फेराइट कोर ट्रांसफॉर्मर की गणना कैसे करें

फेराइट ट्रांसफार्मर की गणना एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें इंजीनियर विभिन्न घुमावदार विनिर्देशों और ट्रांसफार्मर के मुख्य आयाम का मूल्यांकन करते हैं, जो फेराइट को मुख्य सामग्री के रूप में उपयोग करते हैं। इससे उन्हें किसी दिए गए एप्लिकेशन के लिए पूरी तरह से अनुकूलित ट्रांसफार्मर बनाने में मदद मिलती है।

पोस्ट अनुकूलित फेराइट कोर ट्रांसफार्मर की गणना और डिजाइन करने के तरीके के बारे में एक विस्तृत विवरण प्रस्तुत करता है। सामग्री को समझना आसान है, और के क्षेत्र में लगे इंजीनियरों के लिए बहुत आसान हो सकता है बिजली के इलेक्ट्रॉनिक्स , और SMPS इनवर्टर का निर्माण।

हाई फ्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स में फेराइट कोर का उपयोग क्यों किया जाता है

आपने अक्सर सभी आधुनिक स्विच मोड बिजली की आपूर्ति या SMPS कन्वर्टर्स में फेराइट कोर का उपयोग करने के पीछे का कारण सोचा होगा। लोहे की कोर बिजली की आपूर्ति की तुलना में यह उच्च दक्षता और कॉम्पैक्टनेस हासिल करना है, लेकिन यह जानना दिलचस्प होगा कि फेराइट कोर हमें इस उच्च स्तर की दक्षता और कॉम्पैक्टनेस हासिल करने की अनुमति कैसे देते हैं?

में है क्योंकि लोहे के कोर ट्रांसफार्मर, लौह सामग्री में फेराइट सामग्री की तुलना में बहुत अधिक चुंबकीय चुंबकीय पारगम्यता है। इसके विपरीत, फेराइट कोर में बहुत अधिक चुंबकीय पारगम्यता होती है।

मतलब, जब एक चुंबकीय क्षेत्र के अधीन होता है, तो फेराइट सामग्री चुंबकीयकरण के बहुत उच्च स्तर को प्राप्त करने में सक्षम होती है, जो चुंबकीय सामग्री के अन्य सभी रूपों से बेहतर होती है।

एक उच्च चुंबकीय पारगम्यता का मतलब है, एड़ी की वर्तमान की कम मात्रा और कम स्विचिंग नुकसान। एक चुंबकीय सामग्री में आम तौर पर एक बढ़ती चुंबकीय आवृत्ति के जवाब में एड़ी वर्तमान उत्पन्न करने की प्रवृत्ति होती है।

जैसा कि आवृत्ति बढ़ जाती है, एड़ी की धारा भी सामग्री के हीटिंग का कारण बनती है और कुंडल प्रतिबाधा में वृद्धि होती है, जिससे आगे स्विचिंग नुकसान होता है।

फेराइट कोर, उनके उच्च चुंबकीय पारगम्यता के कारण उच्च आवृत्तियों के साथ अधिक कुशलता से काम करने में सक्षम होते हैं, कम एड़ी की धाराओं और कम स्विचिंग घाटे के कारण।

अब आप सोच सकते हैं कि कम आवृत्ति का उपयोग क्यों न किया जाए क्योंकि इससे एड़ी की धाराओं को कम करने में मदद मिलेगी? यह मान्य प्रतीत होता है, हालांकि, कम आवृत्ति का मतलब एक ही ट्रांसफार्मर के लिए घुमावों की संख्या बढ़ाना भी होगा।

चूंकि उच्च आवृत्तियां आनुपातिक रूप से कम संख्या में घुमावों की अनुमति देती हैं, इसलिए ट्रांसफार्मर के परिणाम छोटे, हल्के और सस्ते होते हैं। यही कारण है कि एसएमपीएस एक उच्च आवृत्ति का उपयोग करता है।

इन्वर्टर टोपोलॉजी

स्विच मोड इनवर्टर में, सामान्य रूप से दो प्रकार के टोपोलॉजी बाहर निकलते हैं: पुश-पुल, और पूरा पुल । पुश पुल प्राथमिक घुमावदार के लिए एक केंद्र नल को नियोजित करता है, जबकि पूर्ण पुल में प्राथमिक और माध्यमिक दोनों के लिए एक ही घुमावदार होता है।

दरअसल, दोनों टोपोलॉजी प्रकृति में पुश-पुल हैं। दोनों रूपों में घुमावदार को MOSFETs द्वारा लगातार स्विचिंग रिवर्स-फॉरवर्ड अल्टरनेटिंग करंट के साथ लागू किया जाता है, जो एक पुश-पुल एक्शन की नकल करते हुए, निर्दिष्ट हाई फ़्रीक्वेंसी पर ऑसिलेट करता है।

दोनों के बीच एकमात्र मौलिक अंतर है, केंद्र नल ट्रांसफार्मर के प्राथमिक पक्ष में पूर्ण पुल ट्रांसफार्मर की तुलना में 2 गुना अधिक मोड़ हैं।

फेराइट कोर इन्वर्टर ट्रांसफार्मर की गणना कैसे करें

फेराइट कोर ट्रांसफार्मर की गणना वास्तव में काफी सरल है, अगर आपके पास हाथ में सभी निर्दिष्ट पैरामीटर हैं।

सादगी के लिए, हम सेट किए गए उदाहरण के माध्यम से सूत्र को हल करने का प्रयास करेंगे, चलो 250 वाट के ट्रांसफार्मर के लिए कहें।

पावर सोर्स 12 वी की बैटरी होगी। ट्रांसफार्मर को स्विच करने की आवृत्ति 50 kHz होगी, जो अधिकांश SMPS इनवर्टर में एक विशिष्ट आकृति होगी। हम आउटपुट को 310 V मानेंगे, जो कि सामान्यतः 220V RMS का शिखर मान होता है।

यहां, 310 वी एक तेजी से वसूली के माध्यम से सुधार के बाद होगा पुल सुधारक , और एलसी फिल्टर। हम ETD39 के रूप में कोर का चयन करते हैं।

जैसा कि हम सभी जानते हैं, जब ए 12 वी बैटरी उपयोग किया जाता है, यह वोल्टेज स्थिर नहीं है। पूर्ण आवेश पर मान 13 V के आस-पास होता है, जो कि इनवर्टर लोड के रूप में गिरता रहता है, जब तक कि बिजली की खपत नहीं हो जाती है, तब तक बैटरी अपनी न्यूनतम सीमा तक निर्वहन करती है, जो कि आमतौर पर 10.5 V है। इसलिए हमारी गणना के लिए हम 10.5 V को आपूर्ति मान मानेंगे वी _{(मिनट)}।

प्राथमिक मोड़

घुमावों की प्राथमिक संख्या की गणना के लिए मानक सूत्र नीचे दिया गया है:

एन _{(प्रथम)}= = वी _{(संज्ञा)}x 10^।/ 4 एक्स च एक्स ख _{मैक्स}एक्स सेवा मेरे _सी

यहाँ एन _{(प्रथम)}प्राथमिक टर्न नंबरों को संदर्भित करता है। चूंकि हमने अपने उदाहरण में एक केंद्र नल पुश पुल टोपोलॉजी का चयन किया है, इसलिए प्राप्त परिणाम कुल आवश्यक घुमावों की संख्या का आधा हिस्सा होगा।

• वाइन _{(उपनाम)}= औसत इनपुट वोल्टेज। चूंकि हमारी औसत बैटरी वोल्टेज 12 वी है, आइए, लेते हैं वाइन _{(उपनाम)}= 12।
• च = 50 kHz, या 50,000 हर्ट्ज। यह पसंदीदा स्विचिंग आवृत्ति है, जैसा कि हमारे द्वारा चुना गया है।
• ख _{मैक्स}= गॉस में अधिकतम प्रवाह घनत्व। इस उदाहरण में, हम मान लेंगे ख _{मैक्स}1300G से 2000G की सीमा में होगा। यह मानक मूल्य सबसे फेराइट आधारित ट्रांसफार्मर कोर है। इस उदाहरण में, 1500G पर व्यवस्थित होने दें। तो हमारे पास ख _{मैक्स}= 1500. के उच्च मूल्य ख _{मैक्स}अनुशंसित नहीं है क्योंकि इससे ट्रांसफार्मर संतृप्ति बिंदु तक पहुंच सकता है। इसके विपरीत, निम्न मान ख _{मैक्स}जिसके परिणामस्वरूप कोर को कम करके आंका जा सकता है।
• सेवा मेरे_सी= सेमी में प्रभावी क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र^दो। यह जानकारी एकत्र की जा सकती है फेराइट कोर के डेटशीट से । आपको A भी मिल सकता है_सीA के रूप में प्रस्तुत किया जा रहा है_है। चयनित कोर नंबर ETD39 के लिए, डेटा पत्रक शीट में सुसज्जित प्रभावी क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र 125 मिमी है^दो। जो कि 1.25 सेमी के बराबर है^दो। इसलिए हमारे पास ए_सी= 1.25 ETD39 के लिए।

उपरोक्त आंकड़े हमें हमारे एसएमपीएस इन्वर्टर ट्रांसफार्मर के प्राथमिक घुमावों को शांत करने के लिए आवश्यक सभी मापदंडों के लिए मान देते हैं। इसलिए, उपरोक्त सूत्र में संबंधित मानों का प्रतिस्थापन, हमें मिलता है:

एन _{(प्रथम)}= = वी _{(संज्ञा)}x 10^।/ 4 एक्स च एक्स ख _{मैक्स}एक्स सेवा मेरे _सी

एन _{(प्रथम)}= 12 x 10^।/ 4 x 50000 x 1500 x 1.2

एन _{(प्रथम)}= 3.2

चूंकि 3.2 एक आंशिक मूल्य है और व्यावहारिक रूप से इसे लागू करना मुश्किल हो सकता है, हम इसे 3 मोड़ तक गोल करेंगे। हालांकि, इस मूल्य को अंतिम रूप देने से पहले, हमें इस बात की जांच करनी होगी कि इसका मूल्य है या नहीं ख _{मैक्स}अभी भी संगत है और इस नए राउंड ऑफ मान 3 के लिए स्वीकार्य सीमा के भीतर है।

क्योंकि, घुमावों की संख्या कम होने से अनुपात में वृद्धि होगी ख _{मैक्स}, इसलिए अगर वृद्धि हुई तो जाँच करना अनिवार्य हो जाता है ख _{मैक्स}अभी भी हमारे 3 प्राथमिक मोड़ के लिए स्वीकार्य सीमा के भीतर है।

काउंटर की जाँच ख _{मैक्स}निम्नलिखित मौजूदा मूल्यों को प्रतिस्थापित करके हम प्राप्त करते हैं:
वाइन _{(उपनाम)}= 12, च = 50000, एन _पर= 3, सेवा मेरे _सी= 1.25

ख _{मैक्स}= = वी _{(संज्ञा)}x 10^।/ 4 एक्स च एक्स एन _{(प्रथम)}एक्स सेवा मेरे _सी

ख _{मैक्स}= 12 x 10^।/ 4 x 50000 x 3 x 1.25

ख _{मैक्स}= 1600 रु

जैसा कि नया देखा जा सकता है ख _{मैक्स}के लिए मूल्य एन _(पर)= 3 मोड़ ठीक दिखता है और स्वीकार्य सीमा के भीतर अच्छी तरह से है। इसका तात्पर्य यह भी है कि, यदि कभी भी आप की संख्या में हेरफेर करने का मन करता है एन _{(प्रथम)}बदल जाता है, आपको यह सुनिश्चित करना होगा कि यह संगत नए के साथ अनुपालन करता है ख _{मैक्स}मान।

इसके विपरीत, पहले इसका निर्धारण करना संभव हो सकता है ख _{मैक्स}वांछित संख्याओं के लिए प्राथमिक मुड़ता है और फिर सूत्र में अन्य चर को उपयुक्त रूप से संशोधित करके इस मान की संख्या को समायोजित करता है।

माध्यमिक मोड़

अब हम जानते हैं कि फेराइट SMPS इन्वर्टर ट्रांसफार्मर के प्राथमिक पक्ष की गणना कैसे करें, यह दूसरी तरफ देखने का समय है, यह ट्रांसफार्मर का द्वितीयक है।

चूंकि शिखर का मूल्य माध्यमिक के लिए 310 V होना चाहिए, हम चाहते हैं कि मान पूरे बैटरी वोल्टेज रेंज के लिए 13 V से 10.5 V तक शुरू हो।

इसमें कोई शक नहीं कि हमें रोजगार देना होगा प्रतिक्रिया प्रणाली कम बैटरी वोल्टेज या बढ़ते लोड वर्तमान भिन्नताओं का मुकाबला करने के लिए एक निरंतर आउटपुट वोल्टेज स्तर बनाए रखने के लिए।

लेकिन इसके लिए इस स्वचालित नियंत्रण की सुविधा के लिए कुछ ऊपरी मार्जिन या हेडरूम होना चाहिए। A +20 V मार्जिन काफी अच्छा लगता है, इसलिए हम अधिकतम आउटपुट पीक वोल्टेज को 310 + 20 = 330 V के रूप में चुनते हैं।

इसका मतलब यह भी है कि ट्रांसफार्मर को 10.5 वी वोल्टेज पर सबसे कम 310 वी आउटपुट के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए।

फीडबैक नियंत्रण के लिए हम आम तौर पर पीडब्लूएम सर्किट को समायोजित करने वाले एक सेल्फ को नियुक्त करते हैं, जो कम बैटरी या उच्च भार के दौरान पल्स की चौड़ाई को बढ़ाता है, और इसे बिना किसी लोड या इष्टतम बैटरी स्थितियों के अनुपात में बताता है।

इसका मतलब है, पर कम बैटरी की स्थिति पीडब्लूएम को निर्धारित 310 वी आउटपुट को बनाए रखने के लिए अधिकतम ड्यूटी चक्र को ऑटो समायोजित करना चाहिए। यह अधिकतम PWM कुल कर्तव्य चक्र का 98% माना जा सकता है।

मृत समय के लिए 2% अंतर छोड़ा गया है। प्रत्येक आधे चक्र की आवृत्ति के बीच मृत समय शून्य वोल्टेज अंतराल है, जिसके दौरान MOSFET या विशिष्ट बिजली उपकरण पूरी तरह से बंद रहते हैं। यह गारंटीकृत सुरक्षा सुनिश्चित करता है और पुश पुल चक्रों के संक्रमण काल ​​के दौरान MOSFETs के माध्यम से शूट को रोकता है।

इसलिए, जब बैटरी वोल्टेज अपने न्यूनतम स्तर पर पहुंच जाता है, तब यह इनपुट आपूर्ति न्यूनतम होगी वी _में= = वी _{(मिनट)}= 10.5 वी। यह कर्तव्य चक्र को इसके अधिकतम 98% होने पर संकेत देगा।

उपरोक्त डेटा का उपयोग माध्यमिक में 310 V उत्पन्न करने के लिए ट्रांसफार्मर के प्राथमिक पक्ष के लिए आवश्यक औसत वोल्टेज (DC RMS) की गणना के लिए किया जा सकता है, जब बैटरी न्यूनतम 10.5 V पर होती है। इसके लिए हम 10.5 के साथ 98% गुणा करते हैं, नीचे दिखाया गया है:

0.98 x 10.5 V = 10.29 V, यह वोल्टेज रेटिंग हमारे ट्रांसफॉर्मर प्राइमरी की मानी जाती है।

अब, हम अधिकतम माध्यमिक वोल्टेज को जानते हैं जो 330 वी है, और हम प्राथमिक वोल्टेज को भी जानते हैं जो 10.29 वी है। यह हमें दो पक्षों के अनुपात को प्राप्त करने की अनुमति देता है: 330: 10.29 = 32.1।

चूंकि वोल्टेज रेटिंग का अनुपात 32.1 है, इसलिए मोड़ अनुपात भी उसी प्रारूप में होना चाहिए।

अर्थ, x: 3 = 32.1, जहां x = द्वितीयक मोड़, 3 = प्राथमिक मोड़।

इसे हल करने से हम तेज़ी से द्वितीयक संख्या प्राप्त कर सकते हैं

इसलिए द्वितीयक मोड़ = 96.3 है।

आंकड़ा 96.3 माध्यमिक घुमावों की संख्या है जिसे हमें प्रस्तावित फेराइट इन्वर्टर ट्रांसफार्मर की जरूरत है जिसे हम डिजाइन कर रहे हैं। जैसा कि पहले कहा गया था कि भिन्नात्मक घाटों को व्यावहारिक रूप से लागू करना मुश्किल है, हम इसे 96 मोड़ तक बंद कर देते हैं।

यह हमारी गणना समाप्त करता है और मुझे आशा है कि यहां सभी पाठकों को एहसास हुआ होगा कि कैसे एक विशिष्ट एसएमपीएस इन्वर्टर सर्किट के लिए फेराइट ट्रांसफार्मर की गणना करना है।

सहायक घुमावदार की गणना

एक सहायक वाइंडिंग एक पूरक वाइंडिंग है जो उपयोगकर्ता को कुछ बाहरी कार्यान्वयन के लिए आवश्यक हो सकती है।

मान लीजिए, माध्यमिक में 330 वी के साथ, आपको एक एलईडी लैंप के लिए 33 वी प्राप्त करने के लिए एक और घुमावदार की आवश्यकता है। हम पहले गणना करते हैं द्वितीयक: सहायक माध्यमिक वाइंडिंग 310 V रेटिंग के संबंध में टर्न अनुपात। सूत्र है:

एन_{सेवा मेरे}= वी_{सेकंड}/ (वी_तक+ वी_घ)

एन_{सेवा मेरे}= द्वितीयक: सहायक अनुपात, वी_{सेकंड}= माध्यमिक विनियमित आयत वोल्टेज, वी_तक= सहायक वोल्टेज, वी_घ= रेक्टिफायर डायोड के लिए डायोड फॉरवर्ड ड्रॉप वैल्यू। चूंकि हमें यहां एक उच्च गति डायोड की आवश्यकता है इसलिए हम एक वी के साथ एक स्कूटी रेक्टिफायर का उपयोग करेंगे_घ= 0.5 वी

इसे हल करना हमें देता है:

एन_{सेवा मेरे}= 310 / (33 + 0.5) = 9.25, चलो इसे 9 तक गोल करें।

अब सहायक घुमाव के लिए आवश्यक घुमावों की संख्या प्राप्त करते हैं, सूत्र प्राप्त करके हम इसे प्राप्त करते हैं:

एन_तक= एन_{सेकंड}/ एन_{सेवा मेरे}

जहां एन_तक= सहायक बदल जाता है, एन_{सेकंड}= माध्यमिक बदल जाता है, एन_{सेवा मेरे}= सहायक अनुपात।

हमारे पिछले परिणामों से हमने एन_{सेकंड}= 96, और एन_{सेवा मेरे}= 9, उपर्युक्त सूत्र में इनका प्रतिस्थापन:

एन_तक= 96/9 = 10.66, इसे बंद करने से हमें 11 मोड़ मिलते हैं। तो 33 वी प्राप्त करने के लिए हमें द्वितीयक तरफ 11 मोड़ की आवश्यकता होगी।

तो इस तरह से आप अपनी पसंद के अनुसार एक सहायक घुमावदार आयाम कर सकते हैं।

ऊपर लपेटकर

इस पोस्ट में हमने निम्न चरणों का उपयोग करते हुए फेराइट कोर आधारित इनवर्टर ट्रांसफार्मर की गणना और डिजाइन करना सीखा।

• प्राथमिक मोड़ की गणना करें
• द्वितीयक घुमावों की गणना करें
• निर्धारित करें और पुष्टि करें ख _{मैक्स}
• पीडब्लूएम प्रतिक्रिया नियंत्रण के लिए अधिकतम माध्यमिक वोल्टेज निर्धारित करें
• प्राथमिक द्वितीयक अनुपात खोजें
• घुमावों की माध्यमिक संख्या की गणना करें
• सहायक घुमावदार घुमावों की गणना करें

उपर्युक्त फ़ार्मुलों और गणनाओं का उपयोग करके एक इच्छुक उपयोगकर्ता आसानी से एसएमपीएस एप्लिकेशन के लिए एक अनुकूलित फेराइट कोर आधारित इन्वर्टर डिज़ाइन कर सकता है।

प्रश्नों और शंकाओं के लिए कृपया नीचे दिए गए टिप्पणी बॉक्स का उपयोग करने के लिए स्वतंत्र महसूस करें, मैं जल्द से जल्द हल करने की कोशिश करूंगा