חישוב שנאי פריט הוא תהליך שבו מהנדסים מעריכים את המפרט המתפתל השונה, ואת ממד הליבה של השנאי, תוך שימוש בפריט כחומר הליבה. זה עוזר להם ליצור שנאי מותאם לחלוטין עבור יישום נתון.

הפוסט מציג הסבר מפורט לגבי אופן חישוב ועיצוב שנאי ליבת פריט בהתאמה אישית. קל להבין את התוכן, ויכול להיות מאוד שימושי עבור מהנדסים העוסקים בתחום אלקטרוניקה כוח , וייצור ממירי SMPS.

מדוע משתמשים בליבת פריט בממירים בתדירות גבוהה

אולי תהיתם לעתים קרובות את הסיבה לשימוש בליבות פריטה בכל ספקי הכוח המודרניים במצב מתג או ממירי SMPS. נכון, זה להשיג יעילות וקומפקטיות גבוהות יותר בהשוואה לספקי כוח ליבת ברזל, אך מעניין לדעת כיצד ליבות פריט מאפשרות לנו להגיע לדרגה גבוהה זו של יעילות וקומפקטיות?

זה בגלל שבתוך שנאי ליבת ברזל, לחומר הברזל חדירות מגנטית נחותה בהרבה מחומר פריט. לעומת זאת, ליבות פריט הן בעלות חדירות מגנטית גבוהה מאוד.

כלומר, כאשר הוא נתון לשדה מגנטי, חומר פריט מסוגל להשיג רמה גבוהה מאוד של מגנטיזציה, טוב יותר מכל צורות החומר המגנטי האחרות.

חדירות מגנטית גבוהה יותר פירושה, כמות נמוכה יותר של זרם אדי והפסדי מיתוג נמוכים יותר. חומר מגנטי בדרך כלל נוטה לייצר זרם אדי בתגובה לתדר מגנטי עולה.

ככל שהתדירות מוגברת, זרם האוויר גם גדל וגורם לחימום החומר ולעליית עכבת הסליל, מה שמוביל להפסדי מעבר נוספים.

ליבות פריט, בגלל החדירות המגנטית הגבוהה שלהן, מסוגלות לעבוד ביעילות רבה יותר בתדרים גבוהים יותר, בגלל זרמי אדיוט נמוכים יותר ואובדן מיתוג נמוך יותר.

עכשיו אתה עשוי לחשוב, מדוע לא להשתמש בתדירות נמוכה יותר מכיוון שהדבר ההפוך יעזור להפחית את זרמי הערבול? זה נראה תקף, עם זאת, תדירות נמוכה יותר פירושה גם הגדלת מספר הסיבובים של אותו שנאי.

מכיוון שתדרים גבוהים יותר מאפשרים מספר סיבובים נמוך באופן יחסי, התוצאה היא שנאי קטן יותר, קל יותר וזול יותר. זו הסיבה ש- SMPS משתמש בתדר גבוה.

טופולוגיית מהפך

בממירי מצב מתג, בדרך כלל שני סוגים של יציאות טופולוגיות: דחיפת משיכה ו- גשר מלא . משיכת הדחיפה מעסיקה ברז מרכזי לפיתול הראשוני, ואילו הגשר המלא מורכב מתפתל יחיד הן ראשוני והן משני.

למעשה, שתי הטופולוגיות הן מהות דחיפה. בשתי הצורות המסלול מוחל עם זרם חילופין לאחור קדימה על ידי ה- MOSFET, המתנדנד בתדר הגבוה שצוין, ומחקה פעולת דחיפה.

ההבדל המהותי היחיד בין השניים הוא, בצד הראשוני של שנאי הברז המרכזי יש מספר גדול יותר של סיבובים מאשר שנאי הגשר המלא.

כיצד לחשב שנאי מהפך ליבת פריט

חישוב שנאי ליבת פריט הוא למעשה די פשוט, אם יש לכם את כל הפרמטרים שצוינו.

לשם פשטות, ננסה לפתור את הנוסחה באמצעות דוגמה להגדרה, נניח עבור שנאי 250 וואט.

מקור הכוח יהיה סוללת 12 וולט. תדר החלפת השנאי יהיה 50 קילוהרץ, נתון אופייני ברוב ממירי ה- SMPS. נניח שההספק יהיה 310 וולט, שהוא בדרך כלל ערך השיא של 220 וולט RMS.

כאן, ה- 310 V יהיה לאחר תיקון באמצעות התאוששות מהירה מיישר גשר , ומסנני LC. אנו בוחרים את הליבה כ- ETD39.

כידוע לכולנו, כאשר א סוללה 12 וולט משמש, המתח שלו לעולם אינו קבוע. בטעינה מלאה הערך הוא סביב 13 וולט, אשר ממשיך לרדת ככל שעומס המהפך צורך כוח, עד שלבסוף הסוללה מתרוקנת לגבול הנמוך ביותר שלה, שהיא בדרך כלל 10.5 וולט. לכן לחישובים שלנו נחשיב ל -10.5 וולט כערך האספקה ו _{בתוך (דקות)}.

סיבובים ראשוניים

הנוסחה הסטנדרטית לחישוב המספר הראשוני של הפניות מוצגת להלן:

נ _(ראשון)= ו _{ב (שם עצם)}x 10⁸/ 4 x f איקס ב _{מקסימום}איקס ל _ג

כאן נ _(ראשון)מתייחס למספרי התורים הראשוניים. מכיוון שבחרנו בדוגמה שלנו טופולוגיית משיכת דחיפה של ברז מרכז, התוצאה שתתקבל תהיה מחצית ממספר הפניות הכולל הנדרש.

יַיִן _{(שם משפחה)}= מתח כניסה ממוצע. מכיוון שמתח הסוללה הממוצע שלנו הוא 12 וולט, בואו ניקח יַיִן _{(שם משפחה)}= 12.
f = 50 קילוהרץ, או 50,000 הרץ. זהו תדר המיתוג המועדף, כפי שנבחר על ידינו.
ב _{מקסימום}= צפיפות שטף מקסימאלית בגאוס. בדוגמה זו, נניח ב _{מקסימום}להיות בטווח של 1300G עד 2000G. זהו הערך הסטנדרטי ביותר ליבות שנאי מבוססות פריט. בדוגמה זו, בואו נסתפק ב- 1500 גרם. אז יש לנו ב _{מקסימום}= 1500. ערכים גבוהים יותר של ב _{מקסימום}אינו מומלץ מכיוון שהדבר עלול לגרום לשנאי להגיע לנקודת רוויה. לעומת זאת, ערכים נמוכים יותר של ב _{מקסימום}עלול לגרום לניצול מועט של הליבה.
ל_ג= שטח חתך יעיל בס'מ^שתיים. ניתן לאסוף מידע זה מגליונות הנתונים של ליבות הפריטים . ייתכן שתמצא גם A_גמוצג כ- A_הוא. עבור מספר הליבה שנבחר ETD39, שטח החתך היעיל שמוצג בגיליון הנתונים הוא 125 מ'מ^שתיים. זה שווה ל- 1.25 ס'מ^שתיים. לכן יש לנו, א_ג= 1.25 ל- ETD39.

הנתונים שלעיל נותנים לנו את הערכים עבור כל הפרמטרים הנדרשים לחישוב הסיבובים העיקריים של שנאי המהפך SMPS שלנו. לכן, החלפת הערכים המתאימים בנוסחה שלעיל, אנו מקבלים:

נ _(ראשון)= ו _{ב (שם עצם)}x 10⁸/ 4 x f איקס ב _{מקסימום}איקס ל _ג

נ _(ראשון)= 12 x 10⁸/ 4 x 50000 x 1500 x 1.2

נ _(ראשון)= 3.2

מכיוון ש -3.2 הוא ערך חלקי ויכול להיות קשה ליישום באופן מעשי, נעגל אותו ל -3 סיבובים. עם זאת, לפני סיום הערך הזה, עלינו לבדוק האם הערך של ב _{מקסימום}עדיין תואם ונמצא בטווח המקובל עבור ערך מעוגל חדש זה 3.

מכיוון שירידה במספר הפניות תגרום לעלייה פרופורציונאלית ב- ב _{מקסימום}לכן, חובה לבדוק אם הגדילה ב _{מקסימום}עדיין נמצא בטווח המקובל לשלושת הפניות העיקריות שלנו.

בדיקה נגדית ב _{מקסימום}על ידי החלפת הערכים הקיימים הבאים שאנו מקבלים:
יַיִן _{(שם משפחה)}= 12, f = 50000, נ _בְּ-= 3, ל _ג= 1.25

ב _{מקסימום}= ו _{ב (שם עצם)}x 10⁸/ 4 x f איקס נ _(ראשון)איקס ל _ג

ב _{מקסימום}= 12 x 10⁸/ 4 x 50000 x 3 x 1.25

ב _{מקסימום}= 1600

כפי שניתן לראות את החדש ב _{מקסימום}ערך עבור נ _(בְּ)= 3 סיבובים נראים בסדר ונמצאים היטב בטווח המקובל. זה גם מרמז שאם בכל עת מתחשק לך לתפעל את מספר נ _(ראשון)מסתובב, עליך לוודא שהוא תואם את החדש המתאים ב _{מקסימום}ערך.

“איך עובד mux ”

להיפך, ניתן יהיה לקבוע תחילה את ה- ב _{מקסימום}למספר הרצוי של סיבובים ראשוניים ואז התאם את מספר הסיבובים לערך זה על ידי שינוי מתאים של שאר המשתנים בנוסחה.

סיבובים משניים

כעת אנו יודעים לחשב את הצד העיקרי של שנאי מהפך SMPS פריט, הגיע הזמן לבחון את הצד השני, כלומר המשני של השנאי.

מכיוון שערך השיא צריך להיות 310 וולט עבור המשני, נרצה שהערך יישמר לכל טווח מתח הסוללה החל מ -13 וולט עד 10.5 וולט.

אין ספק שנצטרך להעסיק א מערכת משוב לשמירה על רמת מתח מוצא קבועה, למניעת מתח נמוך של הסוללה או עליית וריאציות זרם העומס.

אבל בשביל זה צריך להיות קצת מרווח או מרווח ראש כדי להקל על השליטה האוטומטית הזו. מרווח +20 וולט נראה מספיק טוב, לכן אנו בוחרים את מתח השיא המוצא המרבי כ -310 + 20 = 330 וולט.

פירוש הדבר גם כי השנאי חייב להיות מתוכנן להוצאת 310 וולט במתח הסוללה הנמוך ביותר.

לצורך בקרת משוב, אנו משתמשים בדרך כלל במעגל PWM בעל התאמה עצמית, המרחיב את רוחב הדופק במהלך סוללה נמוכה או עומס גבוה, ומצמצם אותו באופן פרופורציונלי ללא עומס או תנאי סוללה מיטביים.

פירוש הדבר, בשעה תנאי סוללה נמוכים על ה- PWM להתאים אוטומטית למחזור חובה מקסימלי, לשמירה על פלט 310 וולט שנקבע. ניתן להניח כי PWM מקסימלי זה הוא 98% ממחזור החובה הכולל.

הפער של 2% נותר לזמן המת. זמן מת הוא פער האפס האפס בין כל חצי תדר מחזור, שבמהלכו ה- MOSFET או התקני הכוח הספציפיים נשארים כבויים לחלוטין. זה מבטיח בטיחות מובטחת ומונע ירי על פני ה- MOSFET בתקופות המעבר של מחזורי המשיכה לדחיפה.

לפיכך, אספקת הקלט תהיה מינימלית כאשר מתח הסוללה מגיע לרמה המינימלית, כלומר מתי ו _ב= ו _{בתוך (דקות)}= 10.5 V. זה יניע את מחזור החובה להיות במקסימום 98%.

ניתן להשתמש בנתונים שלעיל לחישוב המתח הממוצע (DC RMS) הנדרש לצד הראשוני של השנאי כדי לייצר 310 וולט במשני, כאשר הסוללה היא מינימום 10.5 V. לשם כך אנו מכפילים 98% עם 10.5, כ מוצג להלן:

0.98 x 10.5 V = 10.29 V, זה דירוג המתח הראשי לשנאי שלנו אמור להיות.

כעת אנו יודעים את המתח המשני המרבי שהוא 330 וולט, ואנו מכירים גם את המתח הראשוני שהוא 10.29 V. זה מאפשר לנו לקבל את היחס בין שני הצדדים כ: 330: 10.29 = 32.1.

מכיוון שיחס דירוג המתח הוא 32.1, יחס הסיבוב צריך להיות גם באותו פורמט.

המשמעות, x: 3 = 32.1, כאשר x = סיבובים משניים, 3 = סיבובים ראשוניים.

לפתור זאת נוכל להשיג במהירות את מספר הפניות המשני

לכן סיבובים משניים הם = 96.3.

האיור 96.3 הוא מספר הפניות המשניות שאנו זקוקים לשנאי מהפך פריט המוצע אותו אנו מתכננים. כפי שצוין קודם לכן מכיוון שקשה ליישם שסתומים חלקיים, אנו מעגלים אותו ל -96 סיבובים.

זה מסכם את החישובים שלנו ואני מקווה שכל הקוראים כאן ודאי הבינו כיצד לחשב פשוט שנאי פריט עבור מעגל מהפך SMPS ספציפי.

חישוב סלילה עזר

סלילה עזר היא סלילה משלימה שמשתמש עשוי לדרוש ליישום חיצוני כלשהו.

נניח, יחד עם 330 וולט המשניים, אתה זקוק לפיתול נוסף כדי לקבל 33 וולט עבור מנורת LED. תחילה אנו מחשבים את משני: עזר יחס סיבוב ביחס לדירוג 310 וולט המתפתל משני. הנוסחה היא:

נ_ל= V._שניות/ (V._{אל ה}+ V._ד)

נ_ל= משני: יחס עזר, V_שניות= מתח מתוקן מווסת משני, V_{אל ה}= מתח עזר, V._ד= ערך ירידה קדימה של דיודה עבור דיודת המיישר. מכיוון שאנחנו צריכים דיודה במהירות גבוהה כאן נשתמש במיישר שוטקי עם וי_ד= 0.5V

פתרון זה נותן לנו:

נ_ל= 310 / (33 + 0.5) = 9.25, בואו לעגל אותו ל- 9.

עכשיו בואו נגזור את מספר הסיבובים הנדרשים להתפתלות העזר, אנו מקבלים זאת על ידי יישום הנוסחה:

נ_{אל ה}= N_שניות/ N_ל

איפה נ_{אל ה}= פניות עזר, נ_שניות= סיבובים משניים, נ_ל= יחס עזר.

מהתוצאות הקודמות שלנו יש לנו N_שניות= 96, ו- N_ל= 9, החלפת אלה בנוסחה שלעיל נקבל:

נ_{אל ה}= 96/9 = 10.66, עגול זה נותן לנו 11 סיבובים. אז כדי לקבל 33 וולט נצטרך 11 סיבובים בצד המשני.

כך שבאופן זה תוכלו לממד סלילה מסייעת לפי העדפתכם.