効率的な電源回路を設計することは、それほど難しいことではありません。すでにSMPS回路を使用したことがある人は、フライバックトランスの設計が効率的な電源回路の設計に重要な役割を果たすことに容易に同意するでしょう。ほとんどの場合、これらのトランスは、私たちの設計に適したまったく同じパラメータで市販されていません。したがって、このトランス設計チュートリアルでは回路設計の必要に応じて、独自のトランスを構築する方法を学習します。このチュートリアルは、実際の露出のために上の画像に示すように、別のチュートリアルの後半で手作りのトランスを備えた5V 2ASMPS回路を構築する理論のみをカバーしていることに注意してください。トランスフォーマーにまったく慣れていない場合は、トランスフォーマーの基本の記事を読んで、手順をよりよく理解してください。
SMPSトランスの部品
SMPS変圧器の設計が異なる持っている変圧器の部品に直接変圧器のパフォーマンスを担当しています。変圧器に存在する部分は、我々は、各パートの重要性とそれがどのようにあなたのトランス設計のために選択する必要が学びます、以下に説明されています。これらの部品は、他のタイプの変圧器でもほとんどの場合同じです。
芯
SMPSは、スイッチモード電源ユニットの略です。SMPSトランスの特性は、動作する周波数に大きく依存します。高いスイッチング周波数は、これらの高周波のより小さなSMPSトランスを選択する可能性を開きます。SMPSトランスはフェライトコアを使用します。
トランスコアの設計は、 SMPSトランス建設中で最も重要なものです。コアの材質、コアサイズ、コアの種類によって、コアのA L（ギャップなしコアインダクタンス係数）の種類が異なります。一般的なコア材料のタイプは、N67、N87、N27、N26、PC47、PC95などです。また、フェライトコアの製造元は、データシートに詳細なパラメータを提供しており、トランスのコアを選択する際に役立ちます。
たとえば、これは人気のあるコアEE25のデータシートです。
上の画像は、広く普及しているコアメーカーであるTDKのPC47材料のEE25コアのデータシートです。変圧器の建設には、あらゆる情報が必要になります。ただし、コアには出力ワット数の直接的な関係があるため、SMPSのワット数が異なると、コアの形状とサイズも異なる必要があります。
ワット数に応じたコアのリストは次のとおりです。リストは0〜100Wの構造に基づいています。リストのソースは、PowerIntegrationのドキュメントから取得されます。この表は、ワット数定格に基づいて変圧器の設計に適したコアを選択するのに役立ちます。
| 最大出力電力 | TIW構造用のフェライトコア | マージン創傷構造用のフェライトコア |
| 0-10W |
EPC17、EFD15、EE16、EI16、 EF15、E187、EE19、EI19 |
EEL16、EF20、EEL19、EPC25、EFD25 |
| 10〜20W |
EE19、EI19、EPC19、EF20、 EFD20、EE22、EI22 |
EEL19、EPC25、EFD25、EF25 |
| 20-30W | EPC25、EFD25、E24 / 25、EI25、EF25、EI28 |
EPC30、EFD30、EF30、EI30、 ETD29、EER28 |
| 30-50W |
EI28、EF30、EI30、ETD29、 EER28 |
EI30、ETD29、EER28、
EER28L、EER35 |
| 50-70W |
EER28L、ETD34、EI35、 EER35 |
EER28L、ETD34、EER35、 ETD39 |
| 70-100W |
EPC30、EFD30、EF30、EI30、 ETD29、EER28 |
EER35、ETD39、EER40、E21 |
ここで、TIWという用語はトリプル絶縁電線構造の略です。Eコアは最も人気があり、SMPSトランスで広く使用されています。ただし、EコアにはEE、EI、EFD、ERなどいくつかのケースがあります。それらはすべて文字「E」のように見えますが、中心部分は物質ごとに異なります。Eコアの一般的なタイプを画像を使用して以下に示します。
EEコア
EIコア
ERコア
EFDコア
ボビン
ボビンは、コアと巻線のハウジングです。ボビンには、線径と変圧器の構造を計算するために不可欠な有効幅があります。これだけでなく、トランスのボビンにも一次巻線の情報を提供する点線のマークがあります。一般的に使用されるEE16トランスボビンを以下に示します。
一次巻線
巻SMPSトランスは、それがより多くの二次巻線又は補助巻線を肝炎かもしれない設計に基づいて、一次巻線及び二次巻線の一方の最小値を有することになります。一次巻線は、トランスの最初で最も内側の巻線です。 SMPSの一次側に直接接続されています。通常、一次側の巻線数はトランスの他の巻線よりも多くなります。トランスの一次巻線を見つけるのは簡単です。一次巻線のトランスのドット側をチェックする必要があります。これは通常、MOSFETの高電圧側の両端にあります。
SMPS回路図では、変圧器の一次側に接続された高電圧コンデンサからの高電圧DCと、もう一方の端がパワードライバ（内部MOSFETドレインピン）または別の高電圧MOSFETのドレインピンに接続されていることがわかります。 。
二次巻線
二次巻線は、一次側の電圧と電流を必要な値に変換します。一部のSMPS設計では、トランスには通常複数の2次出力があるため、2次出力の検出は少し複雑です。ただし、SMPS回路の出力側または低電圧側は一般に2次巻線に接続されます。二次巻線の一方の側はDC、GNDであり、もう一方の側は出力ダイオードの両端に接続されています。
説明したように、SMPSトランスは複数の出力を持つことができます。したがって、SMPSトランスは複数の2次巻線を持つこともできます。
補助巻線
ドライバー回路がドライバーICに電力を供給するために追加の電圧源を必要とするSMPS設計にはさまざまなタイプがあります。補助巻線は、この追加電圧をドライバ回路に提供するために使用されます。たとえば、ドライバICが12Vで動作している場合、SMPSトランスにはこのICに電力を供給するために使用できる補助出力巻線があります。
絶縁テープ
変圧器は、異なる巻線間に電気的接続がありません。したがって、異なる巻線を巻き付ける前に、絶縁テープを巻線に巻き付けて分離する必要があります。典型的なポリエステルバリアテープは、ボビンの種類ごとに幅が異なります。テープの厚さは、絶縁を提供するために1〜2ミルである必要があります。
変圧器の設計手順：
変圧器の基本要素がわかったので、以下の手順に従って独自の変圧器を設計できます。
ステップ1 ： 目的の出力に適したコアを見つけます。上記のセクションにリストされている適切なコアを選択してください。
ステップ2 ： 一次ターンと二次ターンを見つける。
一次ターンと二次ターンは相互接続されており、他のパラメータに依存します。 一次巻線と二次巻線を計算するための トランスの設計式は次のとおりです。
ここで、
N p は主要なターンであり、
N s は二次ターンであり、
Vmin は最小入力電圧であり、
Vds は、パワーMOSFETのドレイン-ソース間電圧です。
Vo は出力電圧です
Vd は出力ダイオードの順方向電圧降下です
そして、 Dmax は最大デューティサイクルです。
したがって、一次巻線と二次巻線は相互接続されており、巻数比があります。上記の計算から比率を設定できるため、2次ターンを選択することで、1次ターンを見つけることができます。二次巻線の出力電圧ごとに1ターンを使用することをお勧めします。
ステップ3： 次の段階は、トランスの一次インダクタンスを見つけることです。これは、次の式で計算できます。
どこ、
P 0は出力電力であり、
zは損失配分係数であり、
nは効率、
f sはスイッチング周波数、
I p はピーク一次電流であり、
K RPは、リップル電流とピークの比率です。
ステップ4： 次の段階は、目的のギャップコアの実効インダクタンスを見つけることです。
上の画像は、ギャップのあるコアが何であるかを示しています。ギャップは、コアの一次インダクタンスの値を目的の値に減らす手法です。コアメーカーは、希望するALG 定格のギャップ付きコアを提供しています。値が利用できない場合は、コア間にスペーサーを追加するか、コアを研磨して目的の値を取得できます。
ステップ5： 次のステップは、一次線と二次線の直径を調べることです。一次ワイヤの直径（ミリメートル）は
BWここで、Eは、 効果的なボビン幅とN pは 、一次巻線の数です。
二次ワイヤの直径（ミリメートル）は-
BW Eは有効ボビン幅、N S は二次巻数、Mは両側のマージンです。ワイヤは、AWGまたはSWG規格に変換する必要があります。
二次導体の場合、表皮効果が増加するため、26AWGを超えることは許可されません。そのような場合、平行線を構築することができます。平行線巻きでは、2次側に3本以上の線を巻く必要がある場合、各線の直径が実際の1本の線の値の代わりになり、変圧器の2次側に簡単に巻くことができます。これが、1つのコイルに2本のワイヤーがある変圧器を見つける理由です。
これはすべて、SMPSトランスの設計に関するものです。設計に関連する重要な複雑さのため、電力統合用のPIExpertやSTのViperなどのSMPS設計ソフトウェアは、必要に応じてSMPSトランスを変更および構成するためのツールと優れた機能を提供します。より実用的な露出を得るには、この5V 2A SMPS設計チュートリアルを確認してください。ここでは、PI Expertを使用して、これまでに説明したポイントを使用して独自の変圧器を構築しました。
チュートリアルを理解し、新しいことを楽しんでいただければ幸いです。ご不明な点がございましたら、コメントセクションに残すか、フォーラムに投稿して、迅速に対応してください。