전원 공급 장치 애플리케이션의 변압기 권선비 계산 방법

변압기 권선비는 1차 권선과 2차 권선 사이의 전압 관계를 결정하는 데 사용되는 기본 매개변수입니다. 그러나 전원 공급 장치 애플리케이션의 경우 올바른 권선비를 계산하려면 단순히 입력 전압을 출력 전압으로 나누는 것 이상이 필요합니다.

기존 변압기에서 전압비는 권선 권선비와 직접적인 관련이 있습니다. 스위칭 전원 공급 장치에서 최종 변압기 설계는 컨버터 토폴로지, 스위칭 주파수, 듀티 사이클, 파형, 정류 방법, 자기 코어 및 작동 전압 범위에 따라 달라집니다.

고주파 변압기 또는 스위칭 전원 공급 장치 변압기를 사용하는 엔지니어 및 OEM 구매자의 경우 이러한 관계를 이해하면 변압기 선택 및 맞춤형 개발을 보다 효율적으로 수행할 수 있습니다.

1. 변압기 회전율이란 무엇입니까?

변압기 권선비는 1차 권선의 권선 수와 2차 권선의 권선 수 사이의 관계를 나타냅니다.

이상적인 변압기의 경우:

Vp / 대=Np / Ns

어디:

Vp=1차 전압

대=2차 전압

Np=기본 턴

Ns=보조 턴

예를 들어 1차 전압이 400V이고 필요한 2차 전압이 40V인 경우:

400 / 40 = 10

따라서 기본적인 1차{0}}대-2차 권선비는 다음과 같습니다.

Np : Ns=10 : 1

이 계산은 기본적인 전압 관계를 제공합니다. 그 자체로는 실제 전원 공급 장치 변압기의 최종 권선 설계를 결정하지 않습니다.

2. 기본 회전율 계산 방법

가장 간단한 계산은 1차 및 2차 전압을 기반으로 합니다.

권선비=1차 전압 / 2차 전압

예를 들어 다음과 같은 변압기를 고려해보세요.

1차 전압: 240V

2차 전압: 24V

기본 회전율은 다음과 같습니다.

240 / 24 = 10

그러므로:

Np : Ns=10 : 1

1차 권선에 200회전이 포함된 경우 이론적 2차 권선에는 다음이 포함됩니다.

200 / 10=20턴

이는 이상적인 변압기 계산으로 적합합니다.

실제 변압기의 경우 제조업체는 손실, 작동 조건, 자속, 권선 전류 및 특정 전원 공급 장치 회로를 추가로 평가해야 합니다.

3. 스위칭 전원 공급 장치의 1차-대-2차 권선비

스위칭 전원 공급 장치 변압기는 기존 주{0}}주파수 변압기와 다르게 작동합니다.

변압기는 일반적으로 반도체 스위칭 회로에 의해 생성된 스위칭 파형에 의해 구동됩니다. 따라서 1차 권선에 적용되는 전압은 전원 공급 장치 토폴로지 및 스위칭 조건에 따라 달라집니다.

일반적인 토폴로지는 다음과 같습니다.

플라이백

앞으로

밀기-끌기

하프-브리지

풀-브리지

이러한 토폴로지는 에너지를 다르게 전달하기 때문에 입력 전압, 출력 전압, 듀티 사이클 및 변압기 권선비 간의 관계도 다릅니다.

이것이 다음과 같은 계산 이유입니다.

입력 전압 / 출력 전압

모든 스위칭 전원 공급 장치에 대한 최종 설계 방정식이 아닌 출발점으로 취급되어야 합니다.

4. 듀티 사이클이 회전율에 영향을 미치는 이유

많은 PWM 전원 공급 장치에서 출력 전압은 스위칭 듀티 사이클을 통해 제어됩니다.

듀티 사이클은 스위칭 회로가 변압기에 에너지를 적용하는 각 스위칭 기간의 백분율을 나타냅니다.

단순화된 컨버터 관계를 위해 출력 전압은 입력 전압, 듀티 사이클 및 권선비와 관련될 수 있습니다.

대표 관계는 다음과 같이 표현될 수 있습니다.

Vout ≒ Vin × D × (Ns / Np)

어디:

Vout=출력 전압

Vin=관련 스위칭-단 입력 전압

D=듀티 사이클

Ns/Np=2차-대-1차 권선비

실제 방정식은 컨버터 토폴로지 및 회로 구성에 따라 다릅니다.

이러한 이유로 변압기 제조업체는 최종 권선비를 결정하기 전에 전원 공급 장치 토폴로지를 알아야 합니다.

5. 입력 전압 범위를 고려해야 합니다.

공칭 입력 전압만 사용하면 부적합한 변압기 설계가 발생할 수 있습니다.

예를 들어 스위칭 전원 공급 장치는 다음과 같이 작동할 수 있습니다.

300~400V DC

하나의 고정 전압이 아닌

변압기는 필요한 출력 전압을 유지하고 과도한 자속을 방지하면서 이 범위에서 올바르게 작동해야 합니다.

맞춤형 변환기를 개발할 때 다음을 제공하십시오.

최소 입력 전압

공칭 입력 전압

최대 입력 전압

최대 듀티 사이클

스위칭 주파수

필요한 출력 전압

출력 전류

권선비는 하나의 공칭 값이 아닌 전체 작동 범위에 대해 평가되어야 합니다.

6. 출력 전압이 항상 변압기 2차 전압과 같지는 않습니다.

이는 변압기 권선비 계산에서 가장 흔한 실수 중 하나입니다.

전원 공급 장치에 조정된 12V DC 출력이 필요하다고 가정해 보겠습니다.

이는 변압기 2차 권선을 단순히 12V용으로 설계해야 한다는 의미는 아닙니다.

변압기와 최종 DC 출력 사이의 회로에는 다음이 포함될 수 있습니다.

정류기 다이오드

동기 정류

출력 인덕터

커패시터

전압 조정 회로

PCB 도체

이러한 구성 요소는 부하에 전달되는 실제 전압에 영향을 미칩니다.

따라서 변압기 2차 전압은 전체 전원 공급 장치 회로에 따라 결정되어야 합니다.

맞춤형 고주파 변압기의 경우 제조업체는 최종 DC 출력 전압뿐만 아니라 실제 2차측{0}측 요구사항을 수신해야 합니다.

7. 전압 강하는 실제 권선비에 영향을 미칩니다

이상적인 변압기에는 전기적 손실이 없습니다. 실제 변압기가 그렇습니다.

전압 강하는 다음으로 인해 발생할 수 있습니다.

1차 권선 저항

2차 권선 저항

정류기 전압 강하

누설 인덕턴스

스위칭-기기 손실

PCB 저항

기타 변환기 손실

예를 들어, 최종 출력이 부하 시 24V로 유지되어야 하는 경우 변압기는 회로의 나머지 부분에서 전압 손실을 보상하는 2차 전압을 제공해야 할 수 있습니다.

보상량은 전원 공급 장치 설계 및 부하 조건에 따라 다릅니다.

따라서 실제 권선비는 전체 전기적 경로를 고려한 후에 설정되어야 합니다.

8. 회전율 및 자기 코어 설계

권선비는 권선 사이의 전압 관계를 결정하지만 절대 권선 수도 자기 코어와 호환되어야 합니다.

고주파 변압기의 경우 1차 권선은 다음의 영향을 받습니다.

인가전압

스위칭 주파수

최대 듀티 사이클

코어 단면적-

핵심 소재

최대 자속 밀도

스위칭 파형

1차 권선 수가 너무 적으면 과도한 자속이 발생하고 잠재적으로 코어가 포화 상태가 될 수 있습니다.

권선이 너무 많으면 권선 길이, 구리 손실, 누설 인덕턴스 및 변압기 크기가 증가할 수 있습니다.

따라서 변압기 설계에는 다음 두 가지가 모두 필요합니다.

올바른 회전율

그리고

올바른 절대 회전 수입니다.

이들은 서로 관련되어 있지만 동일한 설계 매개변수는 아닙니다.

9. 회전율은 또한 현재 관계를 결정합니다

변압기 권선비는 전압뿐만 아니라 전류와도 관련이 있습니다.

이상적인 변압기의 경우:

IP /는=Ns / Np입니다.

어디:

IP=1차 전류

= 2차 전류입니까?

Np=기본 턴

Ns=보조 턴

이는 전압이 강압될 때 일반적으로 2차측이 동일한 전송 전력에 대해 더 높은 전류를 전달한다는 것을 의미합니다.

이는 변압기 권선 설계에 직접적인 영향을 미칩니다.

제조업체는 실제 전류에 따라 적합한 도체 치수와 권선 배열을 선택해야 합니다.

고전류-2차 권선의 경우 설계에 다음이 필요할 수 있습니다.

더 큰 도체

다중 병렬 와이어

적절한 와인딩 레이어

특수 권선 배열

따라서 권선비는 항상 전력 및 전류 요구 사항과 함께 고려해야 합니다.

10. 예: 전원 공급 장치의 권선비 계산

다음을 갖춘 단순화된 스위칭 전원 공급 장치를 고려하십시오.

DC 입력: 320V

필요한 출력: 24V

스위칭 토폴로지: 하프-브리지

대략적인 듀티 사이클: 50%

간단한 전압 비교는 다음을 제공합니다.

320 / 24 = 13.33

그러나 하프-브리지 작동을 고려하지 않고 13.33:1 변압기 비율을 즉시 지정하는 것은 올바르지 않습니다.

실제로 1차 변압기에 인가되는 전압, 듀티 사이클, 정류 방법, 전압 손실, 조정 범위 등이 모두 최종 설계에 영향을 미칩니다.

따라서 변압기 제조업체는 전체 전원 공급 장치 사양을 사용하여 다음을 결정합니다.

적절한 코어

기본 턴

보조 회전

회전율

와이어 크기

권선 배열

단열구조

예상 기온 상승

이것이 바로 맞춤형 변압기 개발이 실제 컨버터 설계와 함께 수행되어야 하는 이유입니다.

11. 일반적인 변압기 회전율 계산 실수

실수 1: 입력 전압 ¼ 출력 전압을 최종 비율로 사용

이는 이상적인 출발점으로 작동하지만 많은 스위칭 전원 공급 장치 애플리케이션에는 충분하지 않습니다.

실수 2: 변환기 토폴로지 무시

플라이백, 순방향, 하프-브리지 및 풀{1}}브리지 변환기는 서로 다른 전압 및 에너지{2}}전달 관계를 갖습니다.

실수 3: 듀티 사이클 무시

PWM 제어는 변압기를 통해 전달되는 유효 전압과 에너지를 변경합니다.

실수 4: DC 출력을 2차 전압과 혼동

최종 조정된 DC 전압은 정류 및 기타 회로 손실로 인해 필요한 변압기 2차 전압과 다를 수 있습니다.

실수 5: 코어 자속을 확인하지 않고 회전율을 선택하는 것

올바른 전압 비율은 1차 권선의 절대 수가 너무 낮은 경우에도 과도한 자속 밀도를 초래할 수 있습니다.

실수 6: 권선 전류 무시

권선 도체는 전원 공급 장치에서 생성된 실제 RMS 및 피크 전류를 처리할 수 있어야 합니다.

12. 맞춤형 변압기 제조업체에 어떤 정보를 제공해야 합니까?

전원 공급 장치용 맞춤형 변압기를 요청할 때 완전한 기술 정보를 제공하면 제조업체가 설계를 올바르게 평가하는 데 도움이 됩니다.

OEM 프로젝트의 경우 이러한 매개변수는 불완전한 전압 사양에 의존하는 대신 고주파 변압기 제조업체에 자기 및 권선 설계를 평가할 수 있는 충분한 정보를 제공합니다.

13. 언제 변압기 제조업체와 협력해야 합니까?

전압, 전력, 주파수, 치수 및 장착 요구 사항이 이미 기존 설계와 일치하는 경우 표준 변압기가 적합할 수 있습니다.

그러나 OEM 장비의 경우 변압기를 실제 전원 공급 장치에 맞게 맞춤화해야 할 수도 있습니다.

맞춤형 변압기 제조업체는 다음을 평가할 수 있습니다.

자기 코어 선택

1차 및 2차 턴

권선 구조

와이어 선택

격리

누설 인덕턴스

온도 상승

기계적 치수

생산 타당성

이는 변압기가 특정 PCB에 맞아야 하거나 정의된 효율 및 온도 범위 내에서 작동해야 하는 경우 특히 중요합니다.

결론

변압기 권선비 계산은 1차 전압과 2차 전압 간의 관계로 시작됩니다.

Vp / 대=Np / Ns

그러나 이 이상적인 관계는 실용적인 전원 공급 장치 변압기의 출발점일 뿐입니다.

스위칭 애플리케이션의 경우 최종 설계에서는 컨버터 토폴로지, 듀티 사이클, 입력 전압 범위, 정류, 전압 손실, 스위칭 주파수, 자기 코어, 자속 밀도, 권선 전류 및 열 조건도 고려해야 합니다.

고주파 변압기의 경우 올바른 권선비와 절대 권선 수를 함께 개발해야 합니다. 적절한 설계는 애플리케이션 요구 사항 내에서 자속, 권선 손실, 온도 상승 및 전체 치수를 유지하면서 필요한 전압 변환을 제공해야 합니다.

OEM 및 맞춤형 전원 공급 장치 프로젝트의 경우 변압기 제조업체에 완전한 전기 및 기계 사양을 제공하는 것이 적절한 1차 및 2차 권선 설계를 결정하는 가장 신뢰할 수 있는 방법입니다.

주요 시사점

변압기 권선비를 계산할 때 항상 다음 사항을 고려하십시오.

• 1차 및 2차 전압
• 입력 전압 범위
• 변환기 토폴로지
• 듀티 사이클
• 스위칭 주파수
• 정류방법
• 전압 강하 및 회로 손실
• 자기 코어 및 자속 밀도
• 1차 및 2차 전류
• 절연 및 열 요구 사항

권선비는 기본 전압 관계를 설정하지만 전체 변압기 설계는 부품이 실제로 전원 공급 장치에서 안정적으로 작동하는지 여부를 결정합니다.