231 232 233 234 235 236 237 238 500

Раздел 16 Импульсные источники питания

Сетевой источник питания для компьютера

Расчёт трансформатора

Для максимального рассеивания тепла следует выбрать Ш-образный сердечник. В таблице 4 из документации фирмы Magnetics приведены типоразмеры сердечников, соответствующие различным частотам и уровням мощности. Для частоты 100 кГц и уровня мощности свыше 200 Вт рекомендуется сердечник ЕС41.

Далее рассчитываем требуемое соотношение числа витков трансформатора. Этот расчёт накладывает ограничения на работу преобразователя DC/DC вследствие широкого диапазона входного напряжения. Чтобы обеспечить как можно более широкий диапазон режимов работы, нам необходимо спроектировать систему, использующую полный диапазон ширины импульсов. Это значит, что мы установим ширину импульсов в 50% при входном напряжении 100 В. Система потеряет управление, как только мы достигнем наименьшего напряжения во время перебоя в питании.

Напряжение на дросселе в прямоходовом преобразователе при коэффициенте заполнения 50% равно выходному напряжению. Вспомогательный источник питания будет выдавать максимальный ток 20 мА. Напряжение на обмотке трансформатора будет вдвое больше выходного напряжения. Необходимо также сформировать дополнительное напряжение, которое требуется для компенсации падения напряжения на выпрямителе. Напряжение вспомогательной обмотки трансформатора должно составлять 20.3 В учётом 0.3 В падения напряжения на диоде). Отсюда соотношение числа витков равно 100 / 20.3 = 4.93. Падение напряжения на диоде Шотки при токе 18 А составляет приблизительно 0.7 В. Значит, для обмотки источника 5 В при наименьшем входном напряжении требуется напряжение 10.7 В. Для источника +12 В потребуется минимальное напряжение 25.2 В, так как здесь вместо диода Шотки необходимо использовать ультрабыстрый диод. В источнике 3.3 В потребуется напряжение на вторичной обмотке 7.1 В. Таким образом, соотношение числа витков для источника 5 В равно 100 / 10.7 = 9.35, для источника 12 В равно 100 / 25.2 = 3.97, а для источника 3.3 В равно 100 / 7.1 = 14.1.

Начнём наш расчёт, выбрав для первичной обмотки 20 витков. Нам нужно убедиться, что при наибольшем входном напряжении магнитная индукция такова, что сердечник не будет перегреваться:

B = E / (4 x A x N x F х 10-8),   (11.21)

где Е — среднеквадратическое напряжение; А — площадь поверхности сердечника в см2 (из справочных данных); N — число витков в первичной обмотке; F — частота в Гц.

Для нашего сердечника:

В = 195 / (4 х 1.24 х 20 х 105 х 10-8) = 1965 Гс.

Приемлемые потери при индукции 2000 Гс и частоте 100 кГц даёт сердечник из материала Type R фирмы Magnetics. По графику для этого материала видим, что потери в сердечнике равны 400 мВт/см3.

PLOSS = 400×10.9 = 4.36 Вт.

Это довольно большая потеря мощности, и из-за неё скорее всего сильно возрастёт внутренняя температура. Удвоив число витков, мы снизим магнитную индукцию до 982 Гс, а потери в сердечнике — до 70 мВт/см3. Это позволит также улучшить соответствие между различными источниками благодаря более точному соотношению витков. Потеря мощности в сердечнике снизится до 763 мВт.

Теперь можно определить число витков в обмотках:

Первичная обмотка — 40 витков;
Сбрасывающая обмотка — 40 витков;
Вспомогательная обмотка — 8 витков;
Обмотка 3.3 В — 3 витка;
Обмотка 5 В — 4 витка;
Обмотка 12 В — 10 витков.

Ток в первичной обмотке равен 2.8 А, поэтому для первичной и сбрасывающей обмоток используем провод № 16. Бобина для сердечника ЕС41 имеет длину намотки 2.44 см, поэтому мы будем иметь на одном слое 18 витков. Первичная и сбрасывающая обмотки включены в противофазе, поэтому можно намотать их одной 80-витковой обмоткой с отводом от середины. Для этого понадобится пять слоев с большим пространством, остающимся на пятом слое. На этом пространстве можно намотать вспомогательную обмотку, используя провод подходящего диаметра. Для заполнения свободного пространства на пятом слое, с учётом безопасного интервала между обмотками, подойдёт провод № 22.

Сильноточные обмотки для источников 3.3, 5.0 и 12.0 В должны быть намотаны медной полоской шириной 2 см и толщиной 20 мил (0.508 мм). Для обмотки -12 В подойдёт провод № 22.

Следующий шаг — собрать опытный образец и протестировать его в лабораторных условиях!

231 232 233 234 235 236 237 238 500