Bagaimana Menghitung Transformator Inti Ferit

Bagaimana Menghitung Transformator Inti Ferit

Menghitung trafo ferit adalah proses di mana para insinyur mengevaluasi berbagai spesifikasi belitan, dan dimensi inti trafo, menggunakan ferit sebagai bahan inti. Ini membantu mereka membuat transformator yang dioptimalkan dengan sempurna untuk aplikasi tertentu.



Posting ini menyajikan penjelasan rinci tentang cara menghitung dan merancang transformator inti ferit yang disesuaikan. Kontennya mudah dipahami, dan bisa sangat berguna bagi teknisi yang bergerak di bidang elektronika daya , dan pembuatan inverter SMP.

Hitung trafo ferit untuk inverter dan SMP

Mengapa Inti Ferit digunakan dalam Pengonversi Frekuensi Tinggi

Anda mungkin sering bertanya-tanya alasan di balik penggunaan inti ferit di semua catu daya mode sakelar modern atau konverter SMPS. Benar, ini untuk mencapai efisiensi dan kekompakan yang lebih tinggi dibandingkan dengan catu daya inti besi, tetapi akan menarik untuk mengetahui bagaimana inti ferit memungkinkan kita mencapai tingkat efisiensi dan kekompakan yang tinggi ini?





Itu karena dalam transformator inti besi, bahan besi memiliki permeabilitas magnetik yang jauh lebih rendah daripada bahan ferit. Sebaliknya, inti ferit memiliki permeabilitas magnetis yang sangat tinggi.

Artinya, jika terkena medan magnet, bahan ferit mampu mencapai derajat kemagnetan yang sangat tinggi, lebih baik dari semua bentuk bahan magnet lainnya.



Permeabilitas magnetik yang lebih tinggi berarti, jumlah arus eddy yang lebih rendah dan kerugian switching yang lebih rendah. Bahan magnet biasanya memiliki kecenderungan untuk menghasilkan arus eddy sebagai respons terhadap frekuensi magnet yang meningkat.

Ketika frekuensi meningkat, arus eddy juga meningkat yang menyebabkan pemanasan material dan peningkatan impedansi koil, yang selanjutnya menyebabkan kerugian switching.

Inti ferit, karena permeabilitas magnetiknya yang tinggi, dapat bekerja lebih efisien dengan frekuensi yang lebih tinggi, karena arus eddy yang lebih rendah dan kerugian switching yang lebih rendah.

Sekarang Anda mungkin berpikir, mengapa tidak menggunakan frekuensi yang lebih rendah karena hal itu akan membantu mengurangi arus eddy? Tampaknya valid, namun frekuensi yang lebih rendah juga berarti meningkatkan jumlah lilitan untuk transformator yang sama.

Karena frekuensi yang lebih tinggi memungkinkan jumlah belokan yang lebih rendah secara proporsional, menghasilkan transformator yang lebih kecil, lebih ringan dan lebih murah. Inilah mengapa SMP menggunakan frekuensi tinggi.

Topologi Inverter

Dalam mode sakelar inverter, biasanya dua jenis topologi keluar: push-pull, dan Jembatan penuh . Tarikan dorong menggunakan keran tengah untuk belitan primer, sedangkan jembatan penuh terdiri dari satu belitan untuk belitan primer dan sekunder.

Sebenarnya, kedua topologi tersebut bersifat push-pull. Dalam kedua bentuk belitan diterapkan dengan arus bolak-balik maju-mundur yang terus-menerus beralih oleh MOSFET, berosilasi pada frekuensi tinggi yang ditentukan, meniru aksi dorong-tarik.

Satu-satunya perbedaan mendasar antara keduanya adalah, sisi primer trafo center tap memiliki jumlah putaran 2 kali lebih banyak daripada trafo jembatan penuh.

Bagaimana Menghitung Transformator Inverter Inti Ferit

Menghitung trafo inti ferit sebenarnya cukup sederhana, jika Anda memiliki semua parameter yang ditentukan di tangan.

Untuk mempermudah, kita akan mencoba menyelesaikan rumus tersebut melalui contoh penyetelan, katakanlah untuk transformator 250 watt.

Sumber tenaganya adalah baterai 12 V. Frekuensi untuk mengganti trafo adalah 50 kHz, angka yang umum di kebanyakan inverter SMP. Kami akan mengasumsikan outputnya 310 V, yang biasanya merupakan nilai puncak dari RMS 220V.

Di sini, 310 V akan diperbaiki melalui pemulihan cepat penyearah jembatan , dan filter LC. Kami memilih inti sebagai ETD39.

Seperti yang kita semua tahu, saat a Baterai 12 V. digunakan, tegangannya tidak pernah konstan. Pada pengisian penuh nilainya sekitar 13 V, yang terus turun saat beban inverter mengkonsumsi daya, hingga akhirnya baterai habis ke batas terendah, yang biasanya 10,5 V. Jadi untuk perhitungan kami, kami akan mempertimbangkan 10,5 V sebagai nilai suplai untuk V. dalam (mnt).

Putaran Utama

Rumus standar untuk menghitung jumlah belokan primer diberikan di bawah ini:

N (pertama)= V. dalam (kt bnd)x 108/ 4 x f x B maksx UNTUK c

Sini N (pertama)mengacu pada nomor giliran utama. Karena kita telah memilih topologi tekan tekan tengah dalam contoh kita, hasil yang diperoleh akan menjadi setengah dari jumlah putaran yang diperlukan.

  • Anggur (nama keluarga)= Tegangan Input Rata-rata. Karena tegangan baterai rata-rata kita adalah 12V, mari kita ambil Anggur (nama keluarga)= 12.
  • f = 50 kHz, atau 50.000 Hz. Ini adalah frekuensi switching yang disukai, seperti yang kami pilih.
  • B maks= Kerapatan fluks maksimum di Gauss. Dalam contoh ini, kami akan berasumsi B maksberada di kisaran 1300G hingga 2000G. Ini adalah nilai standar sebagian besar inti transformator berbasis ferit. Dalam contoh ini, mari kita tetapkan pada 1500G. Jadi kita punya B maks= 1500. Nilai yang lebih tinggi dari B makstidak disarankan karena hal ini dapat mengakibatkan transformator mencapai titik jenuhnya. Sebaliknya, nilai yang lebih rendah dari B maksdapat mengakibatkan inti kurang dimanfaatkan.
  • UNTUKc= Area Penampang Efektif dalam cmdua. Informasi ini dapat dikumpulkan dari lembar data inti ferit . Anda juga dapat menemukan Acdisajikan sebagai Aaku s. Untuk nomor inti ETD39 yang dipilih, luas penampang efektif yang diperlengkapi dalam lembar lembar data adalah 125 mmdua. Itu sama dengan 1,25cmdua. Oleh karena itu kami memiliki, Ac= 1,25 untuk ETD39.

Gambar di atas memberi kami nilai untuk semua parameter yang diperlukan untuk menghitung lilitan primer transformator inverter SMPS kami. Oleh karena itu, mengganti nilai masing-masing dalam rumus di atas, kita mendapatkan:

N (pertama)= V. dalam (kt bnd)x 108/ 4 x f x B maksx UNTUK c

N (pertama)= 12 x 108/ 4 x 50000 x 1500 x 1,2

N (pertama)= 3.2

Karena 3,2 adalah nilai pecahan dan bisa sulit diterapkan secara praktis, kami akan membulatkannya menjadi 3 putaran. Namun, sebelum menyelesaikan nilai ini, kita harus menyelidiki apakah nilai tersebut B maksmasih kompatibel dan dalam kisaran yang dapat diterima untuk nilai pembulatan 3 yang baru ini.

Sebab, penurunan jumlah belokan akan menyebabkan peningkatan yang proporsional B maks, oleh karena itu menjadi penting untuk memeriksa apakah meningkat B maksmasih dalam jangkauan yang dapat diterima untuk 3 putaran utama kami.

Pemeriksaan counter B maksdengan mengganti nilai yang ada berikut ini kita dapatkan:
Anggur (nama keluarga)= 12, f = 50000, N di= 3, UNTUK c= 1,25

B maks= V. dalam (kt bnd)x 108/ 4 x f x N (pertama)x UNTUK c

B maks= 12 x 108/ 4 x 50000 x 3 x 1,25

B maks= 1600

Seperti yang bisa dilihat yang baru B maksnilai untuk N (di)= 3 belokan terlihat bagus dan berada dalam kisaran yang dapat diterima. Ini juga menyiratkan bahwa, jika sewaktu-waktu Anda ingin memanipulasi jumlah N (pertama)bergantian, Anda harus memastikan itu sesuai dengan yang baru B maksnilai.

Sebaliknya, mungkin untuk pertama kali menentukan B maksuntuk jumlah lilitan primer yang diinginkan dan kemudian sesuaikan jumlah lilitan ke nilai ini dengan memodifikasi variabel lain yang sesuai dalam rumus.

Putaran Sekunder

Sekarang kita sudah mengetahui cara menghitung sisi primer dari sebuah transformator inverter SMP ferit, saatnya untuk melihat ke sisi lainnya, yaitu sisi sekunder dari transformator.

Karena nilai puncak harus 310 V untuk sekunder, kami ingin nilai tersebut dipertahankan untuk seluruh rentang tegangan baterai mulai dari 13 V hingga 10,5 V.

Tidak diragukan lagi kami harus menggunakan file sistem umpan balik untuk menjaga level tegangan output konstan, untuk melawan tegangan baterai rendah atau variasi arus beban naik.

Tetapi untuk ini harus ada margin atas atau ruang kepala untuk memfasilitasi kontrol otomatis ini. Margin A +20 V terlihat cukup baik, oleh karena itu kami memilih tegangan puncak keluaran maksimum sebagai 310 + 20 = 330 V.

Ini juga berarti bahwa trafo harus dirancang untuk menghasilkan 310 V pada tegangan baterai 10,5 terendah.

Untuk kontrol umpan balik, kami biasanya menggunakan sirkuit PWM yang dapat menyesuaikan sendiri, yang memperlebar lebar pulsa selama baterai rendah atau beban tinggi, dan mempersempitnya secara proporsional selama tidak ada beban atau kondisi baterai yang optimal.

Artinya, pada kondisi baterai lemah PWM harus otomatis menyesuaikan ke siklus kerja maksimum, untuk mempertahankan output 310 V yang ditentukan. PWM maksimum ini dapat diasumsikan 98% dari total siklus kerja.

Celah 2% tersisa untuk waktu mati. Waktu mati adalah celah tegangan nol antara setiap frekuensi setengah siklus, selama MOSFET atau perangkat daya tertentu tetap mati sepenuhnya. Ini memastikan keamanan yang terjamin dan mencegah bidikan melalui seluruh MOSFET selama periode transisi siklus dorong tarik.

Oleh karena itu, suplai input akan minimum ketika tegangan baterai mencapai level minimumnya, yaitu saat V. di= V. dalam (mnt)= 10,5 V. Ini akan meminta duty cycle menjadi maksimum 98%.

Data di atas dapat digunakan untuk menghitung tegangan rata-rata (DC RMS) yang diperlukan untuk sisi primer transformator untuk menghasilkan 310 V pada sekunder, ketika baterai minimal 10,5 V.Untuk ini kita mengalikan 98% dengan 10,5, sebagai ditunjukkan di bawah ini:

0,98 x 10,5 V = 10,29 V, ini nilai tegangan yang seharusnya dimiliki primer transformator kami.

Sekarang, kita mengetahui tegangan sekunder maksimum yaitu 330 V, dan kita juga mengetahui tegangan primernya yaitu 10,29 V. Hal ini memungkinkan kita untuk mendapatkan perbandingan kedua sisi sebagai: 330: 10,29 = 32,1.

Karena rasio peringkat tegangan adalah 32,1, rasio putaran juga harus dalam format yang sama.

Artinya, x: 3 = 32,1, di mana x = putaran sekunder, 3 = putaran primer.

Memecahkan ini kita bisa dengan cepat mendapatkan jumlah putaran kedua

Oleh karena itu belokan sekunder = 96,3.

Gambar 96.3 adalah jumlah lilitan sekunder yang kita butuhkan untuk usulan trafo inverter ferit yang akan kita rancang. Seperti yang dinyatakan sebelumnya karena katup pecahan sulit untuk diterapkan secara praktis, kami membulatkannya menjadi 96 putaran.

Ini menyimpulkan perhitungan kami dan saya harap semua pembaca di sini pasti menyadari cara menghitung transformator ferit untuk rangkaian inverter SMP tertentu.

Menghitung Belitan Bantu

Belitan tambahan adalah belitan tambahan yang mungkin diperlukan pengguna untuk beberapa implementasi eksternal.

Katakanlah, bersama dengan 330 V di sekunder, Anda memerlukan belitan lain untuk mendapatkan 33 V untuk lampu LED. Kami pertama kali menghitung sekunder: bantu rasio putar sehubungan dengan belitan sekunder peringkat 310 V. Rumusnya adalah:

NUNTUK= Vdetik/ (Vke+ Vd)

NUNTUK= sekunder: rasio tambahan, V.detik= Tegangan diperbaiki diatur sekunder, V.ke= tegangan tambahan, V.d= Nilai penurunan maju dioda untuk dioda penyearah. Karena kita membutuhkan dioda kecepatan tinggi di sini kita akan menggunakan penyearah schottky dengan V.d= 0,5V

Memecahkannya memberi kita:

NUNTUK= 310 / (33 + 0,5) = 9,25, mari kita bulatkan menjadi 9.

Sekarang mari kita turunkan jumlah lilitan yang diperlukan untuk belitan bantu, kita dapatkan ini dengan menerapkan rumus:

Nke= Ndetik/ NUNTUK

Dimana Nke= belokan bantu, Ndetik= belokan sekunder, NUNTUK= rasio tambahan.

Dari hasil kami sebelumnya, kami memiliki Ndetik= 96, dan NUNTUK= 9, gantikan ini dalam rumus di atas kita dapatkan:

Nke= 96/9 = 10,66, membulatkannya memberi kita 11 putaran. Jadi untuk mendapatkan 33 V kita membutuhkan 11 putaran di sisi sekunder.

Jadi dengan cara ini Anda dapat mengukur belitan bantu sesuai keinginan Anda.

Membungkus

Dalam posting ini kita belajar bagaimana menghitung dan merancang transformator inverter berbasis inti ferit, menggunakan langkah-langkah berikut:

  • Hitung belokan primer
  • Hitung belokan sekunder
  • Tentukan dan Konfirmasi B maks
  • Tentukan tegangan sekunder maksimum untuk kontrol umpan balik PWM
  • Temukan rasio putaran sekunder primer
  • Hitung jumlah belokan sekunder
  • Hitung belitan belitan bantu

Dengan menggunakan rumus dan perhitungan yang disebutkan di atas, pengguna yang tertarik dapat dengan mudah merancang inverter berbasis inti ferit yang disesuaikan untuk aplikasi SMPS.

Untuk pertanyaan dan keraguan silakan gunakan kotak komentar di bawah ini, saya akan mencoba menyelesaikannya paling awal




Sepasang: Jenis Papan Arduino dengan Spesifikasi Berikutnya: Pengonversi Digital-ke-Analog (DAC), Analog-ke-Digital (ADC) Dijelaskan