תכנון מעגל ספק כוח יעיל הוא לא פחות מאתגר. אלה שכבר עבדו עם מעגלי SMPS יסכימו בקלות שתכנון שנאי ה- flyback ממלא תפקיד חיוני בתכנון מעגל אספקת חשמל יעיל. לרוב השנאים הללו אינם זמינים מהמדף באותו פרמטר המתאים לעיצוב שלנו. אז במדריך זה לעיצוב שנאיםנלמד כיצד לבנות שנאי משלנו כנדרש מתכנון המעגלים שלנו. שים לב כי מדריך זה מכסה רק את התיאוריה באמצעותה בהמשך במדריך אחר נבנה מעגל 5V 2A SMPS עם שנאי בעבודת יד כפי שמוצג בתמונה לעיל לצורך חשיפה מעשית. אם אתה חדש לגמרי בשנאי, אנא קרא את המאמר יסודות השנאי כדי להבין טוב יותר את ההליכים.
חלקים בשנאי SMPS
עיצוב שנאי SMPS יש שוני חלקי שנאים אשר אחראים ישירות לביצוע של השנאי. החלקים להציג שנאי מוסברים בהמשך, נלמדים את החשיבות של כל חלק ואיך זה צריך להיבחר עיצוב השנאי שלך. חלקים אלה מחזיקים אותו הדבר ברוב המקרים גם עבור סוגים אחרים של שנאים.
הליבה
SMPS מייצג יחידת אספקת חשמל במצב מתג. המאפיינים של שנאי SMPS תלויים מאוד בתדירות פעולתו. תדר מיתוג גבוה פותח את האפשרויות לבחור בשנאי SMPS קטנים יותר, שנאי SMPS בתדירות גבוהה אלה משתמשים בליבות פריטה.
עיצוב ליבת השנאי הוא הדבר חשוב ביותר בבית SMPS בניית שנאי. לליבה יש סוג אחר של A L (מקדם השראות ליבה לא ממונע) בהתאם לחומר הליבה, גודל הליבה וסוג הליבה. פופולרי סוג של חומר ליבה הוא N67, N87, N27, N26, PC47, PC95, וכו 'כמו כן, היצרן של ליבות פרית מספק פרמטרים מפורטים נתון, אשר יהיו שימושי בעוד בחירת הליבה עבור השנאי שלך
לדוגמה, הנה גליון נתונים של ליבת EE25 פופולרית.
התמונה לעיל הינה גליון נתונים של ליבת EE25 מחומר PC47 מיצרן הליבה הפופולרי ביותר TDK. כל פיסת מידע תידרש לבניית שנאים. עם זאת, ליבות יש קשר ישיר של הספק ההספק, ולכן עבור הספק שונה של SMPS יש צורך בצורות שונות ובגודל ליבות.
להלן רשימת ליבות תלוי בהספק. הרשימה מבוססת על בנייה של 0-100 וואט. מקור הרשימה נלקח מתיעוד Power Integration. טבלה זו תועיל לבחירת הליבה המתאימה לעיצוב השנאי שלך בהתבסס על דירוג הספק שלה.
| הספק תפוקה מרבי | ליבות פריט לבניית TIW | ליבות פריט לבניית פצעים שוליים |
| 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 |
כאן המונח, TIW מייצג בניית תיל מבודדת משולשת. ליבות E הן הפופולריות ביותר ונמצאות בשימוש נרחב בשנאי SMPS. עם זאת, לליבות E יש כמה מקרים, כגון EE, EI, EFD, ER וכו '. כולם נראים כמו האות' E ', אך החלק המרכזי שונה עבור כל חומר. הסוגים הנפוצים של ליבות E מודגמים להלן בעזרת תמונות.
ליבת EE
ליבת EI
ליבת ER
ליבת EFD
סְלִיל
סליל הוא ביתם של ליבות ופיתולים. לסיסה יש רוחב יעיל החיוני לחישוב קוטר החוטים ובניית השנאי. לא רק זה, לסיסה של שנאי יש גם סימן מנוקד המספק מידע על פיתולים ראשוניים. סליל שנאי EE16 הנפוץ מוצג להלן
סלילה ראשונית
שנאי ה- SMPS מתפתל יהיה בעל סלילה ראשונית ומינימום של סלילה משנית אחת, בהתבסס על העיצוב שעשוי להיות סלילה משנית יותר או סלילה עזר. הפיתול העיקרי הוא הפיתול הראשון והפנימי ביותר של שנאי. הוא מחובר ישירות לצד העיקרי של SMPS. בדרך כלל מספר הפיתולים בצד הראשוני הוא יותר מאשר פיתולים אחרים של השנאי. קל למצוא את הסלילה הראשונית בשנאי; צריך רק לבדוק את הצד הנקודתי של השנאי לאיתור הראשוני. זה ממוקם בדרך כלל בצד המתח הגבוה של המוספט.
בתרשים SMPS, ניתן להבחין במתח המתח הגבוה מקבל המתח הגבוה המחובר לצד הראשוני של השנאי והקצה השני מחובר למנהל החשמל (סיכת ניקוז מוספית פנימית) או עם סיכת ניקוז נפרדת של מתח MOSFET..
סלילה משנית
סלילה משנית ממירה את המתח כמו גם את הזרם בצד הראשוני לערך הנדרש. לגלות את הפלט המשני הוא מעט מורכב שכן בתכנוני SMPS מסוימים לרוב השנאי יש יציאות משניות מרובות. עם זאת, צד היציאה או המתח הנמוך של מעגל SMPS מחובר בדרך כלל לפיתול המשני. צד אחד של הלחיצה המשנית הוא DC, GND והצד השני מחובר על פני דיודת הפלט.
כפי שנדון, לשנאי SMPS יכול להיות יציאות מרובות. לכן שנאי SMPS יכול להיות בעל מספר פיתולים משניים.
פיתולי עזר
ישנם סוגים שונים של תכנון SMPS שבו מעגל הנהג זקוק למקור מתח נוסף להפעלת IC של הנהג. מתפתל העזר משמש לספק מתח נוסף זה למעגל הנהג. לדוגמא אם IC הנהג שלך פועל על 12 וולט אז שנאי SMPS יהיה בעל פלט פלט עזר שיכול לשמש להפעלת IC זה.
סרט בידוד
לשנאים אין חיבור חשמלי בין פיתולים שונים. לכן, לפני שעוטפים פיתולים שונים, יש צורך לעטוף קלטות בידוד סביב הפיתולים לצורך הפרדה. קלטות מחסום פוליאסטר אופייניות משמשות ברוחב שונה לסוגים שונים של סלילים. עובי הקלטות נדרש להיות 1-2 מיליליטר לצורך מתן בידוד.
שלבי עיצוב שנאים:
כעת, כשאנו מכירים את האלמנטים הבסיסיים בשנאי, אנו יכולים לבצע את השלבים הבאים כדי לתכנן שנאי משלנו
שלב 1 : מצא את הליבה המתאימה לפלט הרצוי. בחר את הליבות הנכונות המפורטות בסעיף לעיל.
שלב 2 : גילוי הפניות הראשוניות והמשניות.
סיבובים ראשוניים ומשניים קשורים זה בזה ותלויים בפרמטרים אחרים. נוסחא עיצוב השנאי לחשב את התורות היסודיות ותיכון הם-
איפה,
N p הוא הפניות העיקריות, N s הוא הסיבובים המשניים, Vmin הוא מתח הכניסה המינימלי.
Vds הוא הניקוז למתח המקור של ה- Power Mosfet, Vo הוא מתח המוצא
Vd הוא דיודות הפלט נפילת מתח קדימה
ו- Dmax הוא מחזור החובה המקסימלי.
לכן, סיבובים ראשוניים ומשניים קשורים זה בזה ויש להם יחס סיבובים. מתוך החישוב לעיל ניתן לקבוע את היחס וכך על ידי בחירת הסיבובים המשניים, ניתן לגלות את הסיבובים הראשוניים. הנוהג הטוב הוא להשתמש בסיבוב אחד לכל מתח יציאה של הסיבוב המשני.
שלב 3: השלב הבא הוא לגלות את ההשראות הראשוניות של השנאים. ניתן לחשב זאת על ידי הנוסחה הבאה,
איפה, P 0 הוא הספק המוצא, z הוא גורם הקצאת ההפסד, n היא היעילות, f s הוא תדר המיתוג, I p הוא שיא הזרם העיקרי, K RP הוא יחס זרם אדווה לשיא.
שלב 4: השלב הבא הוא לגלות את ההשראות היעילות לליבה המרווחת הרצויה.
התמונה שלעיל מציגה מהו הגרעין החסר. גאפינג הוא טכניקה להפחתת ערך ההשראות הראשוניות של ליבות לערך הרצוי. יצרני הליבה מספקים ליבה פעורה לדירוג LG הרצוי. אם הערך אינו זמין ניתן להוסיף מרווחים בין הליבות או לטחון אותו כדי לקבל את הערך הרצוי.
שלב 5: השלב הבא הוא לגלות את קוטר החוטים הראשוניים והמשניים. קוטר החוטים הראשוניים במילימטרים הוא
איפה, BW E הוא רוחב הסיסה היעיל ו- N p הוא מספר הסיבובים הראשוניים.
בקוטר של חוטים משני במילימטרים הוא-
BW E הוא רוחב הסיסה היעיל, N S הוא מספר הסיבובים המשניים ו- M הוא השוליים משני הצדדים. צריך להמיר את החוטים בתקן AWG או SWG.
עבור המוליך המשני, גדול מ- 26 AWG אינו מותר בגלל הגברת אפקט העור. במקרה כזה ניתן לבנות חוטים מקבילים. במסלולי חוט מקבילים, פירוש הדבר שכאשר יש צורך להתפתל יותר משני חוטים לצד המשני, הקוטר של כל חוט יכול להיות מטעם ערך החוט היחיד בפועל כדי להתפתל קל יותר על פני הצד השני של השנאי. זו הסיבה שאתה מוצא כמה שנאים עם חוטים כפולים על סליל יחיד.
זה הכל על תכנון שנאי SMPS. בשל המורכבות הקשורה לתכנון קריטי, תוכנת תכנון SMPS כגון PI Expert לשילוב כוח או Viper מבית ST מספקת כלים ומצטיינים לשינוי ותצורה של שנאי SMPS כנדרש. כדי לקבל חשיפה מעשית יותר תוכלו לבדוק את המדריך העיצובי הזה לעיצוב SMPS 5V 2A שבו השתמשנו ב- PI Expert לבניית שנאי משלנו באמצעות הנקודות שנדונו עד כה.
מקווה שהבנת את ההדרכה ונהנית ללמוד משהו חדש, אם יש לך שאלות, אל תהסס להשאיר אותן בסעיף ההערות או לפרסם אותן בפורומים למענה מהיר יותר.