thiết kế biến áp xung

[heront]

có một vấn đề mà em cần các bác giúp đỡ.
hiện tại em đang một biến áp xung cho mạch nguồn xung của em, nhưng em lại chưa bao giờ được học tính toán bài bản cả. mong các bác có thể giúp đỡ em tính toán cái vụ này với nhé.
mạch nguồn xung của em có các thông số kĩ thuật:
điện áp đầu vào: xoay chiều, min = 85V, max = 265V ( đúng chất Việt)
tần số là 50Hz
điện áp đầu ra: 12V
dòng đầu ra là 6A
điện áp cuộn nuôi là 9V, dòng nhỏ thôi cỡ 10mA
tần số xung: min = 40KHz, max khoảng 130KHz nhưng các bác cứ lấy trung bình là 100KHz
bây giờ em cần:
loại lõi ferrit để làm
số vòng dây của cuộn sơ cấp, thứ cấp, cuộn nuôi.
chân quấn các cuộn cho hợp lí với mạch Flyback

mong các bác giúp đỡ em với.
cảm ơn các bác nhiều

[nguyendinhvan]

có một vấn đề mà em cần các bác giúp đỡ.
hiện tại em đang một biến áp xung cho mạch nguồn xung của em, nhưng em lại chưa bao giờ được học tính toán bài bản cả. mong các bác có thể giúp đỡ em tính toán cái vụ này với nhé.
mạch nguồn xung của em có các thông số kĩ thuật:
điện áp đầu vào: xoay chiều, min = 85V, max = 265V ( đúng chất Việt)
tần số là 50Hz
điện áp đầu ra: 12V
dòng đầu ra là 6A
điện áp cuộn nuôi là 9V, dòng nhỏ thôi cỡ 10mA
tần số xung: min = 40KHz, max khoảng 130KHz nhưng các bác cứ lấy trung bình là 100KHz
bây giờ em cần:
loại lõi ferrit để làm
số vòng dây của cuộn sơ cấp, thứ cấp, cuộn nuôi.
chân quấn các cuộn cho hợp lí với mạch Flyback

mong các bác giúp đỡ em với.
cảm ơn các bác nhiều

Cái này đọc giống như bài thi kiểm tra tay nghề của giám đốc với các nhân viên công ty

[heront]

Cái này đọc giống như bài thi kiểm tra tay nghề của giám đốc với các nhân viên công ty

oh, vậy ah bác Văn. vậy bác giúp đỡ em nhé. em gà cái này lắm.
cảm ơn bác nhiều

[E_POWER]

biến áp kiểu này thường có 4 cuộn, 1 cuộn sơ, 3 cuộn thứ, mình tạm gọi như thế, 3 cuộn thứ này sẽ chia ra thành những kiểu thế này: 1 cuộn sẽ nằm phần sơ, sơ này sẽ phản hồi, hoặc để là nguồn nuôi cho bên sơ , 2 cuộn còn lại sẽ về bên thứ, 1 cuộn thứ chính, sẽ cho nguồn 12V, 1 cuộn sẽ dùng để nuôi bên thứ, chi tiết hơn mấy cái này bạn xem thêm data ic dòng uc38xx.
lõi etd34 là cuốn được rồi. Thông số thế này: PR1 :63v, sec1:13v, sec2: 5 vòng, aux: 7 vòng, sec 1 tính toán dây thế nào cho 6 a là được. Pr1 cũng vậy, còn sec 2 và aux thì dây nhỏ thôi, mấy cái này chỉ chạy khoảng 40-70khz thôi. vài lời giúp bác như thế.

[heront]

biến áp kiểu này thường có 4 cuộn, 1 cuộn sơ, 3 cuộn thứ, mình tạm gọi như thế, 3 cuộn thứ này sẽ chia ra thành những kiểu thế này: 1 cuộn sẽ nằm phần sơ, sơ này sẽ phản hồi, hoặc để là nguồn nuôi cho bên sơ , 2 cuộn còn lại sẽ về bên thứ, 1 cuộn thứ chính, sẽ cho nguồn 12V, 1 cuộn sẽ dùng để nuôi bên thứ, chi tiết hơn mấy cái này bạn xem thêm data ic dòng uc38xx.
lõi etd34 là cuốn được rồi. Thông số thế này: PR1 :63v, sec1:13v, sec2: 5 vòng, aux: 7 vòng, sec 1 tính toán dây thế nào cho 6 a là được. Pr1 cũng vậy, còn sec 2 và aux thì dây nhỏ thôi, mấy cái này chỉ chạy khoảng 40-70khz thôi. vài lời giúp bác như thế.

oh, cảm ơn bác rất nhiều.

[DTTH]

có một vấn đề mà em cần các bác giúp đỡ.
hiện tại em đang một biến áp xung cho mạch nguồn xung của em, nhưng em lại chưa bao giờ được học tính toán bài bản cả. mong các bác có thể giúp đỡ em tính toán cái vụ này với nhé.
mạch nguồn xung của em có các thông số kĩ thuật:
điện áp đầu vào: xoay chiều, min = 85V, max = 265V ( đúng chất Việt)
tần số là 50Hz
điện áp đầu ra: 12V
dòng đầu ra là 6A
điện áp cuộn nuôi là 9V, dòng nhỏ thôi cỡ 10mA
tần số xung: min = 40KHz, max khoảng 130KHz nhưng các bác cứ lấy trung bình là 100KHz
bây giờ em cần:
loại lõi ferrit để làm
số vòng dây của cuộn sơ cấp, thứ cấp, cuộn nuôi.
chân quấn các cuộn cho hợp lí với mạch Flyback

mong các bác giúp đỡ em với.
cảm ơn các bác nhiều

Mình có nhận định là bạn cần tính toán trong điều kiện nghiệp dư ?

Có vài ý kiến mong giúp được bạn chút ít, những tính toán dưới đây không phải lý thuyết xuông, nó đã được mình sử dụng trong các bộ nguồn flyback thực tế :

• Dải điện áp vào : 85VAC – 250VAC 50/60Hz
• Điện áp đầu ra : +12V/6A
• Điện áp gợn sóng Vripple = 50mVpp
• Hiệu suất n=75%
• Tần số hoạt động f=50KHz

Tính toán các thông số điện:

• Tổng công suất đầu ra :

Po = 12*6=72W

• Công suất cung cấp đầu vào với hiệu suất 75% :

Pin=Po/n = 72/0.75 = 96W

• Điện áp DC đầu vào sau chỉnh lưu :

Vmin = 85*sqrt(2) = 120VDC
Vmax = 250*sqrt(2) = 353VDC

• Dòng điện trung bình lớn nhất đầu vào :

Iavmax=Pin / Vmin = 96/120 = 0.8A

• Dòng điện đỉnh trên khóa bán dẫn :

Ipk=5.5*Po/Vmin = 5.5*72/120=3.3A

Yêu cầu về vật liệu từ và biến áp :

Vật liệu từ muốn sử dụng trong ứng dụng từ thông đơn cực như flyback cần có đặc tính :

• Hệ số từ thẩm µ nhỏ, thường chọn µ = 60-500
• Ngưỡng cảm ứng từ bão hòa cao, Bsat=8000-15000 Gauss (1.5T)
• Tổn hao lõi thấp

Một số giải pháp sử dụng vật liệu từ :

• Sử dụng vật liệu Ferrite thường, yêu cầu phải có khe hở không khí để tránh bão hòa lõi sớm, khoảng cách khe hở không khí phải được tính toán chính xác dựa trên mối tương quan giữa dòng xung đỉnh, tiết diện lõi (Ac), cảm ứng từ cực đại (Bmax) và điện cảm sơ cấp (Lpri). Cần phải dùng lõi ferrite có sẵn khe hở không khí nếu không sẽ khó làm trong điều kiện nghiệp dư.

• Sử dụng vật liệu từ dạng lõi bột (Powder core), vật liệu này được chế tạo dưới dạng các hạt tinh thể được cách ly với nhau, hay được hiểu cách khác là khe hở được phân bố đều trong lõi, không cần tạo khe hở tại một vị trí cố định như ferrite. Chính vì cách chế tạo như vậy nên nó có hệ số từ thẩm µ thấp và tổn hao dòng xoáy nhỏ.

Vì không có nhiều cách lựa chọn, nên bạn có thể dùng lõi cỡ EC42 hiện có bán rất nhiều ở HN, chú ý là phải có khe hở ~5mm ở trụ giữa của lõi



Tính toán điện cảm sơ cấp:

Lpri = (Vin-min * Dmax)/(Ipk * f) = (120 * 0.45) / (3.3*50000) = 327 (uH)

Dmax là duty lớn nhất khi mạch flyback hoạt động ở chế độ gián đoạn, ta chọn Dmax=0.45

Đối với mỗi lõi từ, có một thông số mà ta gọi là hệ số điện cảm, ký hiệu AL , đơn vị nH/T2 (nH chia số vòng bình phương).

Giá trị này được cung cấp rõ ràng trong Datasheet nếu ta dùng hàng chuẩn chính hãng, và từ đó việc tính toán không khó khăn gì.

Lõi EC42 của chúng ta đã được tôi xác định bằng thực nghiệm là AL=145 (nH/T2), để đo được AL hoặc điện cảm ta cần một LCR meter, đây là yêu cầu bắt buộc với người làm ĐTCS.

Công thức tổng quát để tính số vòng cuộn sơ cấp như sau:

Npri = sqrt(Lpri / AL)

Lpri : là điện cảm sơ cấp đã tính ở trên, quy sang đơn vị nH
AL : Hệ số điện cảm nH/T2

Do vậy:

Npri = sqrt(327*1000/145) ~=48 (vòng)

Số vòng sơ cấp đã có, vậy dòng điện thì sao ?

Ở trên đã tính ra dòng đỉnh Ipk = 3.3A, tuy nhiên để tính cỡ dây đồng thì ta phải tính dòng hiệu dụng RMS.

Dạng sóng của dòng điện sơ cấp là xung răng cưa, do vậy giá trị hiệu dụng bằng :

Ipri-rms = Ipk * sqrt(Dmax) / sqrt(3) = 3.3*sqrt(0.45)/sqrt(3) = 1.28 (A)

(Còn tiếp)

[DTTH]

(Tiếp theo)

Ở tần số cao ta không thể bỏ qua hiệu ứng bề mặt, tức là dòng điện chỉ chạy trên bề mặt của dây dẫn với một độ sâu nhất định.

Công thức tính độ sâu bề mặt như sau:

e = 66.2 / sqrt(f) = 66.2 / sqrt (50000) = 0.295 (mm)

Khi sử dụng dây dẫn tròn đường kính dây không được vượt quá 2*e = 0.592 mm

Như vậy đối với cuộn sơ cấp ở 50kHz ta không dùng dây đồng có đường kính vượt quá 0.6mm

Khuyến cáo dùng nhiều sợi dây bện cho cuộn sơ cấp để khi quấn còn tách sợi và xen lớp với các cuộn khác, mục đích là giảm nhỏ điện cảm rò trên các cuộn.

Ta dùng dây đồng đường kính 0.4mm cho cuộn sơ cấp, dây này có tiết diện là S=0.125 (mm2), lấy mật độ dẫn dòng trên dây đồng bằng J=5A/mm2

Mỗi sợi dây 0.4mm dẫn được S*J = 0.125*5 = 0.625 (A).

Dòng điện sơ cấp hiệu dụng tính ở trên là 1.28A, như vậy ta cần 2 sợi dây 0.4mm cho cuộn sơ cấp.

Nếu qua thực nghiệm ta thấy cửa sổ quấn dây còn thừa thì có thể nâng số sợi lên để giảm tổn hao dẫn.

Tôi đề nghị cuộn sơ cấp dùng 4 sợi dây 0.4mm quấn 48 vòng.

Số vòng cuộn thứ cấp :

Ns = [ Npri * (Vo+Vd)*(1-Dmax) ] / (Vin-min * Dmax) = 48* (12+0.95)(1-0.45)/(120*0.45) = 6.3 (T) , lấy tròn thành 6 vòng

Ở đây Vd là điện áp rơi thuận cực đại của diode chỉnh lưu thứ cấp , tôi dùng loại có Vd = 0.95V, các bạn dùng loại nào thì thay đổi lại sau đó làm tròn theo quy tắc thông thường.

Do dòng thứ cấp yêu cầu là 6A nên để đơn giản hóa, ta có thể dùng nhiều hơn 10 sợi dây 0.4mm tương tự như tính toán ở trên.

Số vòng cuộn phụ AUX ta có thể quấn 5 vòng, hoặc điều chỉnh qua thực nghiệm, chiều quấn của sơ cấp và hai cuộn thứ cấp là ngược chiều nhau về mặt điện.

Trên đây chỉ là một vài tính toán rất cơ bản về flyback transformer, thực tế đây cũng không phải cách tính duy nhất, còn rất nhiều kiểu khác nhau.

Tính toán cũng chỉ nhằm mục đích đưa kết quả về gần yêu cầu nhất chứ không bao giờ có chuyện tuyệt đối đúng và để một mạch flyback chạy ổn định còn nhiều yếu tố khác liên quan đến MOSFET, Diode, mạch Feedback, Snubber...

Nếu các bạn còn hứng thú sau khi nhìn mớ công thức trên thì ta sẽ tiếp tục.

Chúc thành công!

[heront]

(Tiếp theo)

Ở tần số cao ta không thể bỏ qua hiệu ứng bề mặt, tức là dòng điện chỉ chạy trên bề mặt của dây dẫn với một độ sâu nhất định.

Công thức tính độ sâu bề mặt như sau:

e = 66.2 / sqrt(f) = 66.2 / sqrt (50000) = 0.295 (mm)

Khi sử dụng dây dẫn tròn đường kính dây không được vượt quá 2*e = 0.592 mm

Như vậy đối với cuộn sơ cấp ở 50kHz ta không dùng dây đồng có đường kính vượt quá 0.6mm

Khuyến cáo dùng nhiều sợi dây bện cho cuộn sơ cấp để khi quấn còn tách sợi và xen lớp với các cuộn khác, mục đích là giảm nhỏ điện cảm rò trên các cuộn.

Ta dùng dây đồng đường kính 0.4mm cho cuộn sơ cấp, dây này có tiết diện là S=0.125 (mm2), lấy mật độ dẫn dòng trên dây đồng bằng J=5A/mm2

Mỗi sợi dây 0.4mm dẫn được S*J = 0.125*5 = 0.625 (A).

Dòng điện sơ cấp hiệu dụng tính ở trên là 1.28A, như vậy ta cần 2 sợi dây 0.4mm cho cuộn sơ cấp.

Nếu qua thực nghiệm ta thấy cửa sổ quấn dây còn thừa thì có thể nâng số sợi lên để giảm tổn hao dẫn.

Tôi đề nghị cuộn sơ cấp dùng 4 sợi dây 0.4mm quấn 48 vòng.

Số vòng cuộn thứ cấp :

Ns = [ Npri * (Vo+Vd)*(1-Dmax) ] / (Vin-min * Dmax) = 48* (12+0.95)(1-0.45)/(120*0.45) = 6.3 (T) , lấy tròn thành 6 vòng

Ở đây Vd là điện áp rơi thuận cực đại của diode chỉnh lưu thứ cấp , tôi dùng loại có Vd = 0.95V, các bạn dùng loại nào thì thay đổi lại sau đó làm tròn theo quy tắc thông thường.

Do dòng thứ cấp yêu cầu là 6A nên để đơn giản hóa, ta có thể dùng nhiều hơn 10 sợi dây 0.4mm tương tự như tính toán ở trên.

Số vòng cuộn phụ AUX ta có thể quấn 5 vòng, hoặc điều chỉnh qua thực nghiệm, chiều quấn của sơ cấp và hai cuộn thứ cấp là ngược chiều nhau về mặt điện.

Trên đây chỉ là một vài tính toán rất cơ bản về flyback transformer, thực tế đây cũng không phải cách tính duy nhất, còn rất nhiều kiểu khác nhau.

Tính toán cũng chỉ nhằm mục đích đưa kết quả về gần yêu cầu nhất chứ không bao giờ có chuyện tuyệt đối đúng và để một mạch flyback chạy ổn định còn nhiều yếu tố khác liên quan đến MOSFET, Diode, mạch Feedback, Snubber...

Nếu các bạn còn hứng thú sau khi nhìn mớ công thức trên thì ta sẽ tiếp tục.

Chúc thành công!

cảm ơn bác với những công thức này. em chưa bao giờ động tới vấn đề biến áp xung nên tất nhiên vẫn rất nghiệp dư. em sẽ làm thử rồi nhờ các bác chỉ giáo tiếp cho em nhé. cảm ơn các bác rất nhiều

[DTTH]

Đối với loại lõi có khe hở không khí 2mm như hình dưới đây thì thông số AL = 135nH/T2
Bạn thay vào công thức như trên để tính lại số vòng sơ cấp và thứ cấp.

[likes]

vậy vấn đề khó khăn ở đây là cái L meter đắt đỏ. bác DTTH cho em hỏi ta có thể dùng công thức L=N*S/l để tính ra số vòng được không ạ. và lõi EC42 có S là bao nhiêu vậy bác.

[heront]

vậy vấn đề khó khăn ở đây là cái L meter đắt đỏ. bác DTTH cho em hỏi ta có thể dùng công thức L=N*S/l để tính ra số vòng được không ạ. và lõi EC42 có S là bao nhiêu vậy bác.

Em cũng hơi mắc ở chỗ đo cái L đó bác. không có thiết bị đo cụ thể.

[DTTH]

Em cũng hơi mắc ở chỗ đo cái L đó bác. không có thiết bị đo cụ thể.

Máy đo "Lờ" luôn là vấn đề của anh em do giá khá đắt, ít ra cũng trên 8tr, sinh viên hoặc nghiệp dư thì bó tay.
Bây giờ nếu các bạn làm mạch flyback mà dùng loại biến áp trên (khe hở 2mm) thì thông số đã được mình test cẩn thận trên nhiều lõi, chỉ việc tính ra số vòng thôi, không cần đo L nữa.

Thực chất thì mạch flyback rất dễ hoạt động, bạn tính toán như vậy rồi quấn đúng chiều các cuộn là chạy thôi, không cần đúng tuyệt đối

[hoanghung92]

T1: 13001;
R1: 2,2M
R2: 150M
R3: 470;
D1: 4148
D2: C6V2
C1: 102;
C2: 22uF/50v
Số vòng của hai cuộn sơ bị lộn tí. Mong các bác thông cảm.
Lõi ferrarit thường, trụ vuông và khe hở không khí 4mm.
Vì vấn đề này mà Em đã phá hẳn một cái sạc điện thoại để ngâm cứu, các bác thử nói nguyên tắc hoạt động nó thế nào nha? Nguồn ra ban đầu của nó là 5v, bây giờ muốn nó ra 12v thì mình phải làm thế nào?

[hoanghung92]

Không có ai giúp em vụ này ah? Chắc lại phải thử nghiệm thực tế nhiều đây?

[heront]

theo ngu kiến của em, muốn đầu ra 12V ta có thể thay đổi thằng D1,D2