Obliczanie transformatora impulsowego

Posiadam rdzeń kubkowy P30/19, i chcę zrobić przetwornicę w topologi Flyback. Chciałbym na wtórnym chcę uzyskać 20-24V. Zasilanie przetwornicy odbywać się będzie z napięcia sieciowego ~230V. Chciałbym z tego rdzenia uzyskać jak największą moc, powiedzmy 1÷2 A * 24V = 24÷48 W. Sterowanie przetwornicy planuję wykonać na układzie UC3845 lub NE555.

Po przewertowaniu internetu oraz paru książek znalazłem parę wzorów dotyczących obliczeń ilości zwojów po stronie pierwotnej.

Dane:
f - częstotliwość = 50 kHz = 50*10^3 Hz
U1 - napięcie strony pierwotnej = 325 V bo 230 V*[Pierwiatek(2)]=325 V
U2 - napięcie stron wtórnej = 24 V
UD - napięcie przewodzenia diody = 1 V
B - indukcja magnetyczna maks. = 0,3 T
D - maks. współczynnik wypełnienia = 0,5
Ae - przekrój rdzenia = 120 mm² = 120*10^-6
AL - współczynnik indukcyjności/ zwój² = 4900 nH / zwój²

Wzór na liczbę zwoi po stronie pierwotnej:

N1= (U1*D)/(2*f*B*Ae)

N1= (325*0,5)/(2*50*10^3*0,3*120*10^-6)= 45,14 ~ przyjmuje 46 zwoi

Wzór na liczbę zwoi po stronie wtórnej:

N2=(U2+UD)/(U1) * N1

N2=(24+1)/((325)*46 = 3,54 > daje 4 zwoje

Indukcyjność liczymy ze wzoru:

L = AL*(N^2)

L1 = 4900*10^-9*46^2 =10368400 nH = 10 mH
L2 = 4900*10^-9*4^2 = 78,4 uH

Po wprowadzeniu tych danych do programu Psim okazuje się, że maksymalna moc będzie wynosić zaledwie 6 W. Ograniczeniem okazuje się indukcyjność.

W celu zmniejszenia indukcyjności robię szczelinę powietrzną, w rdzeniu.

Dla szczeliny l = 170 µm AL = 1000 nH/zwój²

L1" = 1000*10^-9*46^2 = 2,1 mH
L2" = 1000*10^-9*4^2 = 16 µH

Pmax = 20W

Dla szczeliny l = 480 um AL = 400 nH/zwój²

L1''' = 400*10^-9*46^2 = 0,85 mH
L2''' = 400*10^-9*4^2 = 6,4 µH

P2max = 50W

Przekroje przewodów:

Obliczam głębokość wnikania dla 50 kHz
δ=0,3 mm - oznacza to, że nie ma sensu dawać przewodu o przekroju większym niż 0,6 mm
Zakładam gęstość prądu r = 3 A/mm²
Sprawność η=0,75
Prądy:
I2 = 2 A
I1 = P2 / (U1*η) = 50/(325*0,75) =0,21 A

S= I / r
S1 = I1 / r = 0,21/3 = 0,07 mm²
S2 = I2 / r = 2/3 = 0,67 mm²
d1 = 0,3 mm
d2 = 0,92 mm > 0,6 mm
Oznacza to, że na uzwojenie wtórne dajemy 2 przewody obok siebie o średnicy d2' = 0,6 mm

Zamierzam nawinąć 4 i pół warstw uzwojenia pierwotnego, po 10 zwoi na warstwę. Posiadam karkas dwusekcyjny.

Moje pytania:
1. Czy dobrze rozumuję ?
2. Czy poprawnie wykonałem obliczenia?
3. Jak wykonać szczelinę powietrzną w rdzeniu kubkowym, szlifować dremelem, czy może stoczyć na tokarce?
4. Jak dużą szczelinę można wykonać dla takiego rdzenia i tej topologi żeby indukcyjność rozproszenia była znośna?
5. Czy szczelina ma jeszcze jakiś negatywny wpływ na przetwornicę? Oprócz indukcyjności rozproszenia.

Zastanawia mnie mała ilość zwoi uzwojenia pierwotnego, mam wrażenie, że powinno być ich więcej.

Witam przesyłam projekt spawarki autor pan Goliszek opisał szczegółowo wyliczanie transformatorów na rdzeniu ferrytowym może się panu przyda i rozwieje wątpliwości pozdrawiam
waldek 63

Na podstawie tego artykułu obliczyłem, że moja przetwornica na pierwotnym powinna mieć 115 zwoi.
Sprawdziłem ten algorytm obliczania poprzez zbudowanie prostej przetworniczki, i z pewnym przybliżeniem te obliczenia się pokrywają.
Jednak dalej nie jestem przekonany co do wyników, bo książkowo wychodzi trochę inaczej, a i różne źródła mówią inaczej np link wychodzi tam, że moje wstępne obliczenia były prawidłowe. Natomiast strona Link dla podobnego rdzenia podaje liczbę zwoi zgodnie z obliczeniami Pana Goliszka.

Zaobserwowałem też dziwne zjawiska, a mianowicie gdy rdzeń zaczynał się nasycać straty w topologi flyback pojawiały się głównie na tranzystorze, rdzeń działał stosunkowo prawidłowo, bez wzrostu temperatury. Zauważyłem też, że gdy nie było obciążenia po stronie wtórnej napięcie wzrastało do 30 V, mimo iż przekładnia transformatora wynosiła 2:1, a zasilałem go z 5 V , więc powinienem uzyskać 2,5V ! Tak więc się zastanawiam czym to mogło być spowodowane?

Ze wzorami to mam tylko ten artykuł na podstawie niego robiłem prostownik rozruchowy i jak narzazie chodzi już trzeci sezon nie wyrzuciło tranzystorów ani mocno się nie grzeje. Mam gotowe projekty mogę odszukać i ci wysłać .Na czym masz wykonaną przetwornice na UC3845 czy na Viper20 niepokoi mnie wzrost napięcia PWM powinien sprawować kontrole i trzymać ustawione napięcie jak duże kondensatory zastosowałeś i czy jak podłączysz małe obciążenie np żarówkę pozycyjną to napięcie się stabilizuje

Tą przetwornicę zrobiłem na NE555, bez sprzężenia zwrotnego, stąd też nie było kompensacji szerokości PWM. Ale myślałem, że prawo Faradaya powstrzyma wzrost napięcia - myliłem się.
Nawinąłem 10 zwoi na pierwotnym, 3 na wtórnym. Przy obliczeniach założyłem 25 V na pierwotnym, czestotliwość 50 kHz.

Natomiast z obserwacji zauważyłem, że rdzeń nasyca się już przy 16 V, co odpowiada indukcji 170 mT. Oznacza to, że uwzględniając topologię Flyback trzeba przyjąć do obliczeń indukcję 2 razy mniejszą. Gdyż transformator pracuje w jednej ćwiartce układu współrzędnych.

Wzór książkowy do obliczenia ilości zwoi na uzwojeniu pierwotnym należy zastosować:

N1=(U1*D)/(f*B*Ae)

D=0,75 - czemu tyle to nie jestem w stanie wyjaśnić, ale tyle znalazłem w jednej książce
B=150 (170) mT
Ae = 135 mm²

N1= (0,75*16)/(50*10^3*0,17*135*10^-6)= 10,46 zwoi

Obliczenia te zgadzają mi się z obliczeniami Pana Goliszka.

Teraz przystępuje do projektowania płytki na UC3845 i nawijania transformatorka.

Witam jakiej mocy kolega buduje przetwornice jak nie dużej to obejrzyj jeszcze ten projekt pozdrawiam waldek 63
Ps. Wszystkiego najlepszego i samych sukcesów w roku PAŃSKIM 2015