효율적인 전원 공급 장치 회로를 설계하는 것은 그리 어렵지 않습니다. 이미 SMPS 회로로 작업 한 사람들은 플라이 백 변압기 설계가 효율적인 전원 공급 회로 설계에 중요한 역할을 한다는 데 쉽게 동의 할 것 입니다. 대부분의 경우 이러한 변압기는 우리의 설계에 맞는 동일한 매개 변수로 기성품으로 제공되지 않습니다. 그래서이 트랜스포머 디자인 튜토리얼에서회로 설계에서 요구하는대로 자체 변압기를 만드는 방법을 배웁니다. 이 튜토리얼은 실제 노출을 위해 위의 이미지와 같이 수제 변압기로 5V 2A SMPS 회로를 구축하는 다른 튜토리얼의 뒷부분에서 사용하는 이론 만 다룹니다. Transformer를 완전히 처음 사용하는 경우, 절차를 더 잘 이해하기 위해 Transformer의 기본 기사를 읽으십시오.
SMPS 변압기의 부품
SMPS 변압기 설계는 다른이 변압기 부품 직접 변압기의 성능에 대한 책임이 있습니다. 부품 변압기에 제시 아래에 설명되어 있습니다, 우리는 각 부분의 중요성을 배울 것입니다 그리고 그것은 당신의 변압기 설계 방법을 선택해야합니다. 이러한 부품은 대부분의 경우 다른 유형의 변압기에서도 동일하게 유지됩니다.
핵심
SMPS는 스위치 모드 전원 공급 장치를 나타냅니다. SMPS 변압기의 특성은 작동하는 주파수에 따라 크게 달라집니다. 높은 스위칭 주파수는 더 작은 SMPS 변압기를 선택할 수있는 가능성을 열어줍니다. 이러한 고주파, SMPS 변압기는 페라이트 코어를 사용합니다.
변압기 코어 설계는 에서 가장 중요한 것은 변압기 건설 SMPS입니다. 코어는 코어 재료, 코어 크기 및 코어 유형에 따라 다른 유형의 A L (Ungapped 코어 인덕턴스 계수)을 갖습니다. 인기있는 코어 재료 유형 은 N67, N87, N27, N26, PC47, PC95 등입니다. 또한 페라이트 코어 제조업체는 데이터 시트에 자세한 매개 변수를 제공하므로 변압기 코어를 선택하는 데 유용 합니다.
예를 들어, 다음은 인기있는 코어 EE25의 데이터 시트입니다.
위 이미지는 널리 사용되는 코어 제조업체 TDK 의 PC47 소재 EE25 코어 데이터 시트입니다. 변압기 구성에는 모든 정보가 필요합니다. 그러나 코어는 출력 와트와 직접적인 관계가 있으므로 SMPS의 다른 와트에 대해 다른 모양과 크기의 코어가 필요합니다.
전력량에 따른 코어 목록은 다음과 같습니다. 이 목록은 0-100W 구성을 기반으로합니다. 목록의 소스는 Power Integration 문서 에서 가져옵니다. 이 표는 와트 정격을 기준으로 변압기 설계에 적합한 코어 를 선택하는 데 유용합니다.
최대 출력 전력 | TIW 구조용 페라이트 코어 | Margin Wound 구조용 페라이트 코어 |
0 ~ 10W |
EPC17, EFD15, EE16, EI16, EF15, E187, EE19, EI19 |
EEL16, EF20, EEL19, EPC25, EFD25 |
10-20W |
EE19, EI19, EPC19, EF20, EFD20, EE22, EI22 |
EEL19, EPC25, EFD25, EF25 |
20 ~ 30W | EPC25, EFD25, E24 / 25, EI25, EF25, EI28 |
EPC30, EFD30, EF30, EI30, ETD29, EER28 |
30 ~ 50W |
EI28, EF30, EI30, ETD29, EER28 |
EI30, ETD29, EER28,
EER28L, EER35 |
50 ~ 70W |
EER28L, ETD34, EI35, EER35 |
EER28L, ETD34, EER35, ETD39 |
70 ~ 100W |
EPC30, EFD30, EF30, EI30, ETD29, EER28 |
EER35, ETD39, EER40, E21 |
여기서 TIW 라는 용어 는 3 중 절연 전선 구조를 나타냅니다. E 코어는 가장 널리 사용되며 SMPS 변압기에 널리 사용됩니다. 그러나 E 코어는 EE, EI, EFD, ER 등과 같은 몇 가지 경우가 있습니다. 모두 문자 'E'처럼 보이지만 중앙 부분은 물질마다 다릅니다. 일반적인 유형의 E 코어 는 이미지를 통해 아래에 설명되어 있습니다.
EE 코어
EI 코어
ER 코어
EFD 코어
실패
보빈은 코어와 권선 의 하우징입니다. 보빈은 와이어 직경과 변압기의 구조를 계산하는 데 필수적인 유효 폭을 가지고 있습니다. 뿐만 아니라 변압기의 보빈에도 1 차 권선 정보를 제공 하는 점선 표시 가 있습니다. 일반적으로 사용되는 EE16 변압기 보빈은 다음과 같습니다.
1 차 권선
권선 SMPS 변압기는 더 차 권선 또는 보조 권선 근래 수있는 디자인을 기반으로, 권선 차 권선 차 한 최소 것입니다. 1 차 권선은 변압기 의 첫 번째 및 가장 안쪽 권선 입니다. SMPS의 1 차 측에 직접 연결됩니다. 일반적으로 1 차측 권선의 수는 변압기의 다른 권선보다 많습니다. 변압기에서 1 차 권선을 찾는 것은 쉽습니다. 1 차 권선에 대한 변압기의 점 면만 확인하면됩니다. 일반적으로 MOSFET의 고전압 측에 위치합니다.
SMPS 회로도에서 변압기의 1 차측에 연결된 고전압 커패시터의 고전압 DC와 다른 쪽 끝이 전력 드라이버 (내부 MOSFET 드레인 핀) 또는 별도의 고전압 MOSFET의 드레인 핀에 연결되어 있음을 알 수 있습니다..
2 차 권선
2 차 권선은 1 차측의 전압과 전류를 필요한 값으로 변환합니다. 2 차 출력을 찾는 것은 일부 SMPS 설계에서 변압기가 일반적으로 여러 2 차 출력을 가지고 있기 때문에 약간 복잡 합니다. 그러나 SMPS 회로의 출력 또는 저전압 측은 일반적으로 2 차 권선에 연결됩니다. 2 차 권선의 한 쪽은 DC, GND이고 다른 쪽은 출력 다이오드를 통해 연결됩니다.
설명했듯이 SMPS 변압기는 여러 출력을 가질 수 있습니다. 따라서 SMPS 변압기는 여러 개의 2 차 권선을 가질 수도 있습니다.
보조 권선
드라이버 IC에 전원을 공급하기 위해 드라이버 회로에 추가 전압 소스가 필요한 SMPS 설계에는 여러 유형이 있습니다. 보조 권선은 드라이버 회로에이 추가 전압을 제공하는 데 사용됩니다. 예를 들어 드라이버 IC가 12V에서 작동하는 경우 SMPS 변압기에는이 IC에 전원을 공급하는 데 사용할 수있는 보조 출력 권선이 있습니다.
절연 테이프
변압기는 서로 다른 권선 사이에 전기적 연결이 없습니다. 따라서 다른 권선을 감싸기 전에 분리를 위해 절연 테이프를 권선 주위에 감아 야합니다. 일반적인 폴리 에스테르 배리어 테이프 는 다양한 유형의 보빈에 대해 서로 다른 너비로 사용됩니다. 테이프의 두께는 절연을 위해 1-2mil이 필요합니다.
변압기 설계 단계:
이제 변압기의 기본 요소를 알았으므로 다음 단계에 따라 자체 변압기를 설계 할 수 있습니다.
1 단계 : 원하는 출력에 적합한 코어를 찾습니다. 위 섹션에 나열된 올바른 코어를 선택하십시오.
2 단계 : 1 차 및 2 차 턴 찾기.
1 차 및 2 차 회전은 서로 연결되어 있으며 다른 매개 변수에 따라 다릅니다. 트랜스포머 설계 공식은 기본 및 보조 권선이 계산이 이용하는
여기서
N p 는 1 차 회전이고, N s 는 2 차 회전이고, Vmin 은 최소 입력 전압입니다.
Vds 는 Power Mosfet의 드레인-소스 전압입니다.
Vo 는 출력 전압입니다.
Vd 는 출력 다이오드 순방향 전압 강하입니다.
그리고 Dmax 는 최대 듀티 사이클입니다.
따라서 1 차 및 2 차 권선이 서로 연결되어 있으며 권선비가 있습니다. 위의 계산에서 비율을 설정할 수 있으므로 2 차 턴을 선택하면 1 차 턴을 알 수 있습니다. 2 차 권선의 출력 전압 당 1 턴 을 사용하는 것이 좋습니다.
3 단계: 다음 단계는 변압기의 1 차 인덕턴스를 찾는 것입니다. 이것은 아래 공식으로 계산할 수 있습니다.
어디, P 0 은 출력 전력, z는 손실 할당 계수이고, n은 효율성, F (S)는 상기 스위칭 주파수이고
I p 는 피크 1 차 전류, K RP 는 리플 전류 대 피크 비율입니다.
4 단계: 다음 단계는 원하는 갭 코어에 대한 유효 인덕턴스를 찾는 것입니다.
위의 이미지는 갭 코어가 무엇인지 보여줍니다. 갭핑은 코어의 1 차 인덕턴스 값을 원하는 값으로 줄이는 기술입니다. 코어 제조업체는 원하는 A LG 등급에 대해 갭 코어를 제공합니다. 값을 사용할 수없는 경우 코어 사이에 스페이서를 추가하거나 원하는 값을 얻기 위해 연마 할 수 있습니다.
5 단계: 다음 단계는 1 차 및 2 차 와이어의 직경을 찾는 것입니다. 밀리미터 단위 의 기본 와이어 직경 은
여기서 BW E 는 유효 보빈 폭이고 N p 는 1 차 회전 수입니다.
보조 와이어 지름 mm에서 IS-
BW E 는 유효 보빈 폭, N S 는 2 차 권선 수, M은 양쪽 마진입니다. 전선은 AWG 또는 SWG 표준으로 변환해야합니다.
2 차 도체의 경우 26AWG보다 큰 것은 표피 효과 의 증가로 인해 허용되지 않습니다. 이러한 경우 병렬 와이어를 구성 할 수 있습니다. 병렬 와이어 권선에서는 2 차측에 와이어를 두 개 이상 감아 야하는 경우 각 와이어의 직경이 실제 단일 와이어 값을 대신하여 변압기의 2 차측에 쉽게 권선 할 수 있음을 의미합니다. 이것이 단일 코일에 이중 와이어가있는 일부 변압기를 찾는 이유입니다.
이것은 SMPS 변압기 설계에 관한 것입니다. 중요한 설계 관련 복잡성으로 인해 전력 통합을위한 PI Expert 또는 ST의 Viper와 같은 SMPS 설계 소프트웨어는 도구를 제공하고 필요에 따라 SMPS 변압기를 변경하고 구성하는 데 탁월합니다. 보다 실용적인 노출을 얻으려면 PI Expert를 사용하여 지금까지 논의한 포인트를 사용하여 자체 변압기를 구축 한이 5V 2A SMPS 설계 자습서를 확인할 수 있습니다.
튜토리얼을 이해하고 새로운 것을 배우는 것을 즐겼기를 바랍니다. 질문이 있으시면 댓글 섹션에 남겨 두거나 포럼에 게시하여 더 빠른 응답을 받으십시오.