فکر می کنید ترانسفورماتورهای الکترونیکی را می شناسید؟ 5 افسانه ای که حتی مهندسان را هم فریب می دهند

مقدمه

یک شارژر تلفن، یک درایور LED یا یک آداپتور لپ‌تاپ را باز کنید و جایی در داخل یک قطعه کوچک با هسته فریت با دو یا چند سیم پیچ سیم لعابی پیدا خواهید کرد. این ترانسفورماتور الکترونیکی است - قلب مغناطیسی تقریباً هر منبع تغذیه با حالت سوئیچ مدرن (SMPS). اگر ترانسفورماتور "زگیل دیواری" سنگینی که از دهه 1990 به یاد دارید، رودخانه ای آرام است، یک ترانسفورماتور الکترونیکی یک پمپ پرسرعت است: ده ها هزار بار در ثانیه سوئیچ می کند، بنابراین هسته و سیم پیچ ها می توانند کوچک باشند. دو کار آن آشنا هستند: تغییر ولتاژ و در منابع ایزوله، جدا نگه داشتن قسمت خطرناک شبکه برق از سمت خروجی ایمن.

اصل و انواع

فیزیک هنوز قانون القایی فارادی است: یک جریان در حال تغییر در سیم پیچ اولیه، یک میدان مغناطیسی متغیر در هسته فریت ایجاد می کند که ولتاژی را در ثانویه القا می کند. قسمت "الکترونیکی" مدار اطراف آن است. با توجه به AEA یک منبع تغذیه سوئیچینگ چگونه کار می کند؟ راهنما، منبع تغذیه ابتدا برق AC را به یک باس DC با ولتاژ بالا اصلاح می کند. یک ماسفت سپس آن DC را به AC با فرکانس بالا - معمولاً ده‌ها کیلوهرتز و در طرح‌های تشدید، از 1 مگاهرتز بیشتر می‌کند - و ترانسفورماتور را به حرکت در می‌آورد. ثانویه اصلاح شده و دوباره به DC فیلتر می شود.

برای یک مهندس، پارامترهای کلیدی که هر انتخاب طراحی را هدایت می کنند عبارتند از:

• فرکانس سوئیچینگ - فرکانس بالاتر هسته و فیلتر خروجی را کوچک می کند، اما تلفات سوئیچینگ و EMI را افزایش می دهد.

• نسبت چرخش - ولتاژ خروجی را پس از چرخه کار و تلفات تنظیم می کند.

• رتبه بندی جداسازی - مقاومت دی الکتریک بین سیم پیچ ها (معمولاً 2500 VAC یا بالاتر در طرح های تجاری، در هر مرجع جداسازی صنعتی).

• مواد هسته - فریت MnZn برای ~ 20 کیلو هرتز - 3 مگاهرتز. پودر آهن برای فرکانس های پایین تر و جریان بالاتر.

• اندوکتانس نشتی و ظرفیت سیم پیچ - عناصر انگلی که طراحی snubber، EMI و رفتار رزونانسی را تعیین می کنند.

توپولوژی - flyback، front، half-bridge، full-bridge، LLC - واقعاً دستور العملی برای زمان و چگونگی عبور انرژی از شکاف جداسازی است، و این دستور همان چیزی است که ترانسفورماتور را انتخاب می کند.

مثال کاربردی

یک شارژر لپ تاپ 65 واتی را در نظر بگیرید. این معمولاً یک مبدل فلای بک ایزوله است. یک ماسفت باس ~390 ولت DC را سوئیچ می کند. ترانسفورماتور فریت هم ولتاژ را پایین می آورد و هم جداسازی تقویت شده ای را بین شبکه اصلی و خروجی 19 ولت فراهم می کند. یک حلقه بازخورد اپتو کوپلر به تراشه کنترلر می گوید که چرخه کار را تنظیم کند تا خروجی هنگام تغییر بار ثابت بماند. ترانسفورماتور ضروری است - اما تنها یک قطعه از یک سیستم است که شامل مرحله سوئیچینگ، کنترل کننده، اسنابرها و فیلتر خروجی نیز می شود.

باورهای غلط رایج / حقایق جالب

افسانه 1 - "یک منبع تغذیه سوئیچینگ یک ترانسفورماتور است ." خیر. همانطور که LPEMA Electronics اشاره می کند، ترانسفورماتور فقط یک بلوک در داخل منبع تغذیه است. مرحله سوئیچینگ، کنترل کننده و فیلتر خروجی بیشتر کار را انجام می دهند.

افسانه 2 - "ترانسفورماتورها در DC اجرا می شوند." استاتیک DC یک میدان ثابت تولید می کند و هیچ انرژی منتقل نمی کند. "باس DC" داخل یک SMPS قبل از اینکه به سیم پیچ ها برسد به AC با فرکانس بالا خرد می شود.

افسانه 3 - "بزرگتر به معنای بهتر است." در فرکانس بالاتر، هسته می تواند به طور چشمگیری کوچک شود. چند گرم فریت جایگزین کیلوگرم فولاد سیلیکونی با فرکانس 50 هرتز می شود - AEA بازده SMPS را تقریباً 70 تا 95 درصد در مقایسه با حدود 20 تا 60 درصد برای منابع خطی قدیمی با توان مشابه ذکر می کند.

افسانه 4 - "ترانسفورماتور ایزوله خروجی را بی ضرر می کند." جداسازی مسیر رسانا بین اولیه و ثانویه را می شکند، اما ثانویه همچنان می تواند ولتاژ خطرناکی را حمل کند. همیشه به ولتاژ کاری نامی و خزش/ترخیص احترام بگذارید.

واقعیت جالب - جادوی مگاهرتز. برخی از طرح‌های رزونانس LLC بالای 1 مگاهرتز سوئیچ می‌کنند، بنابراین یک ترانسفورماتور کوچکتر از یک سکه می‌تواند 300 وات را به یک سرور یا برد مخابراتی برساند. "زگیل دیواره" نه تنها کوچک شده است بلکه خود را دوباره اختراع کرده است.