№9 / 2015 / статья 7

Подбор правильного трансформатора для драйвера MAX13256

Михаель Шерренбург (Maxim Integrated)

Микросхема MAX13256 – это 10-ваттный драйвер трансформатора для передачи мощности через изоляционный барьер производства компании Maxim Integrated. Для повышения производительности схемы на его основе требуется подробная спецификация трансформатора. Совместно с MAX13256 могут использоваться разные трансформаторы, но далеко не все из них содержат в своих технических характеристиках необходимые данные. В статье описано, как выбрать трансформатор, соответствующий задаче разработчика.

Микросхема MAX13256 — это небольшой высокопроизводительный драйвер трансформатора, который идеально подходит для изолированных устройств передачи мощности, применяемых в промышленности или медицине. MAX13256 является компонентом нерегулируемого преобразователя постоянного тока (DC/DC) и, следовательно, не имеет обратной связи для управления выходным напряжением. По этой причине преимущественной областью применения MAX13256 являются вторичные источники питания, для которых не требуется точной установки выходного напряжения. Однако даже при необходимости хорошей стабилизации выходного напряжения комбинация MAX13256 с пострегулятором может быть экономически конкурентоспособным решением.

Так каким же образом устанавливаются выходные напряжения? В отличие от регулируемых преобразователей постоянного напряжения, MAX13256 подает на трансформатор прямоугольные импульсы с постоянным коэффициентом заполнения 50%. Следовательно, выходное напряжение зависит от коэффициента трансформации. Поэтому необходимо обратить пристальное внимание на выбор трансформатора для каждого применения.

Поиск подходящего трансформатора можно проводить путем как выбора изделия из списка разработанных специально для MAX13256, так и поиска подходящей позиции в каталогах трансформаторов общего назначения. Кроме того, поставщики трансформаторов изготавливают нестандартные изделия. Причем можно получить быстрый выход изделий с нулевыми или незначительными разовыми затратами на разработку (NRE), так что если одна из стандартных позиций не соответствует вашим требованиям, вы можете задать спецификацию своего собственного трансформатора. Многие поставщики трансформаторов принимают спецификации системного уровня. Вы также узнаете, как помочь с предварительным проектированием тем поставщикам, которые нуждаются в дополнительной поддержке.

Важные факторы, влияющие на технические характеристики трансформатора

Убедившись в том, что трансформатор соответствует требованиям к изоляции, можно перейти к рассмотрению других параметров. Технические характеристики трансформатора влияют на:

  • мощность, рассеиваемую в MAX13256 вследствие потерь в сердечнике и индуктивности намагничивания;
  • мощность, рассеиваемую в трансформаторе вследствие потерь в сердечнике, индуктивности намагничивания, сопротивлений первичной и вторичной обмоток;
  • выходное напряжение вследствие сопротивлений первичной и вторичной обмоток;
  • максимальный выходной ток вследствие потерь в сердечнике и индуктивности намагничивания.

Выбор из перечня трансформаторов, специально разработанных для MAX13256

Зачастую имеющийся трансформатор достаточно близко соответствует требованиям конкретного применения. Это отличный вариант для старта ввиду того, что многие факторы уже учтены при его разработке. Этот трансформатор обеспечивает номинальный ток в заданном температурном диапазоне.

Если в техническом описании трансформатора указана совместимость с MAX13256, изучите техническое описание, чтобы убедиться в соответствии вашим требованиям следующих характеристик:

  • уровня изоляции;
  • диапазона температур;
  • выходного тока нагрузки.

Для дальнейшей проверки характеристик используйте электронную таблицу “MAX13256 Specific Transformer”. Избегайте соблазна превысить предельные параметры. Например, превышение выходного тока, указанного в техническом описании, может привести к перегреву трансформатора или MAX13256.

Важным этапом в разработке схемы драйвера трансформатора является изготовление макета и испытание его на стенде с целью проверки работы с различными нагрузками и при повышенной температуре. Учитывать все факторы в анализе нецелесообразно. Анализ следует рассматривать как средство для предварительного проектирования, и нужно быть готовым к незначительным изменениям первоначального проекта по результатам лабораторных испытаний макета.

Использование электронной таблицы “MAX13256 Specific Transformer”

Для трансформаторов, разработанных специально для совместного применения с MAX13256, имеется информация о диапазоне температур, уровне изоляции, произведении ET (иногда называемом постоянной ET), максимальном токе вторичной обмотки (выходном токе) и сопротивлениях первичной и вторичной обмоток. В описании обычно отсутствуют данные о потерях в сердечнике и индуктивности намагничивания.

С данным набором параметров возможно выполнить качественную разработку. На этапе проектирования можно проверить многие важные параметры. Однако данные об общей рассеиваемой мощности или КПД следует получить в стендовых испытаниях макета. Проверка сводится к тому, чтобы не превысить значение произведения ET и обеспечить выходное напряжение, достаточное для предполагаемого применения. Например, у вас есть источник питания 26 В, из которого нужно получить изолированный источник 5 В. Устройство работает в коммерческом диапазоне температур, требует электрической прочности изоляции 5 кВ и должно обеспечивать ток нагрузки 0,5 A.

Поиск дает нам подходящий вариант – TGMR-502V6LF [1]. По уровню изоляции трансформатор соответствует заданным требованиям, а по нагрузочной способности выхода и температурному диапазону превосходит их. Давайте проверим другие параметры с помощью электронной таблицы. Рисунок 1 показывает, какие данные из технического описания MAX13256 необходимо ввести в первом разделе таблицы.

Рис. 1. Ввод данных в разделе MAX13256 при использовании специализированного трансформатора

Рис. 1. Ввод данных в разделе MAX13256 при использовании специализированного трансформатора

В ячейке таблицы С3 записана сумма сопротивлений ключей мостовой схемы MAX13256 в открытом состоянии, то есть сумма значений ROH и ROL из технического описания микросхемы. Типовое значение этого параметра составляет 1,6 Ом. Для наихудшего случая в ячейку С3 следует ввести значение 2,5 Ом. В ячейке таблицы С4 записана минимальная частота коммутации, кГц. Если вы используете внутренний генератор – это значение составляет 510 кГц. В случае тактирования от внешнего источника введите в эту ячейку минимальную частоту, подаваемую на вывод CLK.

Далее введите во второй раздел таблицы параметры из технического описания трансформатора, как показано на рисунке 2.

Рис. 2. Ввод данных в трансформаторном разделе при использовании специализированного транс- форматора

Рис. 2. Ввод данных в трансформаторном разделе при использовании специализированного транс-
форматора

Введите напряжение питания MAX13256 VDD в ячейку электронной таблицы C7. В данном примере это 26 В. Введите выходной ток нагрузки в ячейку С8. Для данного примера он составляет 0,5 А. В ячейки С9…С12 необходимо ввести данные из технического описания трансформатора.

38633 38638
Рис. 3. Топологии выходного выпрямителя MAX13256: а) двухтактный выпрямитель со средней
точкой (push-pull rectifier), б) мостовой выпрямитель (full wave rectifier)

На рисунке 3 показаны две распространенные топологии выходного выпрямителя. Введите в ячейку C11 удвоенное число витков первичной обмотки, если используется двухтактный выпрямитель со средней точкой (топология push-pull). Например, если TGMR-512V6LF подключен к двухтактному выпрямителю со средней точкой, введите «8» в ячейку С11 и «1» в ячейку С12.

Данные, вводимые в ячейку С13, зависят от топологии выпрямителя. Для мостовых выпрямителей выходное напряжение уменьшается на удвоенную величину напряжения прямого смещения диода, тогда как для двухтактных выпрямителей со средней точкой — на величину напряжения одного диода. Обратитесь к техническому описанию диода для определения расчетного напряжения прямого смещения. Если тип диода еще не выбран – введите значение по умолчанию из таблицы 1, а затем замените его уточненным значением после выбора конкретного диода.

Таблица 1. Значение ячейки C13 в вольтах по умолчанию

Топология выпрямителя Технология диода
Шоттки Кремниевый с p-n-переходом
Двухтактный со средней точкой (push-pull) 0,45 0,7
Мостовой (full wave) 0,7 1,4

Наконец, обратитесь к четвертому разделу таблицы «результаты вычислений». В ячейке C23 вычисляется минимально допустимое значение константы ET для данного применения. Соответствующий параметр трансформатора должен быть больше или равен этому значению. Для трансформатора Halo TGMR-502V6LF постоянная ET составляет 60 В•мкс, что больше необходимого минимума, рассчитанного в ячейке C23.

Рис. 4. Результаты расчетов специализированного трансформатора

Рис. 4. Результаты расчетов специализированного трансформатора

Ячейка таблицы С24 показывает, что выходное напряжение выпрямителя равно примерно 5,4 В (рисунок 4). Если изолированный источник 5 В должен быть стабилизированным, к этому выходу следует подключить стабилизатор с малым падением напряжения (LDO), у которого величина падения напряжения составляет 0,4 В или меньше.

Поскольку не все факторы учитываются при анализе, для наихудшего случая следует уменьшить выходное напряжение на величину 1…5%. Также обратите внимание, что для очень малых нагрузок выходное напряжение может быть гораздо выше, чем рассчитывается. Это можно видеть, например, на нижнем правом графике на странице 5 в техническом описании MAX13256.

Для ответа на вопрос о величине выходного напряжения при малой нагрузке необходимо провести стендовые испытания макета и измерить выходное напряжение при планируемой минимальной нагрузке. В некоторых случаях уменьшить выходное напряжение при малых нагрузках можно шунтированием выхода дополнительным резистором.

Выбор не специализированного для MAX13256 трансформатора

Что делать, если вы не можете найти стандартный трансформатор, специально разработанный для использования с MAX13256? Расширьте свой поиск включением в него стандартных трансформаторов, не специализированных для MAX13256. Просмотром всего нескольких параметров можно быстро сократить длинный список возможных вариантов.

Во-первых, исключите из рассмотрения любые трансформаторы, не отвечающие вашим требованиям к изоляции. Далее обратите внимание на коэффициент трансформации и произведение ET. Рассмотрение этих параметров зависит от наличия отвода от середины какой-либо обмотки. Например, если первичная обмотка имеет отвод от середины, можно подключить либо всю обмотку, либо только ее половину. Трансформатор с отводом от середины одной обмотки обеспечивает два возможных варианта подключения, а с отводами от первичной и вторичной обмоток — четыре.

Таблица 2. Критерии выбора стандартного трансформатора

Использовать ли отвод от середины первичной обмотки? Использовать ли отвод от середины вторичной обмотки? Расчетное значение произведения ET должно быть не более Отношение, которое должно превышать ориентировочное значение коэффициента трансформации
нет нет Константы ET трансформатора Число витков всей вторичной обмотки к числу витков всей первичной обмотки
нет да Константы ET трансформатора Число витков 1/2 вторичной обмотки к числу витков всей первичной обмотки
да нет 1/2 константы ET трансформатора Число витков всей вторичной обмотки к 1/2 числа витков первичной обмотки
да да 1/2 константы ET трансформатора Число витков 1/2 вторичной обмотки к 1/2 числа витков первичной обмотки

Согласно таблице 2 выберите из всех вариантов только те, которые отвечают критериям как в третьем, так и в четвертом столбцах. В этом случае произведение ET рассчитывается как:

form_1где:

  • ET — расчетная величина, В мкс, основанная на требованиях к разрабатываемому устройству;
  • VIN — входное напряжение питания, В;
  • fSW — минимальная частота тактирования, кГц (или 510 кГц, если используется внутренний генератор).

В заключение проверьте пригодность выбранного трансформатора для данного применения с помощью электронной таблицы “MAX13256 General-Purpose Transformer”.

Использование электронной таблицы “MAX13256 General-Purpose Transformer”

Помимо уже перечисленных характеристик, во многих технических описаниях трансформаторов указана также индуктивность намагничивания, которую иногда называют индуктивностью первичной обмотки. Этот параметр также называют индуктивностью разомкнутой цепи (OCL) вследствие того, что она измеряется для одной обмотки с разомкнутыми остальными обмотками.

Индуктивность намагничивания является важной характеристикой. В отличие от предыдущих драйверов трансформаторов производства компании Maxim, MAX13256 ограничивает пиковый ток первичной обмотки, что обеспечивает защиту от перегрузки и короткого замыкания. Вследствие индуктивности намагничивания в первичной обмотке формируется ток классической пилообразной формы с постоянной составляющей, показанный на рисунке 5.

Рис. 5. Форма тока первичной обмотки

Рис. 5. Форма тока первичной обмотки

При постоянной нагрузке в обмотке трансформатора протекает средний ток, одна часть которого вызывает потери мощности и нагрев сердечника трансформатора, а другая часть обеспечивает передачу мощности в нагрузку. В индуктивности первичной обмотки формируется пилообразный ток, превышающий в максимуме среднее значение тока. Анализ должен включать в себя расчеты, проверяющие, что пиковый ток не вызовет ложного срабатывания цепи защиты в MAX13256.

Рассмотрим другой пример. Предположим, у вас есть шина питания 12 В, и необходимо создать изолированные шины 12 В 200 мА с изоляцией 1 кВ. Поиск дает нам подходящий вариант, Coilcraft Q4470-CL [2]. Давайте проверим другие параметры, используя таблицу “MAX13256 General-Purpose Transformer”. На рисунке 6 показано, какие данные необходимо ввести в первом разделе таблицы.

Рис. 6. Ввод данных в разделе MAX13256 для трансформатора общего назначения

Рис. 6. Ввод данных в разделе MAX13256 для трансформатора общего назначения

В ячейке таблицы С3 записана сумма сопротивлений ключей мостовой схемы MAX13256 в открытом состоянии, то есть сумма значений ROH и ROL из технического описания микросхемы. Типовое значение этого параметра составляет 1,6 Ом. Для наихудшего случая в ячейку С3 следует ввести значение 2,5 Ом. В ячейке таблицы С4 записана минимальная частота коммутации в кГц. Если Вы используете внутренний генератор – это значение составит 510 кГц. В случае тактирования от внешнего источника введите в эту ячейку минимальную частоту, подаваемую на вывод CLK.

Для защиты от выхода из строя вследствие перегрузки и короткого замыкания MAX13256 ограничивает пиковый ток в первичной обмотке трансформатора. Порог ограничения тока задает резистор, подключенный к выводу ITH. Если не требуется ограничение входного тока – к выводу ITH необходимо подключить резистор 1 кОм, что гарантирует ограничение пикового тока на уровне 500 мА. Если к выводу ITH подключен резистор номиналом более 1 кОм, введите порог ограничения тока в ячейку С5. В противном случае используйте по умолчанию 0,5 A.

Затем введите во втором разделе данные пользователя (“Entered by Customer”), как показано на рисунке 7.

Рис. 7. Ввод данных в разделе пользователя для трансформатора общего назначения

Рис. 7. Ввод данных в разделе пользователя для трансформатора общего назначения

Введите напряжение питания MAX13256 VDD в ячейку таблицы С8. Для данного примера это 12 В. Введите выходной ток нагрузки в ячейку С9. В этом примере он равен 0,2 A. Введите в ячейки C10…C14 данные из технического описания трансформатора. Хотя трансформатор имеет отводы от середины как первичной, так и вторичной обмоток, в данном проекте они не используются. Если использовать отвод от середины первичной обмотки, значение в ячейке С12 должно быть вдвое меньше, то есть 1,5. Точно так же, если использовать отвод от середины вторичной обмотки, значение в ячейке С13 должно быть вдвое меньше, то есть 2.

Данные, вводимые в ячейку С13, зависят от топологии выпрямителя. Для мостовых выпрямителей выходное напряжение уменьшается на удвоенную величину напряжения прямого смещения диода, тогда как для двухтактных выпрямителей со средней точкой — на величину напряжения одного диода. Обратитесь к техническому описанию диода для определения расчетного напряжения прямого смещения. Если тип диода еще не выбран – введите значение по умолчанию из таблицы 1, а затем замените его уточненным значением после выбора конкретного диода.

Далее обратитесь к четвертому разделу таблицы – результатам расчетов, как показано на рисунке 8.

Рис. 8. Результаты расчетов трансформатора общего назначения

Рис. 8. Результаты расчетов трансформатора общего назначения

В ячейке C32 вычисляется минимально допустимое произведение ET для данного применения. Константа ET трансформатора составляет 32 В•мкс, что превышает минимально необходимое значение 23,5 в ячейке C32. Если подключить драйвер MAX13256 к оконечному и среднему выводам первичной обмотки – трансформатор может обеспечить работу только с половинным значением константы или 16 В•мкс. Этого значения недостаточно, поэтому данный трансформатор не может быть подключен с отводом от середины обмотки в данном применении.

В ячейке C33 вычисляется пиковое значение тока в MAX13256. Оно должно быть меньше значения, указанного в ячейке С5. Обратите внимание, что ячейка F33 выводит сообщение «хорошо» (“GOOD”). Если значение в ячейке С33 слишком большое – ячейка F33 выводит сообщение «пиковый ток слишком большой» (“PK CURRENT TOO HIGH”).

Ячейка C35 таблицы вычисляет ожидаемое выходное напряжение схемы, в данном случае – примерно 13,9 В. Для точной регулировки выхода 12 В, если она необходима, имеется достаточный запас для стабилизатора с малым падением напряжения (LDO).

На рисунке 9 приведена информации о рассеиваемой мощности.

Рис. 9. Раздел «Рассеиваемая мощность» для трансформатора общего назначения

Рис. 9. Раздел «Рассеиваемая мощность» для трансформатора общего назначения

Данные по рассеиваемой мощности являются приемлемыми и не должны вызвать проблем в хорошо спроектированной схеме. Обратите внимание, что рассеиваемая мощность трансформатора включает в себя неизвестные потери в сердечнике, которые оцениваются величиной 200 мВт (значение в ячейке С16). Трансформаторы от надежных поставщиков, используемых с MAX13256, как правило, имеют потери значительно ниже оценочных 200 мВт. Это еще одна причина, почему важно проверить работу схемы на испытательном стенде.

Разработка спецификации для поставщиков эксклюзивных трансформаторов

Если вы не можете найти подходящий стандартный трансформатор, вам следует обратиться к поставщику трансформаторов по индивидуальному заказу.

Возможно, лучший способ работать с надежным поставщиком трансформаторов – это работать с ним на этапе проектирования. Используйте электронную таблицу “MAX13256 General-Purpose Transformer” для разработки предварительной спецификации трансформатора.

Вы должны предоставить поставщику трансформаторов следующий набор характеристик, не подлежащих изменению в процессе проектирования:

  • уровень изоляции;
  • постоянная ET;
  • выходной ток;
  • коэффициент трансформации.

Проведем предварительный расчет характеристик, которые могут варьироваться, и будем ожидать предложения по их корректировке от поставщика трансформаторов:

  • Установите индуктивность первичной обмотки в ячейке С14 так, чтобы отношение значения в ячейке С20 к значению в ячейке С9 было не менее 0,3. Это определит минимальную индуктивность первичной обмотки трансформатора. Как правило, это наименее сложная из характеристик, варьируемых для удовлетворения заданных требований.
  • Задайте оценку потерь в сердечнике на уровне 0,2 Вт. Поставщик трансформаторов будет добиваться получения данного значения путем выбора различных марок ферритов и различных конфигураций сердечника. Для вас наиболее ценным окажется, вероятно, опыт работы поставщика трансформаторов с ферритами и сердечниками.
  • Установите сопротивления первичной и вторичной обмоток приблизительно пропорционально отношению числа витков так, чтобы потери трансформатора в ячейке С39 не превышали 0,75 Вт, а потери MAX13256 в ячейке С38 не превышали 1,0 Вт. Эти данные несколько консервативны ввиду того, что производители трансформаторов часто пытаются получить результаты как можно ближе к тем данным, которые вы им предоставляете.

Передайте эту спецификацию поставщику трансформаторов для рассмотрения, а затем скорректируйте их в соответствии с его ответным предложением. Кроме того, чтобы помочь вам с вашим проектом, поставщик трансформаторов предоставляет также показатели качества изготовления и результаты тестирования своих изделий. Это может быть особенно ценно, например, если нужны высокие значения электрической прочности изоляции — более 2,5 кВ.

Проектирование трансформатора с использованием электронной таблицы “XFMR Design MAX13256”

Если вы хотите более детально контролировать процесс разработки своей схемы – можете подготовить эскизный проект трансформатора и передать его для рассмотрения поставщику. Выберите марку феррита и конфигурацию сердечника, а также тип провода и количество витков для каждой обмотки. Даже если для трансформатора планируется только разработка технических требований, предварительное проектирование может дать представление о компромиссах, на которые вынужден идти поставщик трансформаторов.

Для примера разработаем трансформатор для работы MAX13256, который обеспечивает 9 В с током 0,7 A и 5 В с током 0,4 А от входного источника 24 В. Этот трансформатор будет иметь одну первичную и две вторичные обмотки.

Первый шаг заключается в выборе материала феррита. Ввиду того, что в большинстве случаев используется внутренний генератор MAX13256, выбранный материал должен хорошо работать в диапазоне частот 255…700 кГц. Выберите феррит с относительной магнитной проницаемостью более 1000 и индукцией более 0,25 Т. Обратитесь к рисунку 10.

Рис. 10. Раздел технических характеристик феррита в спецификации трансформатора для MAX13256

Рис. 10. Раздел технических характеристик феррита в спецификации трансформатора для MAX13256

Попробуем применить ферритовый материал N49 [3] и используем данные из его технического описания для заполнения таблицы в разделе «феррит».

В ячейке C2 записано максимальное значение индукции 400 мТ при 100°С из технического описания феррита (страница 2, символ BS). Ячейка С3 вычисляет пониженное значение максимальной индукции. Используйте это значение как ориентир, помогающий установить фактическую величину индукции. Исследование графика «Относительные потери в сердечнике от частоты» в левом нижнем углу (страница 5 технического описания феррита), показывает, что кривые 200 мТ заканчиваются на частоте 200 кГц. Чтобы использовать этот материал на частотах выше 300 кГц, индукция должна быть ограничена величиной 100 мТ или меньше. Для расчетов можно попробовать использовать разные значения индукции. Более высокие значения индукции уменьшают потери в проводах, тогда как более низкие значения индукции снижают потери в сердечнике.

Для данного примера выберите значение 75 мТ, заданное в ячейке С4. Согласно этому же графику, на частоте 500 кГц потери в сердечнике составят примерно 700 кВт/м3 при 100 мТ и около 100 кВт/м3 при 50 мT. Среднее геометрическое составляет примерно 265, поэтому введите в ячейку С5 потери в сердечнике 350 кВт/м3 — с запасом, учитывающим возможность работы на частотах выше 500 кГц.

Следующий шаг заключается в выборе сердечника, в данном случае это Ferroxcube®* EP13 [4]. В то время как марка феррита определяет используемый материал, тип сердечника определяет его физическую конфигурацию. Введите данные из технического описания в раздел таблицы, описывающий сердечник, как показано на рисунке 11.

Рис. 11. Раздел технических характеристик сердечника в спецификации трансформатора для MAX13256

Рис. 11. Раздел технических характеристик сердечника в спецификации трансформатора для MAX13256

Параметры, относящиеся к сердечнику, можно найти в верхнем левом углу страницы 693 технических характеристик. Это — площадь поперечного сечения, эффективная длина и эффективный объем сердечника. Площадь окна определяет пространство, доступное для намотки провода. Для сердечника EP13 она рассчитывается по рисунку 1 на странице 693 технического описания. Область окна соответствует одному из незаштрихованных прямоугольников в нижней части рисунка 1 на странице 693 технического описания.

MLT или среднюю длину витка можно найти на странице 696. Провода обмотки не размещаются непосредственно на сердечнике, а наматываются на его каркас, который определяет параметры обмотки.

Далее введите в таблицу требуемые значения напряжений и токов, как показано на рисунке 12.

Рис. 12. Раздел напряжений и токов в спецификации трансформатора для MAX13256

Рис. 12. Раздел напряжений и токов в спецификации трансформатора для MAX13256

Эти данные взяты из технического задания на силовую часть схемы. Обратитесь к рисунку 13.

Рис. 13. Частота коммутации и пиковый ток в спецификации трансформатора для MAX13256

Рис. 13. Частота коммутации и пиковый ток в спецификации трансформатора для MAX13256

В ячейке таблицы С22 записана сумма сопротивлений ключей мостовой схемы MAX13256 в открытом состоянии, то есть сумма значений ROH и ROL из технического описания микросхемы. Типовое значение этого параметра составляет 1,6 Ом. Для наихудшего случая в ячейку С22 следует ввести значение 2,5 Ом. В ячейке таблицы С20 записана минимальная частота коммутации в кГц. Если Вы используете внутренний генератор, это значение составляет 510 кГц. В случае тактирования от внешнего источника, введите в эту ячейку минимальную частоту, подаваемую на вывод CLK.

Для защиты от выхода из строя вследствие перегрузки и короткого замыкания MAX13256 ограничивает пиковый ток в первичной обмотке трансформатора. Порог ограничения тока задает резистор, подключенный к выводу ITH. Если не требуется ограничения входного тока, к выводу ITH необходимо подключить резистор 1 кОм, что гарантирует ограничение пикового тока на уровне 500 мА. Если к выводу ITH подключен резистор номиналом более 1 кОм – введите порог ограничения тока в ячейку С23. В противном случае используйте значение по умолчанию 0,5 A.

Теперь, разобравшись с предварительными расчетами, выберем провод и число витков. Это итерационный процесс. Подбирайте число витков и диаметр провода до получения работоспособной конструкции трансформатора. Добавление витков уменьшает пиковую индукцию в сердечнике, что снижает в нем потери. Однако добавление витков также требует использования более тонких проводов, чтобы разместить обмотки в заданном объеме, что повышает сопротивление обмоток и потери в них.

Процесс начинается с ввода пользователем числа витков в раздел “User Turns” таблицы “MAX13256 Transformer Design”, как показано на рисунке 14.

Рис. 14. Ввод пользователем числа витков в разделе “User Turns” спецификации трансформатора для MAX13256

Рис. 14. Ввод пользователем числа витков в разделе “User Turns” спецификации трансформатора для
MAX13256

Обратите внимание на значения в ячейках С30, С31 и C32. Они задают минимально необходимое число витков. Начнем с ввода этих значений в ячейки С35, С36 и С37 соответственно, как показано на рисунке 14. Клетки D35, D36 и D37 всегда должны показывать значения «хорошо» (“GOOD”). Если одна или несколько из этих ячеек выводят сообщение «недостаточно витков» (“NOT ENOUGH TURNS”), вам необходимо увеличить соответствующее число витков.

Далее переходим в раздел выбора провода (“User Wire”).

На основании числа витков и доступного объема для размещения обмоток, таблица предлагает сортамент проводов в ячейках С51, С53 и С55. Пользователь может их скорректировать. На данный момент просто скопируйте их в клетки C59, C60 и C61, как показано на рисунке 15. Если ячейка D66 выводит сообщение “OVERSTUFFED”, значения в ячейках C59, C60 и C61 должны быть скорректированы вверх, пока не появится сообщение “GOOD”.

Рис. 15. Раздел выбора провода в спецификации трансформатора для MAX13256

Рис. 15. Раздел выбора провода в спецификации трансформатора для MAX13256

Другим важным индикатором является ячейка D86, которая выводит сообщение “PK CURRENT TOO HIGH”, если в проектируемой схеме в нормальном режиме работы может сработать защита от перегрузки MAX13256. Это может произойти либо из-за недостаточного числа витков первичной обмотки, либо из-за попытки передать мощность, превышающую возможности MAX13256. Вследствие того, что порог ограничения пикового тока MAX13256 составляет 0,5 A, входная мощность всегда будет меньше, чем половина напряжения питания. Например, с источника питания 24 В MAX13256 никогда не сможет отобрать мощность более 12 Вт (рисунок 16).

Рис. 16. Раздел выходного напряжения в спецификации трансформатора для MAX13256

Рис. 16. Раздел выходного напряжения в спецификации трансформатора для MAX13256

На рисунке 3 показаны две распространенные топологии выходного выпрямителя. Для мостовых выпрямителей выходное напряжение уменьшается на удвоенную величину напряжения прямого смещения диода, тогда как для двухтактных выпрямителей со средней точкой — на величину напряжения одного диода. Обратитесь к техническому описанию диода для определения расчетного напряжения прямого смещения. Если тип диода еще не выбран – введите значение по умолчанию из таблицы 1 в ячейки C98 и C103, а затем замените его уточненным значением после выбора конкретного диода.

Обратите внимание на результаты в ячейках C99 и C104. Это расчетные значения выходных напряжений. Вместо 9 и 5 В мы получили 7,6 и 4,4 В. Мы должны увеличить число витков вторичных обмоток, чтобы увеличить эти напряжения.

Скорректируйте фактическое число витков вторичных обмоток в ячейках C36 и C37, пока эти напряжения не превысят, в приемлемых пределах, заданные значения. С числом витков вторичных обмоток 10 и 6 мы в итоге получим 9,6 и 5,4 В. Но теперь ячейка D66 выводит сообщение ”OVERSTUFFED”. Увеличение количества витков в данном случае приводит к слишком большому количеству провода в области окна сердечника. Обратите внимание на предложенный электронной таблицей обновленный сортамент проводов (рисунок 17).

Рис. 17. Предложенный электронной таблицей обновленный сортамент проводов

Рис. 17. Предложенный электронной таблицей обновленный сортамент проводов

Ячейки D35, D36, D37, D66 или D86 не выводят никаких предупреждений. С трансформатором, имеющим 22 витка провода калибра 24 в первичной обмотке, 10 витков провода калибра 22 во вторичной обмотке 9 В и 6 витков провода калибра 24 во вторичной обмотке 5 В мы рассчитываем получить выходные напряжения примерно 9,6 В (ячейка С99) с током 0,7 A и 5,4 В (ячейка С104) с током 0,4 А.

Ячейки Е105, F105 и G105 дают оценку рассеиваемой мощности. В данном примере MAX13256 рассеивает около 0,5 Вт, трансформатор будет рассеивать около 0,2 Вт, и выпрямительные диоды рассеивают примерно 1 Вт.

Заключительным этапом является изготовление трансформатора, макетирование схемы и стендовые испытания с целью проверки того, что схема работает заданным образом (рисунок 18).

Рис. 18. Скорректированный раздел выходного напряжения спецификации трансформатора MAX13256

Рис. 18. Скорректированный раздел выходного напряжения спецификации трансформатора MAX13256

Если предполагается подключаться к отводу вторичной обмотки – можно использовать эту же таблицу, установив одинаковое число витков и одинаковое сечение проводов вторичных обмоток.

 

Заключение

Поскольку коэффициент трансформации играет важную роль в установке выходного напряжения – необходимо найти подходящий трансформатор для вашего проекта на MAX13256. Кроме трансформаторов, разработанных специально для работы с MAX13256, можно также найти стандартный трансформатор, который соответствует вашим требованиям. В противном случае, можно заказать или разработать собственный трансформатор. Вооружившись основными сведениями и упрощенной процедурой проектирования, представленной в этой статье, вы можете быстро перейти от концепции к реальной рабочей схеме, готовой к макетированию и проверке на испытательном стенде.

 

Литература

  1. www.haloelectronics.com/pdf/smd5kv.pdf;
  2. www.coilcraft.com/pdfs/mintrans.pdf;
  3. http://en.tdk.eu/blob/528856/download/4/pdf-n49.pdf;
  4. http://www.ferroxcube.com/FerroxcubeCorporateReception/datasheet/ep13.pdf;
  5. MAX13256-specific-transformer;
  6. MAX13256-general-purpose-transformer;
  7. MAX13256-XFMR-design.

* – Ferroxcube является зарегистрированной торговой маркой Ferroxcube International Holding B.V.

Получение технической информации, заказ образцов, заказ и доставка.

MAX17681_NE_06_15_opt

Наши информационные каналы

Рубрики:
Группы товаров:

О компании Maxim Integrated

Компания Maxim Integrated является одним из ведущих разработчиков и производителей широкого спектра аналоговых и цифро-аналоговых интегральных систем. Компания была основана в 1983 году в США, в городе Саннивэйл (Sunnyvale), штат Калифорния, инженером Джеком Гиффордом (Jack Gifford) совместно с группой экспертов по созданию микроэлектронных компонентов. На данный момент штаб-квартира компании располагается в г. Сан-Хосе (San Jose) (США, Калифорния), производственные мощности (7 заводов) и ...читать далее