페라이트 변압기 계산은 엔지니어가 페라이트를 코어 재료로 사용하여 다양한 권선 사양과 변압기의 코어 치수를 평가하는 프로세스입니다. 이는 주어진 애플리케이션에 대해 완벽하게 최적화 된 변압기를 만드는 데 도움이됩니다.

이 게시물은 맞춤형 페라이트 코어 변압기를 계산하고 설계하는 방법에 대한 자세한 설명을 제공합니다. 내용은 이해하기 쉬우 며 해당 분야에 종사하는 엔지니어에게 매우 편리합니다. 전력 전자 , SMPS 인버터 제조.

고주파 컨버터에 페라이트 코어가 사용되는 이유

모든 최신 스위치 모드 전원 공급 장치 또는 SMPS 컨버터에서 페라이트 코어를 사용하는 이유를 자주 궁금해했을 것입니다. 맞습니다, 철심 전원 공급 장치에 비해 더 높은 효율과 소형화를 달성하는 것이지만, 페라이트 코어가 어떻게 이러한 높은 효율과 소형화를 달성 할 수 있는지 아는 것이 흥미로울까요?

왜냐하면 철심 변압기, 철 소재는 페라이트 소재보다 투자율이 훨씬 떨어진다. 반대로 페라이트 코어는 매우 높은 투자율을 가지고 있습니다.

즉, 자기장을 받으면 페라이트 물질은 다른 모든 형태의 자성 물질보다 우수한 매우 높은 수준의 자화를 얻을 수 있습니다.

더 높은 투자율은 더 적은 양의 와전류 및 더 낮은 스위칭 손실을 의미합니다. 자성체는 일반적으로 자기 주파수 상승에 따라 와전류를 생성하는 경향이 있습니다.

주파수가 증가함에 따라 와전류도 증가하여 재료가 가열되고 코일 임피던스가 증가하여 추가 스위칭 손실이 발생합니다.

높은 자기 투자율로 인해 페라이트 코어는 더 낮은 와전류 및 낮은 스위칭 손실로 인해 더 높은 주파수에서 더 효율적으로 작동 할 수 있습니다.

이제 역으로 와전류를 줄이는 데 도움이되는 더 낮은 주파수를 사용하는 것은 어떨까요? 유효 해 보이지만 더 낮은 주파수는 동일한 변압기의 권선 수를 증가시키는 것을 의미하기도합니다.

더 높은 주파수는 비례 적으로 더 낮은 권선 수를 허용하므로 변압기가 더 작고 가볍고 저렴합니다. 이것이 SMPS가 고주파를 사용하는 이유입니다.

인버터 토폴로지

스위치 모드 인버터에서 일반적으로 두 가지 유형의 토폴로지가 종료됩니다. 푸시 풀 및 풀 브리지 . 푸시 풀은 1 차 권선에 중앙 탭을 사용하는 반면 풀 브리지는 1 차 및 2 차 권선 모두에 대해 단일 권선으로 구성됩니다.

실제로 두 토폴로지는 본질적으로 푸시 풀입니다. 두 형태 모두에서 권선은 MOSFET에 의해 연속적으로 전환되는 역방향 교류 전류로 적용되며, 지정된 고주파수에서 진동하여 푸시 풀 동작을 모방합니다.

둘 사이의 유일한 근본적인 차이점은 중앙 탭 변압기의 1 차 측이 풀 브리지 변압기보다 2 배 많은 권선 수를 갖는다는 것입니다.

페라이트 코어 인버터 변압기 계산 방법

지정된 매개 변수를 모두 가지고 있다면 페라이트 코어 변압기를 계산하는 것은 실제로 매우 간단합니다.

간단하게하기 위해 250 와트 변압기에 대해 설정된 예제를 통해 공식을 풀려고합니다.

“이온 감지 전계 효과 트랜지스터 ”

전원은 12V 배터리입니다. 변압기 스위칭 주파수는 대부분의 SMPS 인버터에서 일반적인 수치 인 50kHz입니다. 출력은 일반적으로 220V RMS의 피크 값인 310V로 가정합니다.

여기에서 310V는 빠른 회복을 통해 정류 후 브리지 정류기 , LC 필터. 코어를 ETD39로 선택합니다.

우리 모두 알다시피, 12V 배터리 사용하면 전압이 일정하지 않습니다. 완전 충전시 값은 약 13V이며, 이는 인버터 부하가 전력을 소비함에 따라 계속 떨어지고, 최종적으로 배터리가 최저 한도 인 10.5V까지 방전 될 때까지 계속 떨어집니다. 따라서 계산을 위해 10.5V를 공급 값으로 고려합니다. V _{in (분)}.

1 차 턴

기본 회전 수를 계산하는 표준 공식은 다음과 같습니다.

엔 _(먼저)= V _{in (명사)}x 10⁸/ 4 배 에프 엑스 비 _최대엑스 에 _씨

여기 엔 _(먼저)1 차 턴 번호를 나타냅니다. 이 예에서 중앙 탭 푸시 풀 토폴로지를 선택 했으므로 얻은 결과는 필요한 총 회전 수의 절반이됩니다.

포도주 _(성)= 평균 입력 전압. 우리의 평균 배터리 전압은 12V이므로 포도주 _(성)= 12.
에프 = 50kHz 또는 50,000Hz. 당사가 선택한 선호하는 스위칭 주파수입니다.
비 _최대= 가우스 단위의 최대 자속 밀도. 이 예에서는 비 _최대1300G에서 2000G 범위에 있어야합니다. 이것은 대부분의 페라이트 기반 변압기 코어의 표준 값입니다. 이 예에서는 1500G로 설정하겠습니다. 그래서 우리는 비 _최대= 1500. 더 높은 값 비 _최대변압기가 포화 지점에 도달 할 수 있으므로 권장하지 않습니다. 반대로 비 _최대코어가 제대로 활용되지 않을 수 있습니다.
에_씨= 유효 단면적 (cm)^두. 이 정보는 수집 될 수 있습니다 페라이트 코어의 데이터 시트에서 . 당신은 또한 찾을 수 있습니다_씨A로 제시_이다. 선택한 코어 번호 ETD39의 경우 데이터 시트에 제공된 유효 단면적은 125mm입니다.^두. 1.25cm와 같습니다.^두. 따라서 우리는_씨= ETD39의 경우 1.25.

위의 그림은 SMPS 인버터 변압기의 1 차 권선을 계산하는 데 필요한 모든 매개 변수 값을 제공합니다. 따라서 위 공식에서 각 값을 대체하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.

엔 _(먼저)= V _{in (명사)}x 10⁸/ 4 배 에프 엑스 비 _최대엑스 에 _씨

엔 _(먼저)= 12 x 10⁸/ 4 x 50000 x 1500 x 1.2

엔 _(먼저)= 3.2

“전자 부품 목록 및 기호 ”

3.2는 분수 값이고 실제로 구현하기 어려울 수 있으므로 3 턴으로 반올림합니다. 그러나이 값을 확정하기 전에 우리는 비 _최대이 새로운 반올림 값 3에 대해 여전히 호환 가능하고 허용 가능한 범위 내에 있습니다.

왜냐하면 회전 수를 줄이면 비 _최대따라서 증가했는지 확인하는 것이 필수적입니다 비 _최대3 차 턴에 여전히 허용 가능한 범위 내에 있습니다.

카운터 확인 비 _최대다음 기존 값을 대체하여 얻을 수 있습니다.
포도주 _(성)= 12, 에프 = 50000, 엔 _...에서= 3, 에 _씨= 1.25

비 _최대= V _{in (명사)}x 10⁸/ 4 배 에프 엑스 엔 _(먼저)엑스 에 _씨

비 _최대= 12 x 10⁸/ 4 x 50000 x 3 x 1.25

비 _최대= 1600

볼 수 있듯이 새로운 비 _최대가치 엔 _(에서)= 3 회전은 괜찮아 보이고 허용 범위 내에 있습니다. 이것은 또한 언제든지 숫자를 조작하고 싶을 때 엔 _(먼저)턴, 당신은 해당하는 새로운 비 _최대값.

반대로, 먼저 결정하는 것이 가능할 수 있습니다. 비 _최대원하는 수의 1 차 회전에 대한 다음 공식의 다른 변수를 적절하게 수정하여 회전 수를이 값으로 조정합니다.

2 차 턴

이제 우리는 페라이트 SMPS 인버터 변압기의 1 차측을 계산하는 방법을 알았습니다. 이제 변압기의 2 차측 인 다른 쪽을 살펴볼 차례입니다.

2 차측의 피크 값은 310V 여야하므로 13V에서 10.5V로 시작하는 전체 배터리 전압 범위에서 값이 유지되기를 원합니다.

의심 할 여지없이 우리는 피드백 시스템 낮은 배터리 전압 또는 증가하는 부하 전류 변동에 대응하기 위해 일정한 출력 전압 레벨을 유지합니다.

그러나이를 위해서는이 자동 제어를 용이하게하기위한 약간의 상단 여백이나 여유 공간이 있어야합니다. + 20V 마진이 충분 해 보이므로 최대 출력 피크 전압을 310 + 20 = 330V로 선택합니다.

이는 또한 변압기가 최저 10.5 배터리 전압에서 310V를 출력하도록 설계되어야 함을 의미합니다.

피드백 제어를 위해 일반적으로 자체 조정 PWM 회로를 사용합니다.이 회로는 낮은 배터리 또는 높은 부하 동안 펄스 폭을 넓히고 무부하 또는 최적의 배터리 상태에서 비례 적으로 좁 힙니다.

이것은 낮은 배터리 상태 PWM은 규정 된 310V 출력을 유지하기 위해 최대 듀티 사이클로 자동 조정되어야합니다. 이 최대 PWM은 총 듀티 사이클의 98 %로 가정 할 수 있습니다.

데드 타임 동안 2 % 간격이 남습니다. 데드 타임은 각 하프 사이클 주파수 사이의 제로 전압 갭이며,이 동안 MOSFET 또는 특정 전력 장치는 완전히 차단 된 상태로 유지됩니다. 이것은 보장 된 안전을 보장하고 푸시 풀 사이클의 전환 기간 동안 MOSFET에서 슛 스루를 방지합니다.

따라서 배터리 전압이 최소 수준에 도달하면 입력 공급이 최소가됩니다. V _에= V _{in (분)}= 10.5V. 이렇게하면 듀티 사이클이 최대 98 %가됩니다.

위의 데이터는 배터리가 최소 10.5V 일 때 변압기의 1 차측이 2 차측에서 310V를 생성하는 데 필요한 평균 전압 (DC RMS)을 계산하는 데 사용할 수 있습니다.이를 위해 98 %와 10.5를 곱합니다. 아래에 표시 :

0.98 x 10.5V = 10.29V, 이것은 변압기 1 차측에 있어야하는 전압 등급입니다.

이제 최대 2 차 전압이 330V이고 1 차 전압이 10.29V 인 것도 알고 있습니다.이를 통해 양측의 비율을 330 : 10.29 = 32.1로 얻을 수 있습니다.

정격 전압의 비율이 32.1이므로 권선비도 동일한 형식이어야합니다.

의미, x : 3 = 32.1, 여기서 x = 2 차 회전, 3 = 1 차 회전.

이 문제를 해결하면 두 번째 턴 수를 빠르게 얻을 수 있습니다.

따라서 2 차 턴은 = 96.3입니다.

그림 96.3은 우리가 설계하고있는 제안 된 페라이트 인버터 변압기에 필요한 2 차 권선 수입니다. 앞에서 언급했듯이 분수 값은 실제로 구현하기 어렵 기 때문에 96 턴으로 반올림합니다.

이것으로 계산이 끝났고 여기의 모든 독자가 특정 SMPS 인버터 회로에 대한 페라이트 변압기를 간단히 계산하는 방법을 깨달았을 것입니다.