SMPS in Trafo tasarımının temeli Bobinin Enerji biriktirmesine dayanır
Önce Gereken Endüktans hesaplanır
E = L*I^2/2 Bobinde biriktirilebilen enerji ( Lise bilgisi )
Enerji / Süre = Güç
P = L*I^2/( 2*T) T: Periyot
Eğer Yarı periyotta tüm enerjiyi aktarma zorunluluğu varsa ki var
P1=L*I^2/(4*T)
P1=L*I^2*f / 4 Periyot yerine frekans yazıldı f=1/T ^:kare anlamına geliyor I:Max akım
L= P1*4/(I^2*f) f:istenen çalışma frekansı P1:istenen güç I : Kullanılacak yarı iletkenin dayanabileceği akım ( Katalogdan bulunur ).
Demek ki trafo tasarımına başlamak için :
1. Bize gereken Gücü bileceğiz
2. Hangi akımda bu gücü elde etmek istediğimizi saptayacağız ( 1 A de mi 100 A de mi )
3. Bu akıma uygun yarı iletken seçeceğiz ( Böyle bir yarı iletken bulunmalı , MOS FET , IGBT , .... )
Endüktansı elde ettikten sonra bu endüktansı , sağlayacak sarım sayısı gerekiyor.
Bu sarım sayısı ise Ferrit çekirdeğin AL değeri belirler .
DİKKAT : Ferrit Nüvelerin Çalışma frekansı sınırlıdır , katalogdan öğrenilebilir .
Ferrit Nüve katologlarında , Sarım sarısı ile AL arasındaki matemetiksel ilişki verilir.
Burada anlattıklarımı Sakın , yanlızca kitapta yazılan , gerçek hayatta uygulaması olmayan teorik bilgiler zannetmeyin . Bu konu üzerinde yıllar harcanmış , gece yarılarına kadar elle trafo sarılmış , onlarca SMPS denemiş çalıştırılmış ve Ticarete konu olmuştur.
DERİ ETKİSİ ( SKİN EFFECT )
Elektrik akımı frekans yükseldikçe , iletkenin dış yüzeyinden akmaya başlar.
Bu olay frekansla doğru orantılıdır. Bu nedenle frekans yükseldikçe , birden fazla tel yanyana sarılarak yada burularak sarılarak , litz teli denilen yapı oluşturulur. Bu yapılmazsa transformatör aşırı ısınır. Bu olay transformatör tasarımının önemli bir noktasıdır .
DOYMA
Elektrik akımı yükseldikçe trafoda Manyetik akı büyür , Manyetik alan belirli bir bölgede doğrusal büyür. Fakat akım belirli bir değeri aştıktan sonra Manyetik alan daha fazla yükselemez . Bu akım değerinden sonra "çekirdek doydu" denir . Bu nedenle Ferrit Nüvenin doyacağı Gauss değeri de bilinmek zorundadır. Seçilen akım değerinde çekirdek doymamalıdır.Çekirdeğin doyduğu nokta , akımın bir osiloskopla incelenmesi durumunda kolayca anlaşılabilir. Akım 0 dan başlayarak bir doğruyu takip ederek artar , tam doyma noktasında süratle yükselmeye başlar. Doyma Yarı iletkeni ( Mosfet , IGBT , Transistör , .... ) akım açısından son derece zorlayan bir durumdur . Bu nedenle SMPS normal çalışması sırasında doymaya girmeyecek şekilde ( Akım sınırlamalı , Current Limit , Current mode ) , çalıştırılmak zorundadır. Transformatör buna göre tasarlanmalıdır. Fly back SMPS lerde doymanın önüne geçmek için , çekirdekte küçük bir hava aralığı bırakılır ( 0,1 .. 0,2 mm ) .
Aşağıdaki dosya N27 tip çekirdek için , Primer ve sekonder sarım sayılarını hesapladığım , excel dosyası ekte.
SNUBBER
Bobinin anahtarlanması sırasında , yüksek gerilimler oluşur.
Neden VL= L . Di/Dt
Bobin üzerindeki Gerilim = Endüktans * Akım değişimi / süre
Hepimiz , bir röleye 12 v verip aniden kestiğimizde , bobinin uçlarından hafifçe çarpıldığımıza tanık olmuşuzdur.
Oysa 12 V normal şartlarda bir insanı çarpacak gerilim değildir.
Ancak akımın aniden kesilmesi röle bobininde 90-100 V'a varan gerilim sıçramaları oluşturur.
SMPS de akım çok hızlı kesildiğinden , 220 V girişli bir SMPS de 600 - 1000 V luk sıçramalar olur. Bu durum yarı iletkenleri çok zorlar . Bu nedenle snubber denilen , yarı iletken uçlarında gerilim yükselmesini önleyen direnç , kondansatör , diyot ... gibi devre elamanlarıyla oluşturulan , gerilim sınırlama devreleri oluşturulur.
ÖDEV : Snubber devrelerinin internetten araştırılması.
SMPS lerde YARI İLETKENLERİ ZORLAYAN PARAMETRELER
Akım
Gerilim
Akım yükselme hızı
Gerilim Yükselme hızı
Yüksek frekanslara çıkılması
Akımın düşme hızı
ÇIKIŞ FİLTRE KONDANSATÖRLERİ
Filtre kondansatörlerinin kapasiteleri frekans yükseldikçe düşer. Fakat bu kondansatörlerden geçen akım , 50 Hz için yapılan filtrelerden yüksektir. Bu nedenle SMPS çıkış filtre kondansatörlerinin özel seçilmesi gerekir .
Çıkış filtrelerinde Elektrolitik kondansatöre paralel bir seramik ( yada multi layer ) Kondansatör gözlenir .
Örneğin 100 uF lık bir kondansatöre 100nf lık bir kondansatörün bağlandığı gözlenir. Seramik kondansatörün ESR ( Equivalent serial resistance , Eşdeğer seri direnç ) si oldukça düşüktür. Elektrolitik kondansatörden geçecek aşırı akımları aşağıya çeker.
SMPS TASARIMINDA ARA DEĞERLENDİRME
Görüldüğü gibi SMPS tasarımında , Trafo sarım sayısını belirlemek , doğru bir SMPS inşa etmek için yeterli değildir.
Trafo tasarımı en önemli nokta değildir.
Buraya kadar hiç sözü edilmeyen Giriş Filtresi , Giriş akım sınırlama , Güç katsayısı düzeltme gibi konulardan bahsedilemedi. Rezonans modları , 0 akım geçişli , 0 gerilim geçişli SMPS devreleri geliştirilmiştir . Bu yeni Teknolojiler konusunda oldukça kısıtlı bilgiye sahibim. Yalnız bu topolojiler çok yaygınlıkta kazanmadı . İşin Ana omurgası güncelliğini koruyor.Özel olarak 1,5 MHz frekansına kadar SMPS ler Mevcuttur.
sinüs dalga switch mod trafo mu var ki
Sinüs formunda SMPS yok . Zaten işin prensibi dalga formunun kare olmaması üzerine kurulu . Ancak PWM denilen teknikle , çıkışta sinüse benzeyen bir biçim elde edilebilir.
Merhaba
Ben bir süredir forum üzerinde olsun değişik kaynaklar olsun SMPS tasarlamaya çalışıyorum.Bunun için
normal trafolar değil kare dalga için smps trafolarının olduğunu öğrendim.Birkaç döküman buldum.Ama hep elde sarmaya yönelik anlatımlar var.
Ben hesaplamaları yapıp bir profesyonel yere sardırmayı düşünüyorum.Parametreleri elde etmek için
hesapları anlatan birileri olursa çok sevinirim.Hazır programlardan bahsetmiyorum.Amaç mantığıyla kavrayabilmek.Bu başlık altında bu işi çözmek derdindeyim.
1.Sorum: Trafonun doyuma gitmesi ne demek ?
akım aşırı artınca çekirdeğin güç iletemeyeceği bir noktaya gelinir. Bu noktadan sonra giriş akım aşırı artmasına karşın , çıkışta bir güç artışı olmaz . Primerdeki akım artışının , sekondere iletilen güçte artış yapamadığı noktaya , transformatörün ( Çekirdeğin ) doymanoktası denir . Katologlar incelenirse Tesla biriminde Max. Manyetik akı saptanır . Giriş akımı bu değerin üzerine çıkmayacak şekilde tasarlanmalıdır.