thiết kế biến áp xung

[doaz2001]

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

[ATTACH=CONFIG]40799[/ATTACH]

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)

a ơi cho em hỏi là tần số hoạt động 100khz thì nên chọn loại lõi nào và a có thể cho e tên loại lõi đó dược không ạ

[flacman]

Muốn đo được thì bạn phải có đồng hồ LCR hoặc một phuơng án đo điện cảm nào đó thông qua máy phát tần số bằng cách đo cộng hưởng LC

Cách xác định AL thủ công :

- Bạn quấn thử 100 vòng dây nhỏ vào lõi và cố định bobin chặt với lõi

- Đo điện cảm được một giá trị L, quy đổi ra nH

- Tính AL = L / N^2 = L / 10000 , đơn vị của AL bằng nT/N^2

- Dựa vào AL vừa tính được, xác định số vòng dây mới để đạt điện cảm yêu cầu theo công thức

Ni = sqrt(Li / AL)

- Sai số AL mà đạt dưới 10% thì đã quá ngon rồi.

Ví dụ : Quấn 100 vòng dây đồng nhỏ (~0.4mm), đo được L = 900uH = 90000nH

Tính được AL = 900000 / 10000 = 90 nT/N^2.

Giả sử yêu cầu bài toán cần giá trị điện cảm 36uH, số vòng mới sẽ là :

Ni = sqrt(Li / AL) = sqrt(36000/90) = 20 vòng.

Căn cứ vào dòng điện mà chọn cỡ dây cho phù hợp.

Không biết quá trình tính toán đã thỏa mãn trí tò mò của bạn chưa ?

Bác DTTH cho e hỏi là thông số AL trong datasheet các hãng thường test với điều kiện 100 vòng.
Vậy với số vòng nhỏ hơn, vd 5-10 vòng thì con số AL đó còn chính xác để tính L không? Cảm ơn.
ps (VD em chỉ cần 100uH để làm cuộn lọc thôi chẳng hạn. Muốn quấn dưới dạng ungap tận dụng AL vài nghìn để tiết kiệm dây đồng)

[nguyenha7940]

Ước lượng điện cảm như trên là sai. Điện cảm tỷ lệ với bình phương số vòng dây. Khi giảm số vòng dây đi còn 1/2 thì điện cảm chỉ còn khoảng 1/4.

Với vấn đề của thành viên error404 : cách chỉnh như vậy cũng sai. Biến áp xung thường đã được tính toán kỹ lưỡng, thông số cuộn sơ cấp là đặc biệt quan trọng; nhất là khi nó ít vòng như vậy thì thay đổi dù chỉ 1 vòng cũng là cả vấn đề. Muốn tăng áp ra phải tăng số vòng cuộn thứ cấp chứ không phải là giảm số vòng cuộn sơ cấp.

Mong bác bqviet chỉ bảo nhiệt tình...

[bqviet]

Ước lượng điện cảm như trên là sai. Điện cảm tỷ lệ với bình phương số vòng dây. Khi giảm số vòng dây đi còn 1/2 thì điện cảm chỉ còn khoảng 1/4.

Với vấn đề của thành viên error404 : cách chỉnh như vậy cũng sai. Biến áp xung thường đã được tính toán kỹ lưỡng, thông số cuộn sơ cấp là đặc biệt quan trọng; nhất là khi nó ít vòng như vậy thì thay đổi dù chỉ 1 vòng cũng là cả vấn đề. Muốn tăng áp ra phải tăng số vòng cuộn thứ cấp chứ không phải là giảm số vòng cuộn sơ cấp.

[trthnguyen]

mình có cái biến áp cao áp, sơ cấp 25 vòng, mình muốn tăng áp lên nên giảm sơ cấp xuống 10 vòng thì thấy áp ra còn thấp hơn trước. Thế là thế nào nhỉ ?

Bạn giảm số vòng sơ cấp-> độ tự cảm của cuộn sơ cấp giảm -> cảm kháng cuộn sơ cấp giảm -> dòng chờ (dòng khi chưa có tải) của biến áp tăng lên -> hao phí tăng lên.
Biến áp người ta đã tính toán 1V thì tương ứng bao nhiêu vòng, bạn ko nên rút bớt số vòng của dây sơ cấp, nếu muốn tăng áp thì bạn quấn thêm dây thứ cấp.

[error404]

mình có cái biến áp cao áp, sơ cấp 25 vòng, mình muốn tăng áp lên nên giảm sơ cấp xuống 10 vòng thì thấy áp ra còn thấp hơn trước. Thế là thế nào nhỉ ?

[Thanh Ng]

I peak trung bình = Po/(Vmin*Eff*Dmax) = Po/(Vmin*0.8*0.45) = 2.77*Po/Vmin

I peak đỉnh = 2.77*Po/Vmin / 0.5 = 5.55 Po/Vmin

Eff = Hiệu xuất nguồn xung
Dmax = Chu kỳ lớn nhất

I peak đỉnh = I peak trung bình / 0.5 là vì dòng xung có dạng tam giác

[vuxuansyhut]

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

[ATTACH=CONFIG]40799[/ATTACH]

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)

Cho em hỏi công thức tính dòng điện đỉnh trên khóa bán dẫn Ipk=5.5*Po/Vmin là công thức kinh nghiệm hay có dẫn từ đâu ra ạ.

[Cocacola&7UP]

Con LC meter cầm tay rẻ , làm gì tới 400USD đâu

Tonghui là ứng viên số 1, bọn BK Precision cũng toàn mua về rebranded đấy.

[thao_dt]

mình thấy luồng rất hay sao không tháy moi người vao chém nữa nhỉ ////nhưng ai co kinh nghiệm rùi thì sin chia sẻ cùng anh em cho đat nuóc VIỆT NAM thêm giau mạnh

[DTTH]

Tuy cách tính toán này khá chính xác nhưng mình không khuyến khích các bạn dùng lâu dài, nó cứ thế nào ấy.

Lõi từ cũng chỉ là một phần tử đóng góp thành sản phẩm, chỉ cần tra bảng thông số là phải có ngay, chúng ta nên dành thời gian cho tính toán thứ khác.

Nếu chúng ta cần xác định điện áp làm việc của tụ điện, các bạn có cho áp tăng dần đến khi nổ không ?

[DTTH]

anh DTTH cho em hỏi trị số Al của lõi ferit cao áp ti vi sony,lg,sam sung là bao nhiêu với?em cần tự mình tính toán cho cái máy biến áp hàn điện tử.em đang khoái cái này.anh giúp em nhé.bài viết của anh hay quá!khiến em càng khoái hơn khi tìm được cái gì đó.cám ơn anh nhiều...

Muốn đo được thì bạn phải có đồng hồ LCR hoặc một phuơng án đo điện cảm nào đó thông qua máy phát tần số bằng cách đo cộng hưởng LC

Cách xác định AL thủ công :

- Bạn quấn thử 100 vòng dây nhỏ vào lõi và cố định bobin chặt với lõi

- Đo điện cảm được một giá trị L, quy đổi ra nH

- Tính AL = L / N^2 = L / 10000 , đơn vị của AL bằng nT/N^2

- Dựa vào AL vừa tính được, xác định số vòng dây mới để đạt điện cảm yêu cầu theo công thức

Ni = sqrt(Li / AL)

- Sai số AL mà đạt dưới 10% thì đã quá ngon rồi.

Ví dụ : Quấn 100 vòng dây đồng nhỏ (~0.4mm), đo được L = 900uH = 90000nH

Tính được AL = 900000 / 10000 = 90 nT/N^2.

Giả sử yêu cầu bài toán cần giá trị điện cảm 36uH, số vòng mới sẽ là :

Ni = sqrt(Li / AL) = sqrt(36000/90) = 20 vòng.

Căn cứ vào dòng điện mà chọn cỡ dây cho phù hợp.

Không biết quá trình tính toán đã thỏa mãn trí tò mò của bạn chưa ?

[mianlien]

anh DTTH cho em hỏi trị số Al của lõi ferit cao áp ti vi sony,lg,sam sung là bao nhiêu với?em cần tự mình tính toán cho cái máy biến áp hàn điện tử.em đang khoái cái này.anh giúp em nhé.bài viết của anh hay quá!khiến em càng khoái hơn khi tìm được cái gì đó.cám ơn anh nhiều...

[phongltyt]

Hình như trong dtvn cũng có bạn cho sơ đồ tự làm máy đo điện cảm rồi. Sơ đồ mình down đây này

[ngomailg96]

Mình nghĩ tài liệu này có thể giúp ích cho bạn trong thiết kế một biến áp xung co-ban-tinh-toan-bien-ap-xung