No entanto, escolher um transformador de alta frequência não é simplesmente uma questão de combinar a tensão de entrada e de saída. O transformador deve corresponder à topologia de comutação, frequência operacional, nível de potência, núcleo magnético, configuração do enrolamento, requisitos de isolamento e condições térmicas da fonte de alimentação.
Para projetos de fornecimento de energia industrial e OEM, esses parâmetros devem ser considerados em conjunto, em vez de selecionados de forma independente.
1. Comece com os requisitos de energia
O primeiro parâmetro a definir é a potência necessária.
Um transformador usado em uma fonte de alimentação auxiliar de 20 W tem requisitos muito diferentes de um usado em uma fonte de alimentação chaveada de 500 W ou superior. A potência necessária afeta o tamanho do núcleo magnético, o projeto do enrolamento, a seleção do fio, o desempenho térmico e as dimensões gerais do transformador.
Ao selecionar um transformador de alta frequência, forneça:
Potência de saída nominal
Potência máxima de entrada
Número de canais de saída
Eficiência necessária
Condições operacionais esperadas
O transformador deve ter capacidade de gerenciamento de energia-suficiente para a condição operacional real, em vez de ser selecionado apenas de acordo com a potência nominal de saída.
Para um transformador personalizado, a faixa de potência real é uma das primeiras informações que um fabricante precisa para projetos magnéticos e de enrolamento.
2. Combine a tensão de entrada e saída
A tensão de entrada e saída determina a relação de transformação básica.
Para uma fonte de alimentação chaveada, entretanto, a relação de espiras do transformador nem sempre pode ser selecionada simplesmente dividindo a tensão de entrada pela tensão de saída. A topologia de comutação e o ciclo de trabalho também influenciam a relação de espiras necessária.
Por exemplo, os requisitos do transformador podem diferir significativamente entre:
Conversores flyback
Conversores diretos
Conversores push{0}}pull
Conversores de meia{0}}ponte
Conversores-ponte completos
Portanto, ao solicitar um transformador chaveado de fonte de alimentação, é melhor fornecer a faixa real de tensão operacional em vez de apenas uma tensão nominal de entrada.
Informações importantes incluem:
Tensão mínima de entrada
Tensão nominal de entrada
Tensão máxima de entrada
Tensão de saída necessária
Corrente de saída
Requisitos de saída CC
Isso permite que o projeto do transformador seja compatível com toda a faixa operacional da fonte de alimentação.
3. Considere a frequência de comutação
A frequência operacional é um dos parâmetros que definem um transformador de alta frequência.
À medida que a frequência de chaveamento aumenta, o transformador geralmente pode usar um núcleo magnético menor para um determinado nível de potência. No entanto, frequências mais altas também aumentam certas perdas, incluindo perdas no núcleo e perdas-relacionadas ao enrolamento.
Portanto, a frequência não deve ser tratada simplesmente como “quanto maior, melhor”.
O fabricante do transformador deve conhecer a frequência de comutação real ou a faixa de frequência da fonte de alimentação.
As considerações típicas de design incluem:
Frequência de comutação
Variação de frequência
Material principal
Perda central
Perda de enrolamento
Aumento de temperatura
Um transformador projetado para uma faixa de frequência não deve ser automaticamente substituído por outro transformador simplesmente porque as classificações de tensão e potência parecem semelhantes.
4. Selecione o núcleo magnético apropriado
O núcleo magnético está no centro do desempenho do transformador de alta frequência.
O material do núcleo e a geometria afetam:
Perda central
Características de saturação
Aumento de temperatura
Tamanho do transformador
Frequência operacional
Capacidade de transferência de energia
Núcleos de ferrite são comumente usados em aplicações de comutação de alta frequência devido à sua adequação para operação de alta-frequência e perda de núcleo relativamente baixa em comparação com materiais destinados a aplicações de-frequência mais baixa.
A geometria do núcleo também é importante. Diferentes projetos podem usar diferentes formatos de núcleo dependendo do espaço de instalação disponível, nível de potência, disposição do enrolamento e requisitos térmicos.
Para transformadores de alta frequência personalizados, o núcleo deve, portanto, ser selecionado de acordo com os requisitos elétricos e mecânicos completos, e não apenas pelo tamanho.
5. Preste atenção ao design do enrolamento
O enrolamento é outro fator importante que afeta o desempenho do transformador.
Em frequências mais altas, a distribuição da corrente no condutor muda e a resistência CA pode se tornar uma importante fonte de perdas. O arranjo dos enrolamentos também afeta a indutância de vazamento, a capacitância parasita, a distância de isolamento e o acoplamento entre os enrolamentos primário e secundário.
Dependendo da aplicação, o projeto pode precisar considerar:
Diâmetro do fio
Número de voltas
Arranjo de enrolamento
Acoplamento primário-para{1}}secundário
Isolamento entre enrolamentos
Rastejamento e liberação
Indutância de vazamento
Capacitância parasita
Para transformadores de fonte de alimentação chaveada, uma estrutura de enrolamento bem{0}}projetada pode ajudar a equilibrar o desempenho elétrico, os requisitos de isolamento e o desempenho térmico.
6. Verifique o aumento da temperatura
O aumento da temperatura é um parâmetro prático importante que não deve ser esquecido.
As perdas do transformador estão associadas principalmente ao núcleo magnético e aos enrolamentos. Se estas perdas forem demasiado elevadas para as condições de refrigeração disponíveis, a temperatura do transformador pode aumentar excessivamente durante a operação contínua.
Ao selecionar um transformador, considere:
Tempo de operação contínuo
Temperatura ambiente
Condições de gabinete
Resfriamento natural ou forçado
Perda central
Perda de cobre
Espaço de instalação
Um transformador que funcione bem em condições de laboratório pode exigir um projeto diferente quando instalado dentro de uma fonte de alimentação compacta e fechada.
Por esta razão, o ambiente térmico deve ser incluído na especificação para o desenvolvimento de transformadores personalizados.
7. Defina os requisitos de isolamento e isolamento
Para fontes de alimentação chaveadas isoladas, o isolamento elétrico entre os lados primário e secundário é um requisito crítico de projeto.
A estrutura de isolamento necessária depende da aplicação, tensão de trabalho, requisitos de segurança e padrões aplicáveis.
A especificação do transformador pode precisar definir:
Tensão de isolamento
Isolamento primário-a{1}}secundário
Material de isolamento
Distância de fuga
Distância livre
Fita isolante ou outras estruturas de isolamento
Esses requisitos devem ser estabelecidos antes da produção porque podem afetar diretamente o arranjo do enrolamento, a seleção da bobina, as dimensões do transformador e o processo de fabricação.
8. Considere o espaço de instalação
O desempenho elétrico é apenas parte da seleção do transformador. O transformador também deve caber na fonte de alimentação final.
Para aplicações montadas-em PCB, as dimensões mecânicas e a configuração dos pinos são particularmente importantes.
Antes de selecionar um transformador, verifique:
Comprimento máximo
Largura máxima
Altura máxima
Configuração de pinos
Método de montagem de PCB
Escoamento e folga necessários
Espaço disponível ao redor do transformador
Isto é particularmente importante ao substituir um transformador existente. Um componente com especificações elétricas semelhantes ainda pode ser inadequado se suas dimensões mecânicas ou disposição dos pinos forem diferentes.
9. Considere a indutância de vazamento e os parâmetros parasitas
Para aplicações de comutação-de alta frequência, o comportamento ideal do transformador não pode ser assumido.
A indutância de vazamento e a capacitância parasita podem influenciar as formas de onda de comutação, os picos de tensão, o desempenho de EMI e a eficiência geral do conversor.
A importância destes parâmetros depende da topologia e das condições de comutação.
Para algumas aplicações, minimizar a indutância de fuga é importante para melhorar o acoplamento entre os enrolamentos primário e secundário. Em outros projetos, uma quantidade controlada de indutância de vazamento pode ser incorporada intencionalmente no projeto magnético.
Portanto, a indutância de fuga deve ser considerada como parte do projeto completo do conversor, em vez de avaliada de forma independente.
10. Forneça informações completas ao solicitar um transformador personalizado
Para projetos de fontes de alimentação chaveadas personalizadas e OEM, especificações incompletas geralmente levam a revisões desnecessárias de projeto.
Ao entrar em contato com um fabricante de transformadores de alta frequência, é útil fornecer:
| Parâmetro | Informações a serem fornecidas |
|---|---|
| Aplicativo | Fonte de alimentação chaveada / conversor / carregador / equipamento industrial |
| Tensão de entrada | Mínimo/nominal/máximo |
| Tensão de saída | Tensão de saída necessária |
| Corrente de saída | Corrente nominal e máxima |
| Poder | Faixa de potência necessária |
| Frequência de comutação | Frequência ou faixa operacional |
| Topologia | Flyback/avançar/empurrar-puxar/meia-ponte/ponte{2}}completa |
| Isolamento | Tensão de isolamento necessária |
| Temperatura operacional | Temperatura ambiente e esperada |
| Dimensões | Espaço máximo de instalação disponível |
| Montagem | PCB/passante-orifício/outro |
| Quantidade | Protótipo/pequeno lote/produção em massa |
Quanto mais completa a especificação inicial, mais fácil será para o fabricante do transformador avaliar o projeto magnético, a estrutura do enrolamento, os requisitos de isolamento e a viabilidade de produção.
Qual é o transformador de alta frequência certo para sua fonte de alimentação?
Não existe um único transformador de alta frequência que se adapte a todas as fontes de alimentação chaveadas.
A seleção correta depende da relação entre potência, tensão, frequência, topologia, núcleo magnético, projeto do enrolamento, isolamento, condições térmicas e espaço mecânico.
Para aplicações padrão, um transformador de alimentação chaveado existente pode ser suficiente. Para equipamentos OEM, fontes de alimentação industriais, carregadores, conversores e outros sistemas-específicos de aplicação, um transformador de alta frequência personalizado pode ser projetado de acordo com os requisitos elétricos e mecânicos reais.
A chave é fornecer ao fabricante do transformador as condições operacionais completas, em vez de selecionar um componente apenas com base na tensão ou na potência.
Principais conclusões
Ao escolher um transformador de alta frequência para uma fonte de alimentação chaveada, preste atenção especial a:
- Potência necessária e corrente de saída
- Faixa de tensão de entrada e saída
- Frequência de comutação
- Topologia do conversor
- Material e tamanho do núcleo magnético
- Configuração do enrolamento e seleção de fios
- Aumento de temperatura e condições de resfriamento
- Requisitos de isolamento e isolamento
- Indutância de vazamento e parâmetros parasitas
- Dimensões mecânicas e requisitos de montagem
Um transformador adequadamente combinado pode ajudar a fonte de alimentação chaveada a alcançar o desempenho elétrico, a estabilidade térmica, o isolamento e a confiabilidade operacional-de longo prazo necessários.