskajam transformatoram ražotājam papildus jānovērtē zudumi, darbības apstākļi, magnētiskā plūsma, tinuma strāva un konkrētā barošanas ķēde.

3. Primārā-līdz{2}}sekundāro apgriezienu attiecība komutācijas barošanas blokos

Komutācijas barošanas avota transformators darbojas citādi nekā parasts elektrotīkla{0}}frekvences transformators.

Transformatoru parasti darbina pārslēgta viļņu forma, ko ģenerē pusvadītāju komutācijas ķēde. Tāpēc primārajam tinumam pievadītais spriegums ir atkarīgs no barošanas avota topoloģijas un pārslēgšanas apstākļiem.

Kopējās topoloģijas ietver:

Flyback

Uz priekšu

Push{0}}pull

Pus{0}}tilta

Pilns{0}}tilts

Tā kā šīs topoloģijas pārraida enerģiju atšķirīgi, atšķiras arī attiecības starp ieejas spriegumu, izejas spriegumu, darba ciklu un transformatora apgriezienu attiecību.

Tāpēc tiek veikts šāds aprēķins:

Ieejas spriegums / izejas spriegums

būtu jāuzskata par sākumpunktu, nevis galīgo projektēšanas vienādojumu katram komutācijas barošanas avotam.

4. Kāpēc darba cikls ietekmē pagriezienu attiecību

Daudzos PWM barošanas avotos izejas spriegums tiek kontrolēts, izmantojot pārslēgšanas darba ciklu.

Darba cikls ir katra pārslēgšanas perioda procentuālā daļa, kurā pārslēgšanas ķēde pievada enerģiju transformatoram.

Vienkāršotām pārveidotāja attiecībām izejas spriegumu var saistīt ar ieejas spriegumu, darba ciklu un apgriezienu attiecību.

Reprezentatīvās attiecības var izteikt šādi:

Vout ≈ Vin × D × (Ns/Np)

Kur:

Vout=Izejas spriegums

Vin=Attiecīgā pārslēgšanas-posma ieejas spriegums

D=Darba cikls

Ns/Np=sekundāro-un-primāro pagriezienu attiecība

Faktiskais vienādojums ir atkarīgs no pārveidotāja topoloģijas un ķēdes konfigurācijas.

Šī iemesla dēļ transformatora ražotājam ir jāzina barošanas avota topoloģija, pirms nosaka galīgo apgriezienu attiecību.

5. Jāņem vērā ieejas sprieguma diapazons

Izmantojot tikai nominālo ieejas spriegumu, transformatora konstrukcija var būt nepiemērota.

Piemēram, komutācijas barošanas avots var darboties no:

300–400 V līdzstrāva

nevis pie viena fiksēta sprieguma.

Transformatoram ir jādarbojas pareizi šajā diapazonā, vienlaikus saglabājot nepieciešamo izejas spriegumu un izvairoties no pārmērīgas magnētiskās plūsmas.

Izstrādājot pielāgotu transformatoru, nodrošiniet:

Minimālais ieejas spriegums

Nominālais ieejas spriegums

Maksimālais ieejas spriegums

Maksimālais darba cikls

Pārslēgšanas frekvence

Nepieciešamais izejas spriegums

Izejas strāva

Pagriezienu attiecība ir jānovērtē attiecībā pret visu darbības diapazonu, nevis vienu nominālo vērtību.

6. Izejas spriegums ne vienmēr ir vienāds ar transformatora sekundāro spriegumu

Šī ir viena no visbiežāk pieļautajām kļūdām transformatora pagriezienu attiecības aprēķinos.

Pieņemsim, ka barošanas avotam ir nepieciešama regulēta 12 V līdzstrāvas izeja.

Tas ne vienmēr nozīmē, ka transformatora sekundārais tinums vienkārši jāprojektē 12 V.

Starp transformatoru un galīgo līdzstrāvas izeju ķēdē var būt:

Taisngriežu diodes

Sinhronā taisnošana

Izejas induktori

Kondensatori

Sprieguma regulēšanas shēma

PCB vadītāji

Šīs sastāvdaļas ietekmē faktisko spriegumu, kas tiek piegādāts slodzei.

Tāpēc transformatora sekundārais spriegums ir jānosaka saskaņā ar visu barošanas ķēdi.

Pielāgotam augstfrekvences transformatoram ražotājam ir jāsaņem faktiskās sekundārās -pusējās prasības, nevis tikai galīgais līdzstrāvas izejas spriegums.

7. Sprieguma kritumi ietekmē praktisko pagriezienu attiecību

Ideālam transformatoram nav elektrisko zudumu. Īsts transformators to dara.

Sprieguma kritumu var izraisīt:

Primārā tinuma pretestība

Sekundārā tinuma pretestība

Taisngrieža sprieguma kritums

Noplūdes induktivitāte

Pārslēgšanas{0}}ierīču zudumi

PCB pretestība

Citi pārveidotāja zudumi

Piemēram, ja gala izvadei jāpaliek 24 V pie slodzes, transformatoram var būt nepieciešams nodrošināt sekundāro spriegumu, kas kompensē sprieguma zudumus pārējā ķēdē.

Kompensācijas apmērs ir atkarīgs no barošanas avota konstrukcijas un slodzes apstākļiem.

Tāpēc faktiskā pagriezienu attiecība ir jānosaka, ņemot vērā visu elektrisko ceļu.

8. Pagriezienu attiecība un magnētiskā serdeņa dizains

Pagriezienu attiecība nosaka sprieguma attiecību starp tinumiem, bet arī absolūtajam apgriezienu skaitam jābūt saderīgam ar magnētisko serdi.

Augstfrekvences transformatoram primāros pagriezienus ietekmē:

Pielietotais spriegums

Pārslēgšanas frekvence

Maksimālais darba cikls

Galvenās šķērsgriezuma{0}}laukums

Pamatmateriāls

Maksimālais plūsmas blīvums

Pārslēgšanas viļņu forma

Pārāk maz primāro pagriezienu var izraisīt pārmērīgu magnētisko plūsmu un potenciāli virzīt kodolu uz piesātinājumu.

Pārāk daudz apgriezienu var palielināt tinuma garumu, vara zudumus, noplūdes induktivitāti un transformatora izmēru.

Tāpēc transformatora projektēšanai ir nepieciešami abi:

Pareiza pagriezienu attiecība

un

Pareizs absolūtais apgriezienu skaits.

Tie ir saistīti, taču tie nav viens un tas pats dizaina parametrs.

9. Pagriezienu attiecība arī nosaka pašreizējās attiecības

Transformatora apgriezienu attiecība ir saistīta ar strāvu, kā arī spriegumu.

Ideālam transformatoram:

Ip / Ir=Ns / Np

Kur:

Ip=Primārā strāva

Ir=sekundārā strāva

Np=Primārie pagriezieni

Ns=Sekundārie pagriezieni

Tas nozīmē, ka, samazinot spriegumu, sekundārajā pusē parasti ir lielāka strāva tai pašai pārvadītajai jaudai.

Tam ir tieša ietekme uz transformatora tinumu konstrukciju.

Ražotājam ir jāizvēlas piemēroti vadu izmēri un tinumu izvietojums atbilstoši faktiskajai strāvai.

Augstas{0}}strāvas sekundārajiem tinumiem konstrukcijai var būt nepieciešams:

Lielāki vadītāji

Vairāki paralēli vadi

Atbilstoši tinumu slāņi

Īpaši tinumu izkārtojumi

Tāpēc pagriezienu attiecība vienmēr jāņem vērā kopā ar jaudas un strāvas prasībām.

10. Piemērs: Pagriezienu attiecības aprēķināšana barošanas avotam

Apsveriet vienkāršotu komutācijas barošanas avotu ar:

Līdzstrāvas ieeja: 320 V

Nepieciešamā izeja: 24 V

Pārslēgšanas topoloģija: puse{0}}tilts

Aptuvenais darba cikls: 50%

Vienkāršs sprieguma salīdzinājums sniedz:

320 / 24 = 13.33

Tomēr būtu nepareizi uzreiz norādīt transformatora attiecību 13,33:1, neņemot vērā pus-tilta darbību.

Spriegums, kas faktiski tiek pielietots transformatora primārajam, darba cikls, taisnošanas metode, sprieguma zudumi un regulēšanas diapazons ietekmē galīgo konstrukciju.

Tāpēc transformatora ražotājs izmantos pilnu barošanas avota specifikāciju, lai noteiktu:

Atbilstošs kodols

Primārie pagriezieni

Sekundārie pagriezieni

Pagriezienu attiecība

Vada izmērs

Tinumu izkārtojums

Izolācijas struktūra

Gaidāmā temperatūras paaugstināšanās

Tāpēc pielāgota transformatora izstrāde jāveic kopā ar faktisko pārveidotāja dizainu.

11. Bieži pieļautās transformatoru pagriezienu attiecības aprēķināšanas kļūdas

1. kļūda: ievades sprieguma ÷ izejas sprieguma izmantošana kā galīgā attiecība

Tas darbojas kā ideāls sākumpunkts, taču ar to nepietiek daudzām komutācijas barošanas avota lietojumprogrammām.

2. kļūda: pārveidotāja topoloģijas ignorēšana

Flyback, uz priekšu, pus{0}}tilta un pilna{1}} tilta pārveidotājiem ir dažādas sprieguma un enerģijas{2}}pārvades attiecības.

3. kļūda: darba cikla ignorēšana

PWM vadība maina efektīvo spriegumu un enerģiju, kas tiek piegādāta caur transformatoru.

4. kļūda: līdzstrāvas izejas jaukšana ar sekundāro spriegumu

Galīgais regulētais līdzstrāvas spriegums var atšķirties no nepieciešamā transformatora sekundārā sprieguma taisnošanas un citu ķēdes zudumu dēļ.

5. kļūda: pagriezienu attiecības izvēle, nepārbaudot kodola plūsmu

Pareiza sprieguma attiecība joprojām var izraisīt pārmērīgu plūsmas blīvumu, ja primāro apgriezienu absolūtais skaits ir pārāk mazs.

6. kļūda: tinuma strāvas ignorēšana

Tinuma vadītājam jāspēj apstrādāt faktiskās RMS un maksimālās strāvas, ko rada barošanas avots.

12. Kāda informācija jāsniedz pielāgotam transformatora ražotājam?

Pieprasot pielāgotu transformatoru barošanas avotam, pilnīgas tehniskās informācijas sniegšana palīdz ražotājam pareizi novērtēt konstrukciju.

OEM projektiem šie parametri sniedz augstfrekvences transformatora ražotājam pietiekami daudz informācijas, lai novērtētu magnētisko un tinumu konstrukciju, nevis paļauties uz nepilnīgām sprieguma specifikācijām.

13. Kad jums vajadzētu strādāt ar transformatoru ražotāju?

Standarta transformators var būt piemērots, ja spriegums, jauda, ​​frekvence, izmēri un montāžas prasības jau atbilst esošajam dizainam.

Tomēr OEM iekārtām transformators var būt jāpielāgo faktiskajam barošanas avotam.

Pielāgots transformatoru ražotājs var novērtēt:

Magnētiskā serdeņa izvēle

Primārie un sekundārie pagriezieni

Tinuma struktūra

Vadu izvēle

Izolācija

Noplūdes induktivitāte

Temperatūras paaugstināšanās

Mehāniskie izmēri

Ražošanas iespējamība

Tas ir īpaši svarīgi, ja transformatoram ir jāder noteiktai PCB vai jādarbojas noteiktā efektivitātes un temperatūras diapazonā.

Secinājums

Transformatora apgriezienu attiecības aprēķināšana sākas ar attiecību starp primāro un sekundāro spriegumu:

Vp/Vs=Np/Ns

Bet šīs ideālās attiecības ir tikai sākumpunkts praktiskam barošanas avota transformatoram.

Komutācijas lietojumprogrammām galīgajā projektā jāņem vērā arī pārveidotāja topoloģija, darba cikls, ieejas sprieguma diapazons, taisnošana, sprieguma zudumi, pārslēgšanas frekvence, magnētiskais kodols, plūsmas blīvums, tinumu strāva un termiskie apstākļi.

Augstfrekvences transformatoram pareiza apgriezienu attiecība un absolūtais apgriezienu skaits ir jāizstrādā kopā. Piemērotai konstrukcijai ir jānodrošina nepieciešamā sprieguma transformācija, vienlaikus saglabājot magnētisko plūsmu, tinumu zudumus, temperatūras paaugstināšanos un kopējos izmērus atbilstoši pielietojuma prasībām.

Oriģinālā aprīkojuma ražotājiem un pielāgotiem barošanas avota projektiem pilnīgu elektrisko un mehānisko specifikāciju piegāde transformatora ražotājam ir visdrošākais veids, kā noteikt atbilstošo primāro un sekundāro tinumu dizainu.

Key Takeaways

Aprēķinot transformatora apgriezienu attiecību, vienmēr ņemiet vērā:

• Primārais un sekundārais spriegums
• Ieejas sprieguma diapazons
• Pārveidotāja topoloģija
• Darba cikls
• Pārslēgšanas frekvence
• Rektifikācijas metode
• Sprieguma kritumi un ķēdes zudumi
• Magnētiskais kodols un plūsmas blīvums
• Primārā un sekundārā strāva
• Izolācijas un siltuma prasības

Pagriezienu attiecība nosaka pamata sprieguma attiecību, bet visa transformatora konstrukcija nosaka, vai komponents patiešām uzticami darbosies barošanas avotā.