ترانسفورماتورهای الکترونیکی چگونه کار می کنند: قلب فرکانس بالا شارژر شما

مقدمه

آن شارژر کوچک و سبک وزن تلفن در دست شما یک ترفند قابل توجه را انجام می دهد: با خیال راحت برق خطرناک 220 ولت و ابزار ظریف 5 ولت شما را پل می کند. در هسته آن یک ترانسفورماتور الکترونیکی قرار دارد - نه بلوک آهنی سنگین از یک رادیو قدیمی، بلکه یک قطعه کوچک فرکانس بالا. به گفته Hyper-Elec، منابع تغذیه با حالت سوئیچینگ مدرن (SMPS) "به طور جهانی از ترانسفورماتورهای الکترونیکی استفاده می کنند" زیرا تقاضا برای توان فشرده و کارآمد را برآورده می کنند.

اگر در این کار تازه کار هستید، یک ترانسفورماتور را به عنوان یک پیک انرژی بی سیم تصور کنید. دو سیم پیچ یک هسته مغناطیسی مشترک دارند اما هرگز با هم تماس ندارند. انرژی وارد یک سیم پیچ می شود، به میدان مغناطیسی تبدیل می شود، از هسته عبور می کند و دوباره به صورت برق در سیم پیچ دیگر ظاهر می شود. از آنجایی که هیچ تماس فلزی وجود ندارد، خروجی را می توان به صورت الکتریکی از ورودی جدا کرد - یک ویژگی ایمنی که هر زمان که گوشی را در نزدیکی سینک شارژ می کنید به آن تکیه می کنید.

اصل و نوع

فیزیک قانون القای الکترومغناطیسی فارادی است. هنگامی که یک ولتاژ متناوب سیم پیچ اولیه را به حرکت در می آورد، یک شار مغناطیسی متغیر در هسته ایجاد می کند. که شار ولتاژی را در سیم پیچ ثانویه القا می کند . نسبت ولتاژ از نسبت چرخش پیروی می کند: Vp / Vs ≈ Np / Ns .

چه چیزی آن را الکترونیکی می کند تا سنتی؟ فرکانس و مواد اصلی. ترانسفورماتورهای سنتی با فرکانس 50/60 هرتز بر روی هسته های فولادی سیلیکونی چند لایه کار می کنند. ترانسفورماتورهای الکترونیکی با سرعت ده‌ها کیلوهرتز تا چندین مگاهرتز کار می‌کنند و از یک هسته فریت استفاده می‌کنند - سرامیکی از اکسید آهن مخلوط با منگنز یا نیکل. چرا فریت؟ همانطور که راهنمای مهندسی up-elec توضیح می‌دهد، ساختار دانه‌های سرامیکی فریت ذاتاً عایق است، بنابراین جریان‌های گردابی (گرداب‌های تلف‌کننده جریان در داخل هسته) نمی‌توانند تشکیل شوند. تلفات جریان گردابی با مربع فرکانس مقیاس می شود، دقیقاً به همین دلیل است که فولاد از کار می افتد و فریت در فرکانس بالا برنده می شود.

برای مهندس: حداکثر چگالی شار (Bmax) را در 60 تا 80 درصد مقدار اشباع ماده نگه دارید، و اندوکتانس نشتی ، DCR و ظرفیت انگلی را تماشا کنید - در صدها کیلوهرتز، اینها، نه مدل ایده آل، بر رفتار واقعی غالب هستند.

مثال کاربردی

یک شارژر USB-C بردارید. AC اصلی ابتدا به DC یکسو می شود. یک ماسفت سپس آن DC را به AC با فرکانس بالا (اغلب 100 کیلوهرتز تا 500 کیلوهرتز) خرد می کند . این ترانسفورماتور فریت را به حرکت در می آورد که ولتاژ را پایین می آورد. ثانویه اصلاح و فیلتر می شود تا DC دستگاه شما تمیز شود. از آنجایی که ترانسفورماتور فقط در فرکانس بالا به طور موثر کار می کند، هسته آن می تواند کسری از اندازه باشد - Hyper-Elec خاطرنشان می کند که وزن تقریباً به 1/3 تا 1/5 واحد معادل 50 هرتز کاهش می یابد، در حالی که راندمان به 85-98.5٪ می رسد.

تصور غلط و واقعیت سرگرم کننده

تصور اشتباه: "ترانسفورماتورها فقط روی AC کار می کنند، بنابراین در مدارهای DC بی فایده هستند." نه کاملا. یک ترانسفورماتور نیاز به تغییر شار دارد (قانون فارادی)، اما در یک ترانسفورماتور الکترونیکی مدار اطراف آن تغییر را تامین می کند. ورودی از قبل DC است. یک سوئیچ نیمه هادی AC فرکانس بالا مورد نیاز هسته را تولید می کند، سپس خروجی دوباره به DC اصلاح می شود. خود ترانسفورماتور هرگز DC ثابت را نمی بیند.

واقعیت جالب: این کاهش اندازه بازاریابی نیست - فیزیک است. انرژی رد و بدل شده در ثانیه با فرکانس مقیاس می شود، بنابراین دویدن سریعتر به شما امکان می دهد همان قدرت را از طریق هسته بسیار کوچکتری منتقل کنید. به همین دلیل است که آداپتور لپ تاپ 65 واتی شما در یک جیب جا می شود در حالی که وزنی معادل 1960 کیلوگرم است.