Tính toán máy biến áp Trong các bước thiết kế máy biến áp cho nguồn flyback, chúng tôi bắt đầu với việc tính toán máy biến áp, dựa trên thông số kỹ thuật cung cấp điện. Về cơ bản, các tính toán được thực hiện theo các phương trình được cung cấp cho mỗi tham số. Bạn có thể tham khảo phần trước Chọn IC điều khiển. Để biết cấu trúc của toàn bộ mạch, hãy xem phần [Mạch flyback].
Sơ đồ mạch hiển thị bên dưới thể hiện đoạn trích từ phần biến áp T1 của mạch ví dụ. Ngoài Np cuộn sơ cấp đầu vào và Ns cuộn thứ cấp đầu ra, máy biến áp T1 bao gồm một cuộn dây Nd tạo ra điện áp VCC cho IC1.
Quy trình thiết kế máy biến áp T1
Các mục liệt kê dưới đây mô tả quy trình thiết kế máy biến áp T1. Trong quy trình sau đây, bạn tính toán các giá trị số và lấy các thông số cho máy biến áp được liệt kê trong bảng dưới đây. Để biết các cuộn dây và ký hiệu cho dòng điện chạy qua, hãy xem sơ đồ máy biến áp được cung cấp ở khu vực phía dưới .
(1) Đặt điện áp ngược VOR
(2) Tính độ tự cảm Ls của cuộn thứ cấp và thứ cấp
– Primary-Side Peak Current Ispk
(3) Tính độ tự cảm Lp của cuộn sơ cấp và dòng điện đỉnh
Ippk phía sơ cấp
(4) Xác định kích thước máy biến áp
(5) Tính số vòng dây quấn sơ cấp Np
(6) Tính số vòng dây quấn thứ cấp Ns
(7) Tính toán cuộn dây VCC quay Nd
Các giá trị được lấy làm thông số biến áp T1
| Core | Size |
|---|---|
| Lp | Inductance |
| Np | Number of turns |
| Ns | Number of turns |
| Nd | Number of turns |
(1) Đặt điện áp ngược VOR
Điện áp ngược VOR bằng VO (Vout thứ cấp cộng với VF của diode thứ cấp D6) nhân với tỷ số cuộn dây của máy biến áp Np: Ns. Đặt điện áp ngược VOR xác định tỷ số cuộn dây Np ： Ns và tỷ lệ duty-cycle. Phương trình cơ bản và một ví dụ được đưa ra dưới đây.
Trong ví dụ, tỷ số cuộn dây Np ： Ns là 5,385 và Duty (tối đa) là 0,424. Theo kinh nghiệm, giá trị duty (tối đa) mong muốn là 0,5 trở xuống. Nếu phép tính chỉ ra giá trị Duty lớn hơn 0,5, VOR nên được điều chỉnh.
Về nguyên tắc hoạt động của bộ chuyển đổi flyback, chọn giá trị tính toán đầu là điện áp flyback VOR để xác định rõ ràng Vds của bóng bán dẫn chuyển mạch được áp dụng cho cuộn sơ cấp, tức là số lượng VIN + VOR. Theo một cách khác, có thể sử dụng tỷ lệ duty làm điểm khởi đầu.
(2) Tính độ tự cảm Ls của cuộn thứ cấp và thứ cấp – Primary-Side Peak Current Ispk
Tiếp theo chúng ta tính toán độ tự cảm Ls của cuộn thứ cấp và dòng điện đỉnh phía thứ cấp Ispk. Các phương trình được đưa ra dưới đây ở chế độ không liên tục là điều kiện cho mạch ví dụ, sao cho bằng nhau biểu thị một điểm tới hạn (một điểm phân đôi giữa chế độ liên tục và không liên tục). Điểm tới hạn cần đạt được khi dòng tải bằng Iomax.
Để tạo được độ thuận lợi, chẳng hạn như điểm bảo vệ quá tải, dòng tải tối đa phải bằng 1,2 lần Iout. Vì thông số kỹ thuật của Iout là 3A, Iomax phải là 3.6A. Về mặt thông số kỹ thuật, Vout phải bằng 12V và VF và Duty, các giá trị được tính ở Bước (1) sử dụng.
Từ các phương trình trên ta tính được độ tự cảm của cuộn sơ cấp Ls = 8,6μH và dòng điện cực đại phía thứ cấp Ispk = 12,5A. Tham khảo, dạng sóng dòng điện sơ cấp và thứ cấp được thể hiện trong các hình vẽ trên.
(3) Tính độ tự cảm Lp của cuộn sơ cấp và dòng điện đỉnh
Ippk phía sơ cấp
Trong bước tiếp theo, dựa trên các phương trình cho dưới đây và sử dụng các kết quả tính toán trên, chúng ta thu được độ tự cảm của cuộn sơ cấp Lp và dòng điện đỉnh sơ cấp Ippk:
trong đó Lp được tính toán đại diện cho một trong các giá trị được lấy làm tham số cho máy biến áp T1.
(4) Xác định kích thước máy biến áp
Kích thước của lõi biến áp được xác định dựa trên công suất đầu ra Po (W). Bảng dưới đây cho thấy mối quan hệ giữa công suất đầu ra chung cho bộ chuyển đổi flyback và kích thước lõi cần thiết. Vì công suất đầu ra cho ví dụ thiết kế này là Po = 36W, chúng tôi chọn kích thước lõi EER28.
| Output power Po(W) | Core size | Core cross section Ae（mm2） |
|---|---|---|
| ～ 30 | EI25/EE25 | 41 |
| ～ 60 | EI28/EE28/EER28 | 84 |
Các giá trị trên chỉ đại diện cho các giá trị gần đúng. Để biết chi tiết, nên tham khảo ý kiến của nhà sản xuất máy biến áp.
(5) Tính số vòng dây quấn sơ cấp Np
Np của cuộn sơ cấp phải được đặt ban đầu để mật độ từ thông nằm trong phạm vi dung sai. Vì mật độ từ thông tối đa B (T) đối với lõi ferit thông dụng là 0,4Tat 100 ℃, bằng cách đặt Bsat = 0,35T và thay thế thành Lp và Ippk, chúng ta thu được số vòng dây quấn sơ cấp Np:
Trong bước tiếp theo, để ngăn chặn sự bão hòa từ tính xảy ra, chúng tôi đặt Np từ các thuộc tính AL-Value-NI. Khi thực hiện bước này, công thức điều kiện Bsat phải được thỏa mãn.
AL-Value=280nH/turns2,
Bây giờ AL-Value và NI đã được xác định, từ đồ thị đặc tính AL-Value-NI cho kích thước lõi EER28, chúng tôi xác nhận rằng các giá trị nằm trong phạm vi dung sai. Nếu chúng nằm ngoài phạm vi, chúng tôi điều chỉnh giá trị của Np.
(6) Tính số vòng dây quấn thứ cấp Ns
Sau khi tính toán số vòng dây quấn sơ cấp, ta tính được Ns của dây quấn thứ cấp. Vì chúng ta đã xác định được số vòng của cuộn sơ cấp Np là 34 vòng và tỷ lệ Np: Ns là 5: 1, chúng tôi thay các giá trị này vào các công thức sau:
(7) Tính toán cuộn dây VCC quay Nd
Cuối cùng, chúng tôi tính toán các vòng dây quấn cần thiết để tạo ra VCC cho IC1:
Vì VCC là 15V, thông qua diode D6 dựa trên số vòng, nếu VF cho diode, VF_vcc là 1V,
Điều này kết thúc việc tính toán các giá trị số xác định các thông số kỹ thuật cho máy biến áp. Bằng cách thay các giá trị đã tính toán vào bảng thông số kỹ thuật đã được trình bày ở phần đầu, chúng ta tiến hành bước thiết kế kết cấu.
| Core | JFE MB3 EER28.5A or compatible |
|---|---|
| Lp | 249 μH |
| Np | 30 turns |
| Ns | 6 turns |
| Nd | 8 turns |
Mặc dù nhìn thoáng qua, rất nhiều phương trình ở trên có vẻ đáng sợ, nhưng chúng là những công thức tương đối đơn giản; bạn nên thử sử dụng chúng. Khi các thông số kỹ thuật tổng thể đã được hoàn thiện, bạn có thể tiến hành nhiệm vụ thiết kế máy biến áp bằng cách sử dụng sự hỗ trợ có sẵn từ các nhà sản xuất vi mạch và máy biến áp.
