Perhitungan Lilitan Trafo Ferit untuk High-Frekuensi / SMPS Inverter

Perhitungan Lilitan Trafo Ferit untuk High-Frekuensi / SMPS Inverter

Perhitungan Jumlah kumparan Trafo Ferit untuk High-Frekuensi / SMPS Inverter

Sering saya menemukan orang-orang yang meminta bantuan dalam menghitung kumparan yang diperlukan untuk membuat sebuah transformator ber inti ferit, mereka akan membuat sebuah inverter berfrekuensi tinggi / SMPS inverter. Dalam frekuensi tinggi / SMPS inverter, trafo ferit digunakan dalam merubah / meningkatkan tahap dimana tegangan rendah DC dari baterai ditingkatkan ke tegangan tinggi DC. Dalam situasi ini, hanya ada dua pilihan ketika memilih topologi - push-pull dan Full-bridge. Untuk desain transformator, perbedaan antara push-pull dan trafo Full-bridge untuk tegangan dan kekuatan yang sama, akan tetapi transformator push-pull akan memerlukan Center Tap, yang berarti akan membutuhkan dua kali jumlah putaran primer sebagai transformator Full-bridge.

Sebenarnya perhitungan kumparan yang diperlukan cukup sederhana dan saya akan coba untuk menjelaskan hal ini di sini. Untuk penjelasan, saya akan menggunakan contoh dan memulai dari proses perhitungan. Katakanlah transformator ferit yang akan digunakan untuk keperluan inverter berdaya  250W.

Topologi yang dipilih adalah push-pull. Menggunakan sumber daya baterai DC 12V. Tegangan output dari tahap converter DC-DC akan menjadi 310V. Perpindahan frekuensi adalah 50kHz. Inti trafo yang dipilih adalah ETD39.

Ingat bahwa output dari trafo ini mempunyai frekuensi tinggi (gelombang 50kHz persegi dalam kasus ini) AC. Ketika saya lihat output tegangan tinggi DC (misalnya 310VDC disebutkan di atas), ini adalah output DC diperoleh setelah pembetulan (menggunakan dioda penyearah ultrafast dikonfigurasi sebagai jembatan penyearah) dan filtrasi (menggunakan filter LC).

Selama operasi, tegangan baterai tidak akan tetap di 12V saja. Dengan beban tinggi, tegangan akan kurang dari 12V. Dengan beban rendah dan beban sepenuhnya dibebankan oleh baterai, tegangan mungkin lebih tinggi dari 13V. Jadi, harus diingat bahwa tegangan input tidak konstan, tetapi variabel berubah rubah. Dalam inverter, baterai menjadi /  menurun rendah biasanya ditetapkan pada 10,5 v. Jadi, kami akan menetapkan ini sebagai tegangan masukan terendah.

Vinmin = 10,5 volt

Rumus untuk menghitung jumlah yang diperlukan untuk kumparan Primer adalah:

Rumus :

Untuk transformator push-pull, ini akan menjadi satu- setengah jumlah kumparan yang diperlukan. Npri berarti jumlah lilitan primer;
Nsec berarti jumlah lilitan sekunder;
Naux berarti jumlah lilitan bantu / tambahan dan sebagainya.
Tapi hanya N (tanpa subscript) ternyata mengacu pada perbandingan.


Untuk menghitung jumlah kumparan primer yang diperlukan kita hanya menggunakan rumus, parameter atau variabel yang perlu dipertimbangkan adalah:

* .Vin (Nom) - Nominal Input Voltage.
Kami akan mengambil ini sebagai 12V.
Jadi, Vin (nom) = 12 Volt

* . f  = Frekuensi switching operasi satuan dalam Hertz. Untuk frekuensi switching adalah 50kHz, f = 50000 Hz

* . Bmax- kerapatan fluks maksimum satuan dalam Gauss.
Jika Anda terbiasa menggunakan Tesla atau milliTesla (T atau mT) untuk kerapatan fluks, perlu di ingat bahwa 1T = 104Gauss. Bmax benar-benar tergantung pada desain dan inti transformator yang kita digunakan. Dalam desain saya, saya biasanya mengambil Bmax pada kisaran 1300g sampai 2000G. Ini akan diterima bagi sebagian besar inti transformator. Dalam contoh ini, mari kita mulai dengan 1500G. Jadi Bmax = 1500.
Ingat bahwa terlalu tinggi Bmax akan menyebabkan trafo jenuh. Terlalu rendah Bmax akan mengalami kerugian pemanfaatan inti.

* .Ac- Efektif Cross-Sectional Area satuan dalam cm2.
Anda akan mendapatkan informasi ini dari lembar data dari core ferit. Ac ini juga kadang-kadang disebut sebagai Ae. Untuk ETD39, area cross-sectional efektif diberikan dalam lembar datasheet / spesifikasi (saya maksudkan TDK E141 Anda dapat men-download dari SINI. salib efektif daerah -sectional (dalam lembar spesifikasi, itu disebut sebagai Ae seperti yang saya katakan, itu adalah hal yang sama seperti Ac) diberikan sebagai 125mm2. Yaitu sebesar 1.25cm2.

Jadi, Ac = 1,25 untuk ETD39.

Jadi sekarang, kami telah memperoleh nilai dari semua parameter yang diperlukan untuk perhitungan jumlah Npri yang diperlukan untuk kumparan primer.

Vin (nom) = 12 Volt          

f = 50000 hz

Bmax = 1500

Ac = 1,25

Mulai memasukkan nilai-nilai ini ke dalam rumus:

Rumus Npri :

Npri = 3.2

Kami tidak akan menggunakan gulungan pecahan, jadi kami akan membulatkan Npri kenomor terdekat, dalam hal ini, dibulatkan menjadi  3 kumparan.
Sekarang, sebelum kita menyelesaikan ini dan pilih Npri = 3, lebih baik kita pastikan bahwa Bmax masih dalam batas-batas yang dapat diterima oleh inti trafo. Seperti yang telah kita lakukan menurunkan jumlah kumparan dihitung  dari (turun ke 3,0 dari 3,2), Bmax akan meningkat. Kita sekarang perlu mencari tahu berapa banyak Bmax telah meningkat dan jika itu masih nilai yang dapat diterima atau aman bisa dilanjutkan.

Vin(nom)= 12    volt             f = 50000   Hz                  Npri = 3     lilit.                    Ac= 1.25

Rumus Bmax :

Bmax = 1600

Nilai baru dari Bmax masih dalam batas-batas yang dapat diterima dan sehingga kita dapat melanjutkan dengan Npri = 3.

Jadi, kita sekarang tahu bahwa untuk kumparan primer, transformator kami akan membutuhkan 3 kumparan + 3 kumparan.

Dalam desain apapun, jika Anda perlu untuk menyesuaikan nilai, Anda dapat dengan mudah menentukannya. Tapi selalu ingat untuk memeriksa bahwa Bmax masih bisa diterima.

*. Sebagai contoh, jika untuk konstruksi, kumparan 3 lilit + 3 lilit menjadi sulit, Anda dapat menggunakan 2 lilit + 2 lilit atau 4 lilit + 4 lilit. Namun, menurunkan jumlah kumparan maka Bmax meningkat, jadi hanya memeriksa kembali untuk memastikan Bmax baik-baik saja. Kisaran saya menyatakan untuk Bmax antara (1300g sampai 2000G) hanya perkiraan. Ini akan bekerja untuk sebagian besar trafo inti ferit.

* . Saya Mulai dengan satu set Bmax dan mulai untuk menghitung Npri dari sana. Anda juga dapat menetapkan nilai Npri dan kemudian memeriksa apakah Bmax baik-baik saja. Jika tidak, maka Anda dapat menambah atau mengurangi Npri yang diperlukan dan kemudian memeriksa apakah Bmax baik-baik saja, dan ulangi proses ini sampai Anda mendapatkan hasil yang memuaskan. Sebagai contoh, Anda mungkin telah menetapkan Npri = 2 dan dihitung Bmax dan memutuskan bahwa ini adalah terlalu tinggi. Jadi, Anda menetapkan Npri = 3 dan dihitung Bmax dan memutuskan itu baik-baik saja. Atau Anda mungkin sudah mulai dengan Npri = 4 dan dihitung Bmax dan memutuskan bahwa itu terlalu rendah. Jadi, Anda menetapkan Npri = 3 dan dihitung Bmax dan memutuskan itu baik-baik saja.


Sekarang saatnya untuk beralih ke sekunder. Output dari kami konverter DC-DC adalah 310V. Jadi, output transformator harus 310V di semua tegangan input, dari semua jalan naik dari 13.5V ke semua jalan ke 10,5 v. Tentu, umpan balik akan dilaksanakan untuk menjaga tegangan output tetap bahkan dengan garis dan beban variasi - perubahan karena perubahan tegangan baterai dan juga karena memuat perubahan. Jadi, beberapa ruang harus dibiarkan untuk bekerja sebagai umpan balik. Jadi, kami akan merancang transformator dengan sekunder bertegangan di 330V. Umpan balik hanya akan menyesuaikan tegangan yang diperlukan dengan mengubah siklus kontrol PWM signals.  Selain umpan balik, driver juga mengkompensasi beberapa kerugian di konverter dan dengan demikian mengkompensasi tegangan menjadi turun pada berbagai tahap - misalnya, dalam MOSFET, di trafo itu sendiri, di rectifier output, keluaran induktor, dll.

Ini berarti bahwa output harus mampu memasok 330V dengan tegangan input sebesar 10,5 v dan juga tegangan input sama dengan 13.5V. Untuk controller PWM, kami akan mengambil siklus maksimum menjadi 98%. Kesenjangan memungkinkan untuk mati-waktu.

Pada tegangan input minimum (ketika Vin = Vinmin), siklus akan maksimal. Sehingga siklus akan 98% ketika Vin = 10,5 = Vinmin. Pada siklus maksimum= 98%, tegangan transformator = 0,98 * 10,5 v = 10.29V.

Jadi, rasio tegangan (sekunder: primer) = 330V: 10.29V = 32,1

Sejak rasio tegangan (sekunder: primer) = 32,1, rasio ternyata (sekunder: primer) juga harus 32,1 sebagai ternyata rasio (sekunder: primer) = rasio tegangan ( sekunder: primer). Ternyata rasio ditunjuk oleh N. Jadi, dalam kasus kami, N = 32.1 (saya telah mengambil N sebagai rasio sekunder: primer).

Npri= 3

Nsec= N * Npri= 32.1 * 3 = 96.3


Membulatkan ke seluruh nomor terdekat. Nsec = 96. Jadi 96 putaran yang diperlukanuntuk sekunder. Dengan implementasi yangtepat dari umpan balik, output 310VDC konstan akan diperoleh sepanjang rentang tegangan masukan seluruh 10,5 v untuk 13.5V.

Di sini, satu hal yang perlu diperhatikan adalah bahwa meskipun saya mengambil 98% sebagai siklus maksimum, siklus tugas maksimum dalam praktek akan lebih kecil karena transformator kami dihitung untuk memberikan output 330V. Di sirkuit, outputakan 310V, sehingga siklus akan lebih rendah. Namun, keuntungan di sini adalah bahwa Anda dapat yakin bahwa output tidak akan turun di bawah 330V bahkan dengan beban berat sejak didriver yang cukup besar disediakan untuk umpan balik untuk menendang dan menjaga tegangan output bahkan pada beban tinggi.

Jika ada gulungan tambahan yang diperlukan, ternyata yang dibutuhkan sedikit dapat dihitung. Mari saya tunjukkan dengan contoh. Katakanlah kita membutuhkan tambahan lilitan untuk memberikan tegangan 19Volt. Saya tahu bahwa output 310V akan diatur, apa pun tegangan input mungkin, dalam rentang awalnya ditentukan (Vinmin sampai Vinmax - 10,5 v sampai 13.5V). Jadi, ternyata rasio untuk tambahan lilitan dapat dihitung sehubungan dengan gulungan sekunder. Mari kita sebut ini kumparan rasio (sekunder: auxiliary) NA.

NA = nsec / Naux = VSEC / (Vaux + Vd).
VD adalah output dioda maju drop.
Mari kita asumsikan bahwa dalam aplikasi kita, menggunakan dioda penyearah Schottky dengan Vd = 0.5V.

Jadi, NA = 310V / 19.5V = 15.9  Nsec / Naux = NA 
Naux = Nsec / NA = 96 / 15,9 = 5,96

Mari melengkapi Naux = 6 dan melihat berapa tegangan output.

VSEC / (Vaux + Vd) = NA = nsec / Naux = 96 /6=16.0(Vaux + Vd) = VSEC / NA = 310V / 16,0 = 19.375V Vaux = 19.375V - 0.5V = 18.875V (dibulatkan)

Saya akan mengatakan itu bagus untuk pasokan tambahan aux. Jika dalam perhitungan ke tegangan yang terlalu jauh dari sasaran tegangan yang diperlukan dan dengan demikian akurasi yang lebih besar diperlukan, mengambil Vaux sebagai sesuatu yang lebih tinggi dan menggunakan regulator tegangan. Misalnya, jika dalam contoh kita sebelumnya, bukan 18.875V kita sudah 19.8V tapi diperlukan beberapa keakurasian, kita sudah bisa menggunakan 24V dan menggunakan regulator tegangan untuk memberikan output 19V.

Jadi, trafo yang kita memiliki 3 putaran + 3 putaran untuk primer, dan 96 putaran untuk sekunder dan 6 putaran untuk tambahan. Untuk seberapa besar kawat yang akan dipakai dalam membuat trafo ini  Berikut ini skema transformator nya :

Menghitung jumlah kumparan yang diperlukan  untuk menggulung transformator sebenarnya tugas sederhana dan saya berharap bahwa saya bisa membantu Anda memahami cara melakukannya. Saya harap tutorial ini membantu Anda dalam desain transformator ferit Anda.

Silahkan tinggalkan komentar bila kurang jelas...