Het kiezen van een hoogfrequente transformator is echter niet alleen een kwestie van het afstemmen van de ingangs- en uitgangsspanning. De transformator moet worden afgestemd op de schakeltopologie, bedrijfsfrequentie, vermogensniveau, magnetische kern, wikkelingsconfiguratie, isolatievereisten en thermische omstandigheden van de voeding.
Voor OEM- en industriële stroomvoorzieningsprojecten moeten deze parameters samen worden beschouwd in plaats van afzonderlijk te worden geselecteerd.
1. Begin met de stroomvereiste
De eerste parameter die moet worden gedefinieerd, is het vereiste vermogen.
Een transformator die wordt gebruikt in een hulpvoeding van 20 W heeft heel andere eisen dan een transformator die wordt gebruikt in een schakelende voeding van 500 W of hoger. Het vereiste vermogen heeft invloed op de grootte van de magnetische kern, het ontwerp van de wikkeling, de draadkeuze, de thermische prestaties en de algemene afmetingen van de transformator.
Zorg bij het selecteren van een hoogfrequente transformator voor:
Nominaal uitgangsvermogen
Maximaal ingangsvermogen
Aantal uitgangskanalen
Vereiste efficiëntie
Verwachte bedrijfsomstandigheden
De transformator moet voldoende stroom-kunnen verwerken voor de feitelijke bedrijfsomstandigheden en mag niet alleen worden geselecteerd op basis van het nominale uitgangsvermogen.
Voor een op maat gemaakte transformator is het feitelijke vermogensbereik een van de eerste stukjes informatie die een fabrikant nodig heeft voor het magnetische en wikkelende ontwerp.
2. Zorg ervoor dat de ingangs- en uitgangsspanning overeenkomen
De ingangs- en uitgangsspanning bepalen de basistransformatieverhouding.
Voor een schakelende voeding kan de verhouding van de transformatoromwentelingen echter niet altijd worden geselecteerd door simpelweg de ingangsspanning te delen door de uitgangsspanning. De schakeltopologie en de duty-cycle beïnvloeden ook de vereiste windingsverhouding.
De vereisten voor transformatoren kunnen bijvoorbeeld aanzienlijk verschillen tussen:
Flyback-converters
Voorwaartse converters
Push-pull-converters
Halve-brugconverters
Volledige-bridge-converters
Daarom is het bij het aanvragen van een schakelende voedingstransformator beter om het daadwerkelijke bedrijfsspanningsbereik op te geven in plaats van slechts één nominale ingangsspanning.
Belangrijke informatie omvat:
Minimale ingangsspanning
Nominale ingangsspanning
Maximale ingangsspanning
Vereiste uitgangsspanning
Uitgangsstroom
DC-uitgangsvereisten
Hierdoor kan het transformatorontwerp worden afgestemd op het volledige werkbereik van de voeding.
3. Houd rekening met de schakelfrequentie
De bedrijfsfrequentie is een van de bepalende parameters van een hoogfrequente transformator.
Naarmate de schakelfrequentie toeneemt, kan de transformator voor een bepaald vermogensniveau over het algemeen een kleinere magnetische kern gebruiken. Een hogere frequentie verhoogt echter ook bepaalde verliezen, waaronder kernverliezen en wikkelings-gerelateerde verliezen.
Daarom moet de frequentie niet eenvoudigweg worden behandeld als 'hoe hoger, hoe beter'.
De fabrikant van de transformator moet de werkelijke schakelfrequentie of het frequentiebereik van de voeding kennen.
Typische ontwerpoverwegingen zijn onder meer:
Schakelfrequentie
Frequentievariatie
Kernmateriaal
Kern verlies
Kronkelend verlies
Temperatuurstijging
Een transformator die voor een bepaald frequentiebereik is ontworpen, mag niet automatisch worden vervangen door een andere transformator, simpelweg omdat de spannings- en vermogenswaarden vergelijkbaar lijken.
4. Selecteer de juiste magnetische kern
De magnetische kern vormt het middelpunt van de prestaties van hoogfrequente transformatoren.
Kernmateriaal en geometrie beïnvloeden:
Kern verlies
Verzadigingskenmerken
Temperatuurstijging
Transformator formaat
Bedrijfsfrequentie
Vermogen voor energieoverdracht
Ferrietkernen worden vaak gebruikt in hoogfrequente schakeltoepassingen vanwege hun geschiktheid voor hoog-werking en relatief lage kernverliezen in vergelijking met materialen die bedoeld zijn voor- lagerfrequente toepassingen.
Kerngeometrie is ook belangrijk. Verschillende ontwerpen kunnen verschillende kernvormen gebruiken, afhankelijk van de beschikbare installatieruimte, het vermogensniveau, de wikkelopstelling en de thermische vereisten.
Voor op maat gemaakte hoogfrequente transformatoren moet de kern daarom worden geselecteerd op basis van de volledige elektrische en mechanische vereisten en niet alleen op basis van de grootte.
5. Besteed aandacht aan het kronkelende ontwerp
De wikkeling is een andere belangrijke factor die de prestaties van de transformator beïnvloedt.
Bij hogere frequenties verandert de stroomverdeling in de geleider en kan AC-weerstand een belangrijke bron van verlies worden. De opstelling van de wikkelingen heeft ook invloed op de lekinductie, de parasitaire capaciteit, de isolatieafstand en de koppeling tussen primaire en secundaire wikkelingen.
Afhankelijk van de toepassing moet bij het ontwerp mogelijk rekening worden gehouden met:
Draaddiameter
Aantal beurten
Kronkelende opstelling
Primaire-naar-secundaire koppeling
Isolatie tussen wikkelingen
Kruip en speling
Lekkage-inductie
Parasitaire capaciteit
Voor schakelende voedingstransformatoren kan een goed-ontworpen wikkelstructuur helpen de elektrische prestaties, isolatievereisten en thermische prestaties in evenwicht te brengen.
6. Controleer de temperatuurstijging
Temperatuurstijging is een belangrijke praktische parameter die niet over het hoofd mag worden gezien.
Transformatorverliezen houden voornamelijk verband met de magnetische kern en wikkelingen. Als deze verliezen te hoog zijn voor de beschikbare koelomstandigheden, kan de transformatortemperatuur tijdens continu bedrijf excessief stijgen.
Houd bij het selecteren van een transformator rekening met:
Continue bedrijfstijd
Omgevingstemperatuur
Behuizingsvoorwaarden
Natuurlijke of geforceerde koeling
Kern verlies
Koper verlies
Installatie ruimte
Een transformator die goed presteert in laboratoriumomstandigheden kan een ander ontwerp vereisen wanneer deze in een compacte, gesloten voeding wordt geïnstalleerd.
Om deze reden moet de thermische omgeving worden opgenomen in de specificatie voor de ontwikkeling van op maat gemaakte transformatoren.
7. Definieer de isolatie- en isolatievereisten
Voor geïsoleerde schakelende voedingen is elektrische isolatie tussen de primaire en secundaire zijde een kritische ontwerpvereiste.
De benodigde isolatiestructuur is afhankelijk van de toepassing, werkspanning, veiligheidseisen en geldende normen.
De transformatorspecificatie moet mogelijk het volgende definiëren:
Isolatie spanning
Primaire-tot-secundaire isolatie
Isolatie materiaal
Kruipafstand
Opruimingsafstand
Isolatietape of andere isolatiestructuren
Deze vereisten moeten vóór de productie worden vastgesteld, omdat ze rechtstreeks van invloed kunnen zijn op de wikkelopstelling, de spoelkeuze, de afmetingen van de transformator en het productieproces.
8. Houd rekening met de installatieruimte
Elektrische prestaties zijn slechts een deel van de transformatorselectie. De transformator moet ook op de eindvoeding passen.
Voor op PCB-gemonteerde toepassingen zijn mechanische afmetingen en pinconfiguratie bijzonder belangrijk.
Controleer voordat u een transformator selecteert:
Maximale lengte
Maximale breedte
Maximale hoogte
Pin-configuratie
PCB-montagemethode
Vereiste kruip en speling
Beschikbare ruimte rondom de transformator
Dit is vooral belangrijk bij het vervangen van een bestaande transformator. Een onderdeel met vergelijkbare elektrische specificaties kan nog steeds ongeschikt zijn als de mechanische afmetingen of de penopstelling verschillend zijn.
9. Houd rekening met lekinductie en parasitaire parameters
Voor hoogfrequente schakeltoepassingen kan niet worden uitgegaan van het ideale transformatorgedrag.
Lekkage-inductie en parasitaire capaciteit kunnen de schakelgolfvormen, spanningspieken, EMI-prestaties en de algehele efficiëntie van de converter beïnvloeden.
Het belang van deze parameters hangt af van de topologie en schakelomstandigheden.
Voor sommige toepassingen is het minimaliseren van de lekinductie belangrijk voor het verbeteren van de koppeling tussen de primaire en secundaire wikkelingen. In andere ontwerpen kan opzettelijk een gecontroleerde hoeveelheid lekinductie in het magnetische ontwerp worden opgenomen.
Daarom moet de lekinductantie worden beschouwd als onderdeel van het volledige ontwerp van de omvormer, in plaats van onafhankelijk te worden geëvalueerd.
10. Geef volledige informatie bij het bestellen van een aangepaste transformator
Bij OEM- en op maat gemaakte schakelstroomvoorzieningsprojecten leiden onvolledige specificaties vaak tot onnodige ontwerpherzieningen.
Wanneer u contact opneemt met een fabrikant van hoogfrequente transformatoren, is het nuttig om het volgende te verstrekken:
| Parameter | Te verstrekken informatie |
|---|---|
| Sollicitatie | Schakelende voeding / omvormer / lader / industriële apparatuur |
| Ingangsspanning | Minimum / nominaal / maximum |
| Uitgangsspanning | Vereiste uitgangsspanning |
| Uitgangsstroom | Nominale en maximale stroom |
| Stroom | Vereist vermogensbereik |
| Schakelfrequentie | Bedrijfsfrequentie of bereik |
| Topologie | Terugvliegen / vooruit / duwen-trekken / halve-brug / volledige-brug |
| Isolatie | Vereiste isolatiespanning |
| Bedrijfstemperatuur | Omgevings- en verwachte temperatuur |
| Afmetingen | Maximaal beschikbare installatieruimte |
| Montage | PCB / door-gat / anders |
| Hoeveelheid | Prototype / kleine batch / massaproductie |
Hoe vollediger de initiële specificatie, hoe gemakkelijker het voor de transformatorfabrikant is om het magnetische ontwerp, de wikkelingsstructuur, de isolatievereisten en de haalbaarheid van de productie te beoordelen.
Wat is de juiste hoogfrequente transformator voor uw stroomvoorziening?
Er bestaat niet één hoogfrequente transformator die op elke schakelende voeding past.
De juiste selectie hangt af van de relatie tussen vermogen, spanning, frequentie, topologie, magnetische kern, wikkelingsontwerp, isolatie, thermische omstandigheden en mechanische ruimte.
Voor standaardtoepassingen kan een bestaande schakelende voedingstransformator voldoende zijn. Voor OEM-apparatuur, industriële voedingen, laders, omvormers en andere toepassingsspecifieke systemen- kan een op maat gemaakte hoogfrequente transformator worden ontworpen rond de werkelijke elektrische en mechanische vereisten.
De sleutel is om de transformatorfabrikant te voorzien van de volledige bedrijfsomstandigheden, in plaats van een component alleen op basis van spanning of vermogen te selecteren.
Belangrijkste afhaalrestaurants
Let bij het kiezen van een hoogfrequente transformator voor een schakelende voeding vooral op:
- Benodigd vermogen en uitgangsstroom
- Ingangs- en uitgangsspanningsbereik
- Schakelfrequentie
- Convertertopologie
- Materiaal en grootte van de magnetische kern
- Wikkelconfiguratie en draadselectie
- Temperatuurstijging en koelingsomstandigheden
- Isolatie en isolatievereisten
- Lekinductie en parasitaire parameters
- Mechanische afmetingen en montagevereisten
Een goed afgestemde transformator kan ervoor zorgen dat de schakelende voeding de vereiste elektrische prestaties, thermische stabiliteit, isolatie en bedrijfsbetrouwbaarheid op lange termijn- behaalt.