Cara Mengira Nisbah Pusingan Transformer untuk Aplikasi Bekalan Kuasa

Nisbah pusingan pengubah ialah parameter asas yang digunakan untuk menentukan hubungan voltan antara belitan primer dan sekunder. Untuk aplikasi bekalan kuasa, walau bagaimanapun, mengira nisbah pusingan yang betul memerlukan lebih daripada sekadar membahagikan voltan masukan dengan voltan keluaran.

Dalam pengubah konvensional, nisbah voltan secara langsung berkaitan dengan nisbah lilitan belitan. Dalam bekalan kuasa pensuisan, reka bentuk pengubah akhir juga bergantung pada topologi penukar, frekuensi pensuisan, kitaran tugas, bentuk gelombang, kaedah pembetulan, teras magnet, dan julat voltan kendalian.

Bagi jurutera dan pembeli OEM yang bekerja dengan pengubah frekuensi tinggi atau pengubah bekalan kuasa pensuisan, memahami perhubungan ini boleh menjadikan pemilihan pengubah dan pembangunan tersuai lebih cekap.

1. Apakah Nisbah Pusingan Transformer?

Nisbah pusingan pengubah menerangkan hubungan antara bilangan lilitan pada belitan primer dan bilangan lilitan pada belitan sekunder.

Untuk pengubah yang ideal:

Vp / Lwn=Np / Ns

di mana:

Vp=Voltan utama

Vs=Voltan sekunder

Np=Pusingan utama

Ns=Pusingan kedua

Sebagai contoh, jika voltan primer ialah 400 V dan voltan sekunder yang diperlukan ialah 40 V:

400 / 40 = 10

Oleh itu, nisbah lilitan utama-kepada-dasar ialah:

Np : Ns=10 : 1

Pengiraan ini menyediakan hubungan voltan asas. Ia tidak, dengan sendirinya, menentukan reka bentuk penggulungan akhir pengubah bekalan kuasa praktikal.

2. Cara Mengira Nisbah Pusingan Asas

Pengiraan paling mudah adalah berdasarkan voltan primer dan sekunder.

Nisbah Pusingan=Voltan Utama / Voltan Sekunder

Sebagai contoh, pertimbangkan pengubah dengan:

Voltan utama: 240 V

Voltan sekunder: 24 V

Nisbah pusingan asas ialah:

240 / 24 = 10

Oleh itu:

Np : Ns=10 : 1

Jika belitan primer mengandungi 200 lilitan, belitan sekunder teori akan mengandungi:

200 / 10=20 pusingan

Ini sesuai sebagai pengiraan transformer yang ideal.

Untuk pengubah sebenar, pengilang mesti menilai lagi kerugian, keadaan operasi, fluks magnet, arus belitan dan litar bekalan kuasa tertentu.

3. Nisbah Pusingan Utama-kepada-Sekunder dalam Menukar Bekalan Kuasa

Pengubah bekalan kuasa pensuisan beroperasi secara berbeza daripada pengubah frekuensi-sesalur konvensional.

Transformer biasanya digerakkan oleh bentuk gelombang tersuis yang dihasilkan oleh litar pensuisan semikonduktor. Oleh itu, voltan yang digunakan pada belitan primer bergantung pada topologi bekalan kuasa dan keadaan pensuisan.

Topologi biasa termasuk:

Terbang kembali

ke hadapan

Tolak{0}}tarik

Separuh-jambatan

Jambatan-penuh

Oleh kerana topologi ini memindahkan tenaga secara berbeza, hubungan antara voltan input, voltan keluaran, kitaran tugas dan nisbah lilitan pengubah juga berbeza.

Itulah sebabnya pengiraan berikut:

Voltan Masukan / Voltan Keluaran

harus dianggap sebagai titik permulaan dan bukannya persamaan reka bentuk akhir untuk setiap bekalan kuasa pensuisan.

4. Mengapa Kitaran Tugas Mempengaruhi Nisbah Giliran

Dalam kebanyakan bekalan kuasa PWM, voltan keluaran dikawal melalui kitaran tugas pensuisan.

Kitaran tugas mewakili peratusan setiap tempoh pensuisan semasa litar pensuisan menggunakan tenaga kepada pengubah.

Untuk perhubungan penukar yang dipermudahkan, voltan keluaran boleh dikaitkan dengan voltan input, kitaran tugas dan nisbah lilitan.

Hubungan perwakilan boleh dinyatakan sebagai:

Vout ≈ Vin × D × (Ns / Np)

di mana:

Vout=Voltan keluaran

Vin=Pensuisan yang berkaitan-voltan input peringkat

D=Kitaran tugas

Ns/Np=Sekunder-ke-nisbah pusingan utama

Persamaan sebenar bergantung kepada topologi penukar dan konfigurasi litar.

Atas sebab ini, pengeluar transformer perlu mengetahui topologi bekalan kuasa sebelum menentukan nisbah pusingan akhir.

5. Julat Voltan Input Mesti Dipertimbangkan

Menggunakan hanya voltan masukan nominal boleh membawa kepada reka bentuk pengubah yang tidak sesuai.

Sebagai contoh, bekalan kuasa pensuisan boleh beroperasi daripada:

300–400 V DC

bukannya pada satu voltan tetap.

Pengubah mesti beroperasi dengan betul merentasi julat ini sambil mengekalkan voltan keluaran yang diperlukan dan mengelakkan fluks magnet yang berlebihan.

Apabila membangunkan pengubah tersuai, sediakan:

Voltan masukan minimum

Voltan masukan nominal

Voltan masukan maksimum

Kitaran tugas maksimum

Kekerapan menukar

Voltan keluaran yang diperlukan

Arus keluaran

Nisbah pusingan hendaklah dinilai terhadap julat pengendalian lengkap dan bukannya satu nilai nominal.

6. Voltan Keluaran Tidak Sentiasa Sama dengan Voltan Sekunder Transformer

Ini adalah salah satu kesilapan yang paling biasa dalam pengiraan nisbah lilitan transformer.

Katakan bekalan kuasa memerlukan keluaran DC 12 V terkawal.

Ia tidak semestinya bermakna bahawa belitan sekunder pengubah hanya perlu direka untuk 12 V.

Di antara pengubah dan output DC akhir, litar mungkin mengandungi:

Diod penerus

Pembetulan segerak

Induktor keluaran

Kapasitor

Litar pengawalseliaan voltan

Pengalir PCB

Komponen ini mempengaruhi voltan sebenar yang dihantar ke beban.

Oleh itu, voltan sekunder pengubah perlu ditentukan mengikut litar bekalan kuasa yang lengkap.

Untuk pengubah frekuensi tinggi tersuai, pengilang harus menerima -keperluan sampingan sekunder sebenar dan bukannya voltan keluaran DC akhir sahaja.

7. Penurunan Voltan Menjejaskan Nisbah Pusingan Praktikal

Transformer yang ideal tidak mempunyai kehilangan elektrik. Transformer sebenar boleh.

Penurunan voltan boleh disebabkan oleh:

Rintangan penggulungan utama

Rintangan penggulungan sekunder

Penurunan voltan penerus

Kearuhan kebocoran

Menukar-kehilangan peranti

Rintangan PCB

Kerugian penukar lain

Sebagai contoh, jika output akhir mesti kekal pada 24 V di bawah beban, pengubah mungkin perlu menyediakan voltan sekunder yang mengimbangi kehilangan voltan di seluruh litar.

Jumlah pampasan bergantung pada reka bentuk bekalan kuasa dan keadaan beban.

Oleh itu, nisbah lilitan sebenar perlu diwujudkan selepas mempertimbangkan laluan elektrik yang lengkap.

8. Nisbah Pusingan dan Reka Bentuk Teras Magnetik

Nisbah pusingan menentukan hubungan voltan antara belitan, tetapi bilangan lilitan mutlak juga mesti serasi dengan teras magnet.

Untuk pengubah frekuensi tinggi, lilitan utama dipengaruhi oleh:

Voltan yang digunakan

Kekerapan menukar

Kitaran tugas maksimum

Kawasan keratan rentas-teras

Bahan teras

Ketumpatan fluks maksimum

Menukar bentuk gelombang

Terlalu sedikit pusingan utama boleh mengakibatkan fluks magnet yang berlebihan dan berpotensi mendorong teras ke arah tepu.

Terlalu banyak pusingan boleh meningkatkan panjang belitan, kehilangan kuprum, kearuhan kebocoran dan saiz pengubah.

Oleh itu, reka bentuk pengubah memerlukan kedua-duanya:

Nisbah pusingan yang betul

dan

Bilangan pusingan mutlak yang betul.

Ini berkaitan, tetapi ia bukan parameter reka bentuk yang sama.

9. Nisbah Giliran Juga Menentukan Hubungan Semasa

Nisbah pusingan pengubah adalah berkaitan dengan arus dan juga voltan.

Untuk pengubah yang ideal:

Ip / Is=Ns / Np

di mana:

Ip=Arus utama

Adakah=Arus sekunder

Np=Pusingan utama

Ns=Pusingan kedua

Ini bermakna apabila voltan diturunkan, bahagian sekunder biasanya membawa arus yang lebih tinggi untuk kuasa yang dipindahkan yang sama.

Ini mempunyai kesan langsung pada reka bentuk belitan pengubah.

Pengilang mesti memilih dimensi konduktor yang sesuai dan susunan belitan mengikut arus sebenar.

Untuk-belitan sekunder semasa yang tinggi, reka bentuk mungkin memerlukan:

Konduktor yang lebih besar

Berbilang wayar selari

Lapisan penggulungan yang sesuai

Susunan penggulungan khas

Oleh itu, nisbah lilitan hendaklah sentiasa dipertimbangkan bersama-sama dengan keperluan kuasa dan semasa.

10. Contoh: Mengira Nisbah Pusingan untuk Bekalan Kuasa

Pertimbangkan bekalan kuasa pensuisan yang dipermudahkan dengan:

Input DC: 320 V

Keluaran yang diperlukan: 24 V

Menukar topologi: separuh-jambatan

Anggaran kitaran tugas: 50%

Perbandingan voltan mudah memberikan:

320 / 24 = 13.33

Walau bagaimanapun, adalah tidak betul untuk menentukan nisbah pengubah 13.33:1 dengan segera tanpa mengambil kira operasi separuh-jambatan.

Voltan sebenarnya digunakan pada pengubah utama, kitaran tugas, kaedah pembetulan, kehilangan voltan, dan julat peraturan semuanya mempengaruhi reka bentuk akhir.

Oleh itu, pengilang transformer akan menggunakan spesifikasi bekalan kuasa yang lengkap untuk menentukan:

Teras yang sesuai

Giliran utama

Pusingan sekunder

Nisbah pusingan

Saiz wayar

Susunan penggulungan

Struktur penebat

Peningkatan suhu yang dijangkakan

Inilah sebabnya mengapa pembangunan pengubah tersuai harus dilakukan bersama-sama dengan reka bentuk penukar sebenar.

11. Kesilapan Pengiraan Nisbah Giliran Transformer Biasa

Kesilapan 1: Menggunakan Voltan Input ÷ Voltan Keluaran sebagai Nisbah Akhir

Ini berfungsi sebagai titik permulaan yang ideal tetapi tidak mencukupi untuk banyak aplikasi bekalan kuasa pensuisan.

Kesilapan 2: Mengabaikan Topologi Penukar

Penukar flyback, ke hadapan, separuh-jambatan dan-penuh mempunyai hubungan pemindahan voltan dan tenaga-yang berbeza.

Kesilapan 3: Mengabaikan Kitaran Tugas

Kawalan PWM mengubah voltan dan tenaga berkesan yang dihantar melalui pengubah.

Kesilapan 4: Mengelirukan Output DC Dengan Voltan Sekunder

Voltan DC terkawal akhir mungkin berbeza daripada voltan sekunder pengubah yang diperlukan kerana pembetulan dan kehilangan litar lain.

Kesilapan 5: Memilih Nisbah Giliran Tanpa Memeriksa Fluks Teras

Nisbah voltan yang betul masih boleh mengakibatkan ketumpatan fluks yang berlebihan jika bilangan mutlak lilitan primer terlalu rendah.

Kesilapan 6: Mengabaikan Arus Belitan

Konduktor penggulungan mestilah mampu mengendalikan RMS sebenar dan arus puncak yang dijana oleh bekalan kuasa.

12. Apakah Maklumat Yang Perlu Anda Berikan kepada Pengilang Transformer Tersuai?

Apabila meminta pengubah tersuai untuk bekalan kuasa, memberikan maklumat teknikal yang lengkap membantu pengilang menilai reka bentuk dengan betul.

Untuk projek OEM, parameter ini memberikan pengeluar pengubah frekuensi tinggi maklumat yang mencukupi untuk menilai reka bentuk magnet dan penggulungan dan bukannya bergantung pada spesifikasi voltan yang tidak lengkap.

13. Bilakah Anda Harus Bekerja Dengan Pengilang Transformer?

Transformer standard mungkin sesuai apabila voltan, kuasa, kekerapan, dimensi dan keperluan pemasangan sudah sepadan dengan reka bentuk sedia ada.

Untuk peralatan OEM, bagaimanapun, pengubah mungkin perlu disesuaikan di sekitar bekalan kuasa sebenar.

Pengilang pengubah tersuai boleh menilai:

Pemilihan teras magnetik

Giliran primer dan sekunder

Struktur penggulungan

Pemilihan wayar

Penebat

Kearuhan kebocoran

Kenaikan suhu

Dimensi mekanikal

Kebolehlaksanaan pengeluaran

Ini amat penting apabila pengubah mesti muat pada PCB tertentu atau beroperasi dalam julat kecekapan dan suhu yang ditetapkan.

Kesimpulan

Mengira nisbah lilitan pengubah bermula dengan hubungan antara voltan primer dan sekunder:

Vp / Lwn=Np / Ns

Tetapi hubungan ideal ini hanyalah titik permulaan untuk pengubah bekalan kuasa yang praktikal.

Untuk aplikasi pensuisan, reka bentuk akhir juga mesti mempertimbangkan topologi penukar, kitaran tugas, julat voltan input, pembetulan, kehilangan voltan, frekuensi pensuisan, teras magnet, ketumpatan fluks, arus belitan dan keadaan terma.

Untuk pengubah frekuensi tinggi, nisbah pusingan yang betul dan bilangan pusingan mutlak mesti dibangunkan bersama. Reka bentuk yang sesuai harus menyediakan perubahan voltan yang diperlukan sambil mengekalkan fluks magnet, kehilangan belitan, kenaikan suhu dan dimensi keseluruhan dalam keperluan aplikasi.

Untuk projek bekalan kuasa OEM dan tersuai, membekalkan spesifikasi elektrik dan mekanikal yang lengkap kepada pengeluar pengubah adalah cara yang paling boleh dipercayai untuk menentukan reka bentuk penggulungan primer dan sekunder yang sesuai.

Pengambilan Utama

Apabila mengira nisbah lilitan pengubah, sentiasa pertimbangkan:

• Voltan primer dan sekunder
• Julat voltan input
• Topologi penukar
• Kitaran tugas
• Kekerapan menukar
• Kaedah pembetulan
• Kejatuhan voltan dan kehilangan litar
• Teras magnetik dan ketumpatan fluks
• Arus primer dan sekunder
• Keperluan penebat dan haba

Nisbah pusingan mewujudkan hubungan voltan asas, tetapi reka bentuk pengubah yang lengkap menentukan sama ada komponen itu benar-benar akan berfungsi dengan pasti dalam bekalan kuasa.