لا يمثل تصميم دائرة إمداد طاقة فعالة تحديًا أقل. أولئك الذين عملوا بالفعل مع دوائر SMPS سيوافقون بسهولة على أن تصميم محول flyback يلعب دورًا حيويًا في تصميم دائرة إمداد طاقة فعالة. في معظم الأوقات ، لا تتوفر هذه المحولات على الرف بنفس المعلمة بالضبط التي تناسب تصميمنا. لذلك في هذا البرنامج التعليمي لتصميم المحولاتسوف نتعلم كيفية بناء المحولات الخاصة بنا كما هو مطلوب في تصميم الدوائر لدينا. لاحظ أن هذا البرنامج التعليمي يغطي فقط النظرية التي تستخدمها لاحقًا في برنامج تعليمي آخر سنقوم ببناء دائرة 5V 2A SMPS بمحول يدوي كما هو موضح في الصورة أعلاه للتعرض العملي. إذا كنت جديدًا تمامًا على المحولات ، فيرجى قراءة مقالة أساسيات المحولات لفهم الإجراءات بشكل أفضل.
أجزاء في محول SMPS
يحتوي تصميم محول SMPS على أجزاء محول مختلفة مسؤولة بشكل مباشر عن أداء المحول. على أجزاء تظهر في المحولات وأوضح أدناه، سوف نتعلم أهمية كل جزء وكيفية تحديده لتصميم المحولات الخاصة بك. هذه الأجزاء تحمل نفس الشيء في معظم الحالات لأنواع أخرى من المحولات أيضًا.
النواة
SMPS تعني وحدة إمداد الطاقة في وضع التبديل. تعتمد خصائص محولات SMPS بشكل كبير على التردد الذي تعمل فيه. يفتح تردد التبديل العالي إمكانيات اختيار محولات SMPS أصغر هذه الترددات العالية ، محولات SMPS تستخدم نوى من الفريت.
يعد التصميم الأساسي للمحول هو أهم شيء في بناء محولات SMPS. يحتوي النواة على نوع مختلف من A L (معامل الحث الأساسي غير المعقد) اعتمادًا على المادة الأساسية وحجم النواة ونوع النواة. شعبية النوع من المواد الأساسية وN67، N87، N27، N26، PC47، PC95، الخ المعلمات أيضا، الشركة المصنعة من الفريت النوى يوفر مفصلة في ورقة البيانات، والتي سوف تكون مفيدة في حين اختيار الأساسية للمحول الخاص
على سبيل المثال ، إليك ورقة بيانات لـ EE25 الأساسية الشائعة.
الصورة أعلاه عبارة عن ورقة بيانات لنواة EE25 لمواد PC47 من شركة تصنيع أساسية شائعة على نطاق واسع TDK. ستكون هناك حاجة إلى كل جزء من المعلومات لبناء المحولات. ومع ذلك ، فإن النوى لها علاقة مباشرة بالقوة الكهربائية الناتجة ، وبالتالي يلزم اختلاف شكل وحجم النوى من أجل قوة مختلفة من SMPS.
فيما يلي قائمة النوى حسب القوة الكهربائية. تعتمد القائمة على بناء 0-100 واط. مصدر القائمة مأخوذ من وثائق Power Integration. سيكون هذا الجدول مفيدًا لتحديد النواة المناسبة لتصميم المحول الخاص بك بناءً على تصنيف القوة الكهربائية.
| الحد الأقصى لطاقة الإخراج | النوى الفريتية لبناء TIW | النوى الفريتية لبناء الجرح الهامشي |
| 0-10 واط |
EPC17 ، EFD15 ، EE16 ، EI16 ، EF15، E187، EE19، EI19 |
EEL16 ، EF20 ، EEL19 ، EPC25 ، EFD25 |
| 10-20 واط |
EE19 ، EI19 ، EPC19 ، EF20 ، EFD20، EE22، EI22 |
EEL19 ، EPC25 ، EFD25 ، EF25 |
| 20-30 واط | EPC25 ، EFD25 ، E24 / 25 ، EI25 ، EF25 ، EI28 |
EPC30 ، EFD30 ، EF30 ، EI30 ، ETD29 ، EER28 |
| 30-50 واط |
EI28 ، EF30 ، EI30 ، ETD29 ، EER28 |
EI30 ، ETD29 ، EER28 ،
EER28L ، EER35 |
| 50-70 واط |
EER28L ، ETD34 ، EI35 ، EER35 |
EER28L ، ETD34 ، EER35 ، ETD39 |
| 70-100 واط |
EPC30 ، EFD30 ، EF30 ، EI30 ، ETD29 ، EER28 |
EER35 ، ETD39 ، EER40 ، E21 |
هنا المصطلح ، TIW تعني بناء سلك معزول ثلاثي. تعتبر النوى E هي الأكثر شيوعًا وتستخدم على نطاق واسع في محولات SMPS. ومع ذلك ، تحتوي النوى E على العديد من الحالات ، مثل EE ، و EI ، و EFD ، و ER ، وما إلى ذلك ، وكلها تبدو مثل الحرف "E" ، لكن الجزء المركزي يختلف لكل مادة. الأنواع الشائعة من النوى الإلكترونية موضحة أدناه بمساعدة الصور.
EE كور
EI Core
ER كور
EFD الأساسية
بكرة
البكرة هي مبيت النوى والملفات. عرض البكرة فعال وهو أمر ضروري لحساب أقطار السلك وبناء المحول. ليس هذا فقط ، تحتوي بكرة المحولات أيضًا على علامة منقطة توفر معلومات عن اللفات الأولية. يظهر أدناه بكرة المحولات EE16 شائعة الاستخدام
اللف الأساسي
سيكون لملف محول SMPS ملف أولي وملف ثانوي واحد على الأقل ، بناءً على التصميم الذي قد يحتوي على المزيد من الملفات الثانوية أو الملف الإضافي. اللف الأساسي هو الملف الأول والأعمق للمحول. إنه متصل مباشرة بالجانب الأساسي من SMPS. عادة ما يكون عدد اللفات على الجانب الأساسي أكثر من اللفات الأخرى للمحول. من السهل العثور على اللف الأساسي في المحولات ؛ يحتاج المرء فقط إلى التحقق من جانب النقطة للمحول من أجل اللف الأساسي. يقع بشكل عام عبر جانب الجهد العالي من mosfet.
في مخطط SMPS ، يمكنك ملاحظة الجهد العالي للتيار المستمر من مكثف الجهد العالي المتصل بالجانب الأساسي للمحول والطرف الآخر متصل بمحرك الطاقة (دبوس استنزاف mosfet الداخلي) أو بمسمار استنزاف منفصل عالي الجهد من MOSFET.
اللف الثانوي
يحول الملف الثانوي الجهد والتيار على الجانب الأساسي إلى القيمة المطلوبة. يعد اكتشاف المخرجات الثانوية أمرًا معقدًا بعض الشيء حيث أنه في بعض تصميمات SMPS ، عادةً ما يكون للمحول مخرجات ثانوية متعددة. ومع ذلك ، فإن الناتج أو جانب الجهد المنخفض لدائرة SMPS متصل بشكل عام بالملف الثانوي. جانب واحد من اللف الثانوي هو DC ، GND والجانب الآخر متصل عبر الصمام الثنائي الناتج.
كما تمت مناقشته ، يمكن أن يكون لمحول SMPS مخرجات متعددة. لذلك يمكن أن يحتوي محول SMPS أيضًا على ملفات ثانوية متعددة.
اللفات المساعدة
هناك أنواع مختلفة من تصميم SMPS حيث تحتاج دائرة السائق إلى مصدر جهد إضافي لتشغيل IC السائق. يتم استخدام الملف الإضافي لتوفير هذا الجهد الإضافي لدائرة السائق. على سبيل المثال ، إذا كان برنامج التشغيل IC الخاص بك يعمل بجهد 12 فولت ، فسيكون لمحول SMPS ملف إخراج إضافي يمكن استخدامه لتشغيل هذا IC.
شريط عازل
لا تحتوي المحولات على اتصال كهربائي بين اللفات المختلفة. لذلك ، قبل لف اللفات المختلفة ، يجب لف أشرطة العزل حول اللفات للفصل. تُستخدم أشرطة حاجز البوليستر النموذجية بعرض مختلف لأنواع مختلفة من البكرات. يجب أن تكون سماكة الأشرطة 1-2 مل لتوفير العزل.
خطوات تصميم المحولات:
الآن بعد أن عرفنا العناصر الأساسية في المحولات ، يمكننا اتباع الخطوات التالية لتصميم المحول الخاص بنا
الخطوة 1 : ابحث عن النواة الصحيحة للإخراج المطلوب. اختر النوى الصحيحة المدرجة في القسم أعلاه.
الخطوة 2 : معرفة المنعطفات الأساسية والثانوية.
المنعطفات الأولية والثانوية مترابطة وتعتمد على معلمات أخرى. في صيغة تصميم المحولات لحساب يتحول الابتدائية والثانوية are-
حيث ،
N p هي المنعطفات الأساسية ،
N s هي المنعطفات الثانوية ،
Vmin هو الحد الأدنى لجهد الإدخال ،
Vds هو استنزاف لمصدر الجهد من Mosfet الطاقة ،
Vo هو جهد الخرج
Vd هو انخفاض الجهد الأمامي لثنائيات الإخراج
و Dmax هي دورة العمل القصوى.
لذلك ، فإن المنعطفات الأولية والثانوية مترابطة ولها نسبة دوران. من الحساب أعلاه ، يمكن تعيين النسبة وبالتالي عن طريق اختيار المنعطفات الثانوية ، يمكن للمرء معرفة المنعطفات الأولية. الممارسة الجيدة هي استخدام 1 دورة لكل جهد خرج للملف الثانوي.
الخطوة 3: المرحلة التالية هي معرفة المحاثة الأولية للمحولات. يمكن حساب ذلك بالصيغة أدناه ،
أين،
P 0 هي طاقة الخرج ،
z هو عامل توزيع الخسارة ،
ن هي الكفاءة ،
f s هو تردد التبديل ،
أنا p هو ذروة التيار الأولي ،
K RP هو تيار التموج إلى نسبة الذروة.
الخطوة 4: المرحلة التالية هي معرفة المحاثة الفعالة للنواة ذات الفجوات المطلوبة.
توضح الصورة أعلاه ما هو جوهر فجوة. الفجوة هي تقنية لتقليل قيمة محاثة النوى الأولية إلى القيمة المطلوبة. توفر الشركات المصنعة الأساسية نواة فجوة لتصنيف LG المطلوب. إذا كانت القيمة غير متوفرة ، فيمكن إضافة فواصل بين النوى أو طحنها للحصول على القيمة المطلوبة.
الخطوة 5: الخطوة التالية هي معرفة قطر الأسلاك الأولية والثانوية. قطر الأسلاك الأولية بالمليمتر هو
حيث BW E هو عرض المكوك الفعال و N p هو عدد الدورات الأساسية.
و قطرها من الأسلاك الثانوية في ملليمتر is-
BW E هو عرض المكوك الفعال ، N S هو عدد المنعطفات الثانوية ، و M هو الهامش على كلا الجانبين ، وتحتاج الأسلاك إلى التحويل في AWG أو SWG القياسي.
بالنسبة للموصل الثانوي ، لا يُسمح بوجود أكبر من 26 AWG بسبب زيادة تأثير الجلد. في مثل هذه الحالة يمكن بناء أسلاك متوازية. في لف السلك المتوازي ، هذا يعني أنه عند الحاجة إلى لف أكثر من سلكين للجانب الثانوي ، يمكن لقطر كل سلك نيابة عن قيمة السلك الفردي الفعلية لتسهيل عملية اللف عبر الجانب الثانوي من المحول. هذا هو السبب في أنك تجد بعض المحولات ذات الأسلاك المزدوجة على ملف واحد.
هذا كله يتعلق بتصميم محول SMPS. نظرًا للتعقيد الهام المتعلق بالتصميم ، فإن برنامج تصميم SMPS مثل PI Expert لتكامل الطاقة أو Viper من ST يوفر أدوات وتفوقًا لتغيير وتكوين محول SMPS حسب الحاجة. للحصول على عرض عملي أكثر ، يمكنك التحقق من هذا البرنامج التعليمي لتصميم 5V 2A SMPS حيث استخدمنا PI Expert لبناء محولنا الخاص باستخدام النقاط التي تمت مناقشتها حتى الآن.
آمل أن تكون قد فهمت البرنامج التعليمي واستمتعت بتعلم شيء جديد ، إذا كانت لديك أي أسئلة ، فلا تتردد في تركها في قسم التعليقات أو نشرها في المنتديات للحصول على استجابة أسرع.