La conception d'un circuit d'alimentation efficace n'est pas moins un défi. Ceux qui ont déjà travaillé avec des circuits SMPS conviendraient facilement que la conception du transformateur flyback joue un rôle essentiel dans la conception d'un circuit d'alimentation efficace. La plupart du temps, ces transformateurs ne sont pas disponibles dans le commerce avec exactement le même paramètre qui convient à notre conception. Donc, dans ce tutoriel de conception de transformateurnous apprendrons à construire notre propre transformateur comme l'exige la conception de notre circuit. Notez que ce tutoriel ne couvre que la théorie à l'aide de laquelle plus tard dans un autre tutoriel, nous construirons un circuit SMPS 5V 2A avec un transformateur fait à la main, comme indiqué dans l'image ci-dessus pour une exposition pratique. Si vous êtes complètement nouveau dans le domaine de Transformer, veuillez lire l'article Bases de Transformer pour mieux comprendre la procédure.
Pièces dans un transformateur SMPS
Une conception de transformateur SMPS comporte différentes parties de transformateur qui sont directement responsables des performances du transformateur. Les pièces présentes dans un transformateur sont expliquées ci-dessous, nous apprendrons l'importance de chaque pièce et comment elle doit être sélectionnée pour la conception de votre transformateur. Ces pièces sont également valables dans la plupart des cas pour d'autres types de transformateurs.
Coeur
SMPS signifie bloc d'alimentation à découpage. Les propriétés d'un transformateur SMPS dépendent fortement de la fréquence à laquelle ils fonctionnent. La fréquence de commutation élevée ouvre la possibilité de choisir des transformateurs SMPS plus petits, ces transformateurs SMPS haute fréquence utilisent des noyaux de ferrite.
La conception du noyau du transformateur est la chose la plus importante dans une construction de transformateur SMPS. Un noyau a un type différent de A L (coefficient d'inductance de noyau non espacé) en fonction du matériau du noyau, de la taille du noyau et du type de noyau. Populaire type de matériau de base sont N67, N87, N27, N26, PC47, PC95, etc. En outre, le fabricant de noyaux de ferrite fournit des paramètres détaillés dans la fiche technique, ce qui sera utile tout en sélectionnant le noyau pour votre transformateur
Par exemple, voici une fiche technique du noyau populaire EE25.
L'image ci-dessus est une fiche technique du noyau EE25 du matériau PC47 d'un fabricant de noyau très populaire TDK. Chaque bit d'information sera nécessaire pour la construction du transformateur. Cependant, les noyaux ont une relation directe avec la puissance de sortie, donc pour différentes puissances de SMPS, différentes formes et tailles de noyaux sont nécessaires.
Voici la liste des noyaux en fonction de la puissance. La liste est basée sur une construction 0-100W. La source de la liste est tirée de la documentation Power Integration. Ce tableau sera utile pour sélectionner le bon noyau pour la conception de votre transformateur en fonction de sa puissance nominale.
| Puissance de sortie maximale | Noyaux en ferrite pour la construction TIW | Noyaux en ferrite pour la construction de la plaie de marge |
| 0 à 10 W |
EPC17, EFD15, EE16, EI16, EF15, E187, EE19, EI19 |
EEL16, EF20, EEL19, EPC25, EFD25 |
| 10 à 20 W |
EE19, EI19, EPC19, EF20, EFD20, EE22, EI22 |
EEL19, EPC25, EFD25, EF25 |
| 20 à 30 W | EPC25, EFD25, E24 / 25, EI25, EF25, EI28 |
EPC30, EFD30, EF30, EI30, ETD29, EER28 |
| 30 à 50 W |
EI28, EF30, EI30, ETD29, EER28 |
EI30, ETD29, EER28,
EER28L, EER35 |
| 50 à 70 W |
EER28L, ETD34, EI35, EER35 |
EER28L, ETD34, EER35, ETD39 |
| 70 à 100 W |
EPC30, EFD30, EF30, EI30, ETD29, EER28 |
EER35, ETD39, EER40, E21 |
Ici, le terme TIW signifie Construction à triple fil isolé. Les noyaux E sont les plus populaires et sont largement utilisés dans les transformateurs SMPS. Cependant, les noyaux E ont plusieurs cas, tels que EE, EI, EFD, ER, etc. Ils ressemblent tous à la lettre «E», mais la partie centrale est différente pour chaque substance. Les types courants de noyaux E sont illustrés ci-dessous à l'aide d'images.
EE Core
EI Core
ER Core
EFD Core
Bobine
Une bobine est le logement des noyaux et des enroulements. Une bobine a une largeur effective qui est essentielle pour calculer les diamètres des fils et la construction du transformateur. Non seulement cela, une bobine d'un transformateur a également une marque en pointillé qui fournit les informations des enroulements primaires. La bobine de transformateur EE16 couramment utilisée est illustrée ci-dessous
Enroulement primaire
L' enroulement du transformateur SMPS aura un enroulement primaire et un minimum d'un enroulement secondaire, en fonction de la conception, il pourrait avoir plus d'enroulement secondaire ou un enroulement auxiliaire. L'enroulement primaire est le premier et le plus interne des enroulements d'un transformateur. Il est directement connecté au côté primaire d'un SMPS. Habituellement, le nombre d'enroulements du côté primaire est supérieur à celui des autres enroulements du transformateur. Trouver l'enroulement primaire dans un transformateur est facile; il suffit de vérifier le côté point du transformateur pour l'enroulement primaire. Il est généralement situé du côté haute tension du mosfet.
Dans un schéma SMPS, vous pouvez remarquer le courant continu haute tension du condensateur haute tension connecté au côté primaire du transformateur et l'autre extrémité est connectée au pilote d'alimentation (broche de drain du mosfet interne) ou à une broche de drain du MOSFET haute tension séparée.
Enroulement secondaire
L'enroulement secondaire convertit la tension ainsi que le courant du côté primaire à la valeur requise. La découverte de la sortie secondaire est un peu complexe car dans certaines conceptions SMPS, le transformateur a généralement plusieurs sorties secondaires. Cependant, le côté sortie ou côté basse tension d'un circuit SMPS est généralement connecté à l'enroulement secondaire. Un côté de l'enroulement secondaire est le DC, GND et l'autre côté est connecté à travers la diode de sortie.
Comme indiqué, un transformateur SMPS peut avoir plusieurs sorties. Par conséquent, un transformateur SMPS peut également avoir plusieurs enroulements secondaires.
Enroulements auxiliaires
Il existe différents types de conception SMPS où le circuit de pilotage a besoin d'une source de tension supplémentaire pour alimenter le circuit intégré de pilotage. L'enroulement auxiliaire est utilisé pour fournir cette tension supplémentaire au circuit d'attaque. Par exemple, si votre circuit intégré de pilote fonctionne sur 12 V, le transformateur SMPS aura un enroulement de sortie auxiliaire qui peut être utilisé pour alimenter ce circuit intégré.
Ruban isolant
Les transformateurs n'ont pas de connexion électrique entre les différents enroulements. Par conséquent, avant d'enrouler différents enroulements, des bandes isolantes doivent être enroulées autour des enroulements pour la séparation. Les rubans barrières typiques en polyester sont utilisés avec différentes largeurs pour différents types de bobines. Les épaisseurs des bandes doivent être de 1 à 2 mil pour fournir une isolation.
Étapes de conception du transformateur:
Maintenant que nous connaissons les éléments de base d'un transformateur, nous pouvons suivre les étapes ci-dessous pour concevoir notre propre transformateur
Étape 1 : Trouvez le bon noyau pour la sortie souhaitée. Choisissez les bons cœurs répertoriés dans la section ci-dessus.
Étape 2 : Recherche des virages primaire et secondaire.
Les spires primaires et secondaires sont interconnectées et dépendent d'autres paramètres. La formule de conception du transformateur pour calculer les spires primaire et secondaire est:
Où,
N p est les tours primaires, N s est les spires secondaires, Vmin est la tension d'entrée minimale, Vds est la tension drain-source du Power Mosfet, Vo est la tension de sortie
Vd est la chute de tension directe des diodes de sortie
Et Dmax est le cycle de service maximal.
Par conséquent, les spires primaires et secondaires sont interconnectées et ont un rapport de spires. À partir du calcul ci-dessus, le rapport peut être réglé et ainsi en sélectionnant les tours secondaires, on peut trouver les tours primaires. La bonne pratique consiste à utiliser 1 tour par tension de sortie de l'enroulement secondaire.
Étape 3: La prochaine étape consiste à découvrir l'inductance primaire des transformateurs. Cela peut être calculé par la formule ci-dessous,
Où, P 0 est la puissance de sortie, z est le facteur de répartition des pertes, n est l'efficacité, f s est la fréquence de découpage, I p est le courant primaire de crête, K RP est le rapport courant d'ondulation sur pic.
Étape 4: La prochaine étape consiste à déterminer l'inductance effective du noyau espacé souhaité.
L'image ci-dessus montre ce qu'est le noyau espacé. L'écart est une technique pour réduire la valeur de l'inductance primaire des noyaux à une valeur souhaitée. Les fabricants de noyau fournissent un noyau branché pour la cote A LG souhaitée. Si la valeur n'est pas disponible, on peut ajouter des entretoises entre les noyaux ou la broyer pour obtenir la valeur souhaitée.
Étape 5: L'étape suivante consiste à connaître le diamètre des fils primaires et secondaires. Le diamètre des fils primaires en millimètres est
Où, BW E est la largeur effective de la canette et N p est le nombre de tours primaires.
Le diamètre des fils secondaires en millimètres est-
BW E est la largeur effective de la bobine, N S est le nombre de tours secondaires et M est la marge des deux côtés. Les fils doivent être convertis au standard AWG ou SWG.
Pour le conducteur secondaire, une taille supérieure à 26 AWG n'est pas autorisée en raison de l'augmentation de l' effet de peau. Dans ce cas, des fils parallèles peuvent être construits. Dans un enroulement de fil parallèle, cela signifie que lorsque plus de deux fils doivent être enroulés pour le côté secondaire, le diamètre de chaque fil peut représenter la valeur réelle d'un fil unique pour un enroulement plus facile sur le côté secondaire du transformateur. C'est pourquoi vous trouvez certains transformateurs ayant deux fils sur une seule bobine.
Il s'agit de concevoir le transformateur SMPS. En raison de la complexité critique liée à la conception, les logiciels de conception SMPS tels que PI Expert pour l'intégration de puissance ou Viper de ST fournissent des outils et excelle pour changer et configurer le transformateur SMPS selon les besoins. Pour obtenir une exposition plus pratique, vous pouvez consulter ce didacticiel de conception SMPS 5V 2A où nous avons utilisé PI Expert pour construire notre propre transformateur en utilisant les points discutés jusqu'à présent.
J'espère que vous avez compris le didacticiel et que vous avez aimé apprendre quelque chose de nouveau, si vous avez des questions, n'hésitez pas à les laisser dans la section des commentaires ou à les publier dans les forums pour une réponse plus rapide.