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AC/DC

採用AC/DC PWM方式的返馳式轉換器設計方法

設計絕緣型返馳式轉換器電路:設計變壓器(設計構造)-之2

6A_ckt_t1接下來是設計變壓器T1構造的「之2」。在第1部分說明了下述步驟內的①~④。而第2部分將接著說明⑤~⑦。

之1
①決定線軸
②確認有效捲軸
③決定線圈構造
④沿面距離和絕緣膠帶

之2
⑤決定線材
⑥配線圖、層構造、線圈規格
⑦決定變壓器規格

⑤ 決定線材
線圈的線材一般使用UEW(聚胺酯漆包銅線)、PEW(聚酯漆包銅線)等,但小型變壓器等無法取得沿面距離時,就會利用3層絕緣線。

捲繞寬度夠時能提高連結度,因此選擇捲繞寬度大的線徑。

線徑細雜散電容愈小,接近效果、表面效果的影響跟著變小,但電流密度卻會變大。基本上線徑為4~8A/mm2左右的線材。

以下是電流密度的計算範例。帶入「設計變壓器(計算數值)」節之①②③的計算結果來使用。

以最大Duty(max)=0.424、一次側的最大電流 Ippk=2.32A、二次側的最大電流 Ispk=12.5A、算出一次側的實效值:Iprms、二次側的實效值:Isrms如下所示。

7A_windings_01

在此,以電流密度為6A/mm2、可以以下列公式求得線徑。

7A_windings_02

二次側捲線在本題中設為2層×2並列合計4條、

7A_windings_03

※以上計算為忽略近接效應、表皮效應時的結果。

用選定的線徑來計算電流密度,並確定計算結果落在目標值4~8A/mm2範圍內。

7A_windings_04

而且,是在未考量接近效果、表面效果之下進行計算。接近效果指受到電流經過周圍導線後,因而勵磁的磁場的影響,造成導線內電流無法均一的現象。表面效果則是在高頻率之下,電流集中在導線外圍的現象。

線圈構造請參照「設計變壓器(設計構造)-之1」的「③決定線圈構造」的三明治捲構造,以及下方「⑥配線圖、層構造、線圈規格」。

若線徑不適合但又想改善特性時,可以使用漆包絞線(Litz)效果更好。漆包絞線是多條線材絞合在一起而成的,透過細線降低表面效果等造成的影響,而多條線材也可以增加斷面積。

最後確認變壓器溫度上升狀況,必要時加以調整。

⑥ 配線圖、層構造、線圈規格
將配線和層構造繪成圖片。線圈規格可以先製成表格。在委託試作變壓器時,必須將這幾個部分加入設計圖內。

配線圖(下方左側)標示電源電路中,哪一個引腳和哪一個信號相連接。配線會對機板線路配置造成影響,因此必須仔細觀看機板的設計後再來設定。

層構造圖(下方右側)展示了已決定好的構造。此次重視特性,再加上希望提升連結度,因此選擇三明治捲構造。

7A_connection7A_layer

線圈規格:如同前述,選擇捲繞寬度足夠的線徑。另外,也確認捲軸厚度、方向是否位在容許範圍內。

7A_windings

⑦ 決定變壓器規格
根據數值計算結果設計構造後,最後決定變壓器規格。

7A_spec_1

必要的資料有

  • 配線
  • 構造
  • 選定鐵芯、線軸
  • 電感、捲繞數、線徑
  • 絕緣性能、組裝說明等。

實際試作變壓器時,若能成功製作出變壓器,我想大部分的變壓器廠商應該都能夠進行試作。對變壓器廠商來說,也可以用最簡單的規格,例如輸入輸出電壓、頻率程度等來進行試作。至於應該要具體實現規格至哪一種程度,就要詢問變壓器廠商了。

重點:

・計算出數值後,進入具體設計變壓器構造的階段。

・計算出數值後,若能大略設計出構造,可望在變壓器廠商等的協助下,設計出最終版本。


PWM返馳式轉換器設計範例