Kuidas arvutada trafo pöördesuhet toiteallika rakenduste jaoks

Trafo pöördesuhe on põhiparameeter, mida kasutatakse primaar- ja sekundaarmähise vahelise pinge suhte määramiseks. Toiteallika rakenduste puhul nõuab õige pöördesuhte arvutamine aga enamat kui lihtsalt sisendpinge jagamist väljundpingega.

Tavalises trafos on pinge suhe otseselt seotud mähise pöörete suhtega. Lülitustoiteallikas sõltub trafo lõplik konstruktsioon ka muunduri topoloogiast, lülitussagedusest, töötsüklist, lainekujust, alaldusmeetodist, magnetsüdamikust ja tööpinge vahemikust.

Kõrgsagedustrafo või lülitustoiteallika trafoga töötavate inseneride ja originaalseadmete tootjate ostjate jaoks võib nende suhete mõistmine muuta trafo valiku ja kohandatud arenduse tõhusamaks.

1. Mis on trafo pöördesuhe?

Trafo keerdude suhe kirjeldab suhet primaarmähise keerdude arvu ja sekundaarmähise keerdude arvu vahel.

Ideaalse trafo jaoks:

Vp / Vs=Np / Ns

Kus:

Vp=Primaarpinge

Vs=Sekundaarne pinge

Np=Peamised pöörded

Ns=Teisesed pöörded

Näiteks kui primaarpinge on 400 V ja nõutav sekundaarpinge on 40 V:

400 / 40 = 10

Põhiline esmaste{0}}ja-teiseste pöörete suhe on seega:

Np : Ns=10 : 1

See arvutus annab põhilise pingesuhte. See iseenesest ei määra praktilise toiteallika trafo lõplikku mähise konstruktsiooni.

2. Kuidas arvutada põhipöörete suhet

Lihtsaim arvutus põhineb primaar- ja sekundaarpingel.

Pöörete suhe=primaarpinge / sekundaarpinge

Näiteks kaaluge trafot, millel on:

Primaarpinge: 240 V

Sekundaarne pinge: 24 V

Põhiline pöörete suhe on:

240 / 24 = 10

Seetõttu:

Np : Ns=10 : 1

Kui primaarmähis sisaldab 200 pööret, sisaldab teoreetiline sekundaarmähis:

200 / 10=20 pööret

See on sobiv trafo ideaalseks arvutuseks.

Tegeliku trafo puhul peab tootja täiendavalt hindama kadusid, töötingimusi, magnetvoogu, mähisvoolu ja konkreetset toiteahelat.

3. Primaarsete---teiseste pöörete suhe lülitustoiteallikates

Lülitustoiteallika trafo töötab tavapärasest vooluvõrgu{0}}sagedustrafost erinevalt.

Trafot juhib tavaliselt pooljuhtlülitusahela poolt genereeritud lülitatud lainekuju. Seetõttu sõltub primaarmähisele rakendatav pinge toiteallika topoloogiast ja lülitustingimustest.

Levinud topoloogiad hõlmavad järgmist:

Tagasilend

Edasi

Push{0}}pull

Pool{0}}sild

Täielik-sild

Kuna need topoloogiad edastavad energiat erinevalt, erineb ka seos sisendpinge, väljundpinge, töötsükli ja trafo pöördesuhte vahel.

Seetõttu tehakse järgmine arvutus:

Sisendpinge / Väljundpinge

tuleks käsitleda pigem lähtepunktina kui iga lülitustoiteallika lõpliku konstruktsioonivõrrandina.

4. Miks töötsükkel mõjutab pöörete suhet?

Paljudes PWM-toiteallikates juhitakse väljundpinget lülitustöötsükli kaudu.

Töötsükkel tähistab protsenti igast lülitusperioodist, mille jooksul lülitusahel annab trafole energiat.

Lihtsustatud muunduri suhte jaoks saab väljundpinge seostada sisendpinge, töötsükli ja pöördesuhtega.

Esindussuhet saab väljendada järgmiselt:

Vout ≈ Vin × D × (Ns / Np)

Kus:

Vout=Väljundpinge

Vin=Asjakohane lülitus-astme sisendpinge

D=Töötsükkel

Ns/Np=teisese---esmapöörde suhe

Tegelik võrrand sõltub muunduri topoloogiast ja vooluahela konfiguratsioonist.

Sel põhjusel peab trafo tootja enne lõpliku pöörete suhte määramist teadma toiteallika topoloogiat.

5. Arvestada tuleb sisendpinge vahemikuga

Ainult nominaalse sisendpinge kasutamine võib põhjustada trafo sobimatu konstruktsiooni.

Näiteks võib lülitustoiteallikas töötada:

300–400 V DC

mitte ühel fikseeritud pingel.

Trafo peab selles vahemikus õigesti töötama, säilitades samal ajal vajaliku väljundpinge ja vältides liigset magnetvoogu.

Kohandatud trafo väljatöötamisel esitage:

Minimaalne sisendpinge

Sisendpinge nimipinge

Maksimaalne sisendpinge

Maksimaalne töötsükkel

Lülitussagedus

Nõutav väljundpinge

Väljundvool

Pöörete suhet tuleks hinnata pigem kogu töövahemiku kui ühe nimiväärtuse alusel.

6. Väljundpinge ei ole alati võrdne trafo sekundaarpingega

See on üks levinumaid vigu trafo pöördesuhte arvutamisel.

Oletame, et toiteallikas vajab reguleeritud 12 V alalisvoolu väljundit.

See ei tähenda tingimata, et trafo sekundaarmähis peaks olema lihtsalt konstrueeritud 12 V jaoks.

Trafo ja lõpliku alalisvoolu väljundi vahel võib vooluahel sisaldada:

Alaldi dioodid

Sünkroonne alaldamine

Väljund induktiivpoolid

Kondensaatorid

Pinge reguleerimise skeem

PCB juhtmed

Need komponendid mõjutavad koormuse tegelikku pinget.

Seetõttu tuleb trafo sekundaarpinge määrata vastavalt kogu toiteahelale.

Kohandatud kõrgsagedustrafo puhul peaks tootja saama tegelikud sekundaarsed{0}}külgnõuded, mitte ainult lõpliku alalisvoolu väljundpinge.

7. Pingelangused mõjutavad praktilist pöörete suhet

Ideaalsel trafol pole elektrikadusid. Tõeline trafo teeb seda.

Pingelangused võivad tuleneda järgmistest põhjustest:

Primaarmähise takistus

Sekundaarse mähise takistus

Alaldi pingelangus

Lekke induktiivsus

Seadme{0}}kaod ümberlülitamisel

PCB takistus

Muud muunduri kaod

Näiteks kui lõppväljund peab jääma koormuse all 24 V juurde, võib trafol tekkida vajadus anda sekundaarpinget, mis kompenseerib ülejäänud ahela pingekadusid.

Hüvitise suurus sõltub toiteallika konstruktsioonist ja koormustingimustest.

Seetõttu tuleks tegelik pöördesuhe kindlaks määrata pärast kogu elektritee kaalumist.

8. Pöörete suhe ja magnetilise südamiku kujundus

Pöörete suhe määrab mähiste vahelise pingesuhte, kuid keerdude absoluutarv peab ühilduma ka magnetsüdamikuga.

Kõrgsagedusliku trafo puhul mõjutavad primaarpöördeid:

Rakendatud pinge

Lülitussagedus

Maksimaalne töötsükkel

Tuum{0}}ristlõikepindala

Põhimaterjal

Maksimaalne voo tihedus

Lülituslainekuju

Liiga vähe esmaseid pöördeid võib põhjustada liigset magnetvoogu ja viia südamiku küllastumise poole.

Liiga palju pööreid võib suurendada mähise pikkust, vase kadu, lekkeinduktiivsust ja trafo suurust.

Seetõttu nõuab trafo projekteerimine mõlemat:

Õige pöörete suhe

ja

Õige absoluutne pöörete arv.

Need on omavahel seotud, kuid need ei ole samad disainiparameetrid.

9. Pöörete suhe määrab ka praeguse suhte

Trafo pöördesuhe on seotud nii voolu kui ka pingega.

Ideaalse trafo jaoks:

Ip / Is=Ns / Np

Kus:

IP=Primaarvool

Kas=sekundaarvool

Np=Peamised pöörded

Ns=Teisesed pöörded

See tähendab, et kui pinget alandatakse, kannab sekundaarpool üldiselt sama ülekantud võimsuse jaoks suuremat voolu.

Sellel on otsene mõju trafo mähise konstruktsioonile.

Tootja peab valima sobivad juhtme mõõtmed ja mähiste paigutuse vastavalt tegelikule voolule.

Kõrge vooluga{0}}sekundaarmähiste puhul võib konstruktsioon nõuda:

Suuremad juhid

Mitu paralleelset juhet

Sobivad mähiskihid

Spetsiaalne mähiskorraldus

Seetõttu tuleks pöördesuhet alati arvestada koos võimsuse ja voolunõuetega.

10. Näide: Toiteallika pöördesuhte arvutamine

Kaaluge lihtsustatud lülitustoiteallikat koos:

DC sisend: 320 V

Nõutav väljund: 24 V

Lülitustopoloogia: pool-sild

Ligikaudne töötsükkel: 50%

Lihtne pinge võrdlus annab:

320 / 24 = 13.33

Siiski oleks vale kohe määrata trafo suhe 13,33:1, arvestamata pool-silla toimimist.

Trafo primaarseadmele tegelikult rakendatud pinge, töötsükkel, alaldusmeetod, pingekadud ja reguleerimisvahemik mõjutavad lõplikku disaini.

Trafo tootja kasutab seetõttu täielikku toiteallika spetsifikatsiooni, et määrata:

Sobiv tuum

Peamised pöörded

Sekundaarsed pöörded

Pöörete suhe

Traadi suurus

Mähise paigutus

Isolatsiooni struktuur

Eeldatav temperatuuri tõus

Seetõttu tuleks kohandatud trafo väljatöötamine läbi viia koos muunduri tegeliku disainiga.

11. Tavalised trafode pöördesuhte arvutamise vead

Viga 1: sisendpinge ÷ väljundpinge kasutamine lõppsuhtena

See toimib ideaalse lähtepunktina, kuid ei ole piisav paljude lülitustoiteallikate jaoks.

Viga 2: Konverteri topoloogia ignoreerimine

Flyback-, forward-, pool{0}}silla- ja täis-sildmuunduritel on erinevad pinge- ja energia{2}}ülekandesuhted.

Viga 3: töötsükli ignoreerimine

PWM-juhtimine muudab efektiivset pinget ja transformaatori kaudu edastatavat energiat.

Viga 4: alalisvoolu väljundi segamine sekundaarpingega

Lõplik reguleeritud alalispinge võib erineda trafo nõutavast sekundaarpingest alalduse ja muude vooluahela kadude tõttu.

Viga 5: pöördesuhte valimine südamiku voogu kontrollimata

Õige pingesuhe võib siiski põhjustada liigset vootihedust, kui esmaste pöörete absoluutarv on liiga madal.

Viga 6: mähisevoolu ignoreerimine

Mähisjuht peab suutma taluda toiteallika poolt tekitatud tegelikke RMS-i ja tippvoolusid.

12. Millist teavet peaksite andma kohandatud trafotootjale?

Toiteallika jaoks kohandatud trafo taotlemisel aitab täieliku tehnilise teabe esitamine tootjal disaini õigesti hinnata.

OEM-projektide puhul annavad need parameetrid kõrgsagedustrafode tootjale piisavalt teavet magnetilise ja mähise konstruktsiooni hindamiseks, selle asemel et tugineda mittetäielikele pinge spetsifikatsioonidele.

13. Millal peaksite trafotootjaga koostööd tegema?

Tavaline trafo võib sobida, kui pinge, võimsus, sagedus, mõõtmed ja paigaldusnõuded vastavad juba olemasolevale konstruktsioonile.

OEM-seadmete puhul võib aga olla vaja trafot kohandada vastavalt tegelikule toiteallikale.

Kohandatud trafo tootja saab hinnata:

Magnetsüdamiku valik

Esmane ja sekundaarne pöörded

Mähise struktuur

Juhtmete valik

Isolatsioon

Lekke induktiivsus

Temperatuuri tõus

Mehaanilised mõõtmed

Tootmise teostatavus

See on eriti oluline, kui trafo peab sobima konkreetse PCB-ga või töötama määratletud efektiivsuse ja temperatuurivahemikus.

Järeldus

Trafo pöördesuhte arvutamine algab primaar- ja sekundaarpinge vahelisest suhtest:

Vp / Vs=Np / Ns

Kuid see ideaalne suhe on praktilise toiteallika trafo jaoks vaid lähtepunkt.

Lülitusrakenduste puhul peab lõplik projekt arvestama ka muunduri topoloogiat, töötsüklit, sisendpinge vahemikku, alaldust, pingekadusid, lülitussagedust, magnetsüdamikku, voo tihedust, mähise voolu ja termilisi tingimusi.

Kõrgsagedustrafo jaoks tuleb õige pöörete suhe ja keerdude absoluutarv välja töötada koos. Sobiv konstruktsioon peaks tagama nõutava pinge teisenduse, hoides samal ajal magnetvoo, mähise kaod, temperatuuri tõusu ja üldmõõtmed rakendusnõuete piires.

OEM- ja kohandatud toiteallikaprojektide puhul on trafo tootjale täielike elektriliste ja mehaaniliste spetsifikatsioonide esitamine kõige usaldusväärsem viis sobiva primaar- ja sekundaarmähise kujunduse kindlaksmääramiseks.

Võtmed kaasavõtmiseks

Trafo pöördesuhte arvutamisel arvestage alati:

• Primaar- ja sekundaarpinge
• Sisendpinge vahemik
• Konverteri topoloogia
• Töötsükkel
• Lülitussagedus
• Parandusmeetod
• Pingelangused ja vooluahela kaod
• Magnetiline südamik ja voo tihedus
• Primaar- ja sekundaarvool
• Isolatsiooni- ja soojusnõuded

Pöörete suhe määrab kindlaks põhilise pingesuhte, kuid trafo täielik konstruktsioon määrab, kas komponent töötab toiteallikas usaldusväärselt.