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[参考译文] TIDA-00688：变压器设计查询

admin
Guru**** 656470 points
Other Parts Discussed in Thread: TIDA-00688
请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/tools/simulation-hardware-system-design-tools-group/sim-hw-system-design/f/simulation-hardware-system-design-tools-forum/769810/tida-00688-query-in-transformer-design

器件型号：TIDA-00688

以上数据取自 TIDA-00688  第7页 。   以上设计采用平面变压器。  考虑 一个正常的 E 型铁氧体磁芯(非平面磁芯) E 20/10/6  ，  其数据表中的磁平均长度为46.mm。  让我们假设匝数为6 和 峰值电流 (200 + (307/2)) mA 。  现在，在这种情况        下，最大磁场强度将等于=(6 * 0.3535)/46mm = 46.1 A/m。

确认上述最大磁体强度计算是否正确？

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    TI__Guru**** 656470 points
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    Naga、您好、感谢您关注德州仪器。  您的查询已收到、但设计所有者目前不在办公室。  我们希望确定我们是否可以从另一位德州仪器(TI)同事那里获得您的答案。  请允许我们在1-2个工作日内回复。  

    此致、

    John Fullilove

    应用工程师

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    TI__Guru**** 656470 points
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    请解决我的问题
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    TI__Guru**** 656470 points
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    请回复我的查询
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    尊敬的 Sahitya-San：

    我认为您在我们的用户指南中发现了错误。 这里的公式错误。 因为我不是指南的作者、所以我需要一些时间来处理正确的公式。

    同时、请查看以下 TI 参考设计、这些设计是等效的、但使用专用 变压器。 此类转换器的典型变压器需要一个气隙、如反激式变压器。 然而、TIDA-00688使用较大的磁芯来产生所需的电感并处理磁通。

    这里是具有变压器的设计： TIDA-00129、 TIDA-00237 和 TIDA-00689

    此致、

    Ingolf

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    TI__Guru**** 656470 points
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    亲爱的 Sahitya-San、

    由于使用了空气线圈的公式、因此必须更新指南。 在顶部、我们不需要 H 字段。 根据内核数据表、我们需要确保 B (max)低于~400MT。 对于较高频率的 B、作为一种良好做法、对于 N87材料、应限制为~200mT。

     新的计算如下：

    直流电流为0.2A、纹波为0.3A、因此峰值电流为0.35A (IDC+Irip/2)。
    b = N * i * u0 * u/ l
    如果 N=6、I=0.35、u0 = 1.26e-7、uE = 1180且 l = 0.0203 (请 参阅 https://en.tdk.eu/inf/80/db/fer/elp_18_4_10.pdf 的第3页)
    我们得到 B = 156mT、这很好。

    在您的情况下、它看起来更好。 B 仅为96mT、非常适合内核中的 N87材料(https://en.tdk.eu/inf/80/db/fer/e_20_10_6.pdf)。 唯一的问题 是容差。 无间隙磁芯 会导致 电感的制造显著变化。 如果不需要这么低的匝数、 最好使用 具有气隙和更多绕组的磁芯。 这会降低电感容差、因为气隙可让您更严格地控制制造。 在顶部、您可以选择较小的磁芯、因为能量现在存储 在气隙中、而不是存储在磁性材料中。 请告诉我们、您是否需要有关气隙变压器计算的帮助。

    此致、

    Ingolf

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    TI__Guru**** 656470 points
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    尊敬的 Frank：

                在您的计算中、您采用 了常数、其值为1180。 这种类型的 B 计算对于气隙为 B-H 曲线呈线性的模芯而言可能是正确的。  但是，如果我们观察到无间隙磁芯的 B-H 曲线，它仅对某些部分是线性的。  在我看来、无论如何、我们应该首先根据     H 的值计算 H、即(N * I)/L、我们应该从   B-H 曲线中检查 B  、 并且我们应该确保 磁芯不会饱和。   

    我需要您的帮助来计算随   气隙计算所需的气隙和电感。

    如果我错了、请纠正我的问题。

    此致

    Naga Sahitya

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    TI__Guru**** 656470 points
    请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    尊敬的 Sahitya：

    我使用的 ue 是无间隙磁芯的相对有效磁导率、因此我觉得可以随意使用它进行计算。 它包括不可避免的制造气隙。 计算 H 是公式的一部分。 作为磁路长度、我们使用磁芯的数据表值、在"我们的"磁芯中为20.3mm、在"您的"磁芯中为46.3mm。 对于"我们的"磁芯、我们得到103A/m、而对于"您的"磁芯、它是45A/m 根据 SIFERRIT N87数据表、对于 H 的这些值、我们仍然可以。 它显示了100C 时103A/m 为350mT 左右、45A/m 为150mT 至200mT 实际上、我们很可能会遇到更小的 mT、因为磁芯的两半部分始终存在一些 不可避免的制造气隙。 因此、我们讨论的数字在应用中没有问题。

    现在、使用气隙进行计算。 在这里、我将使用公式 B = N * I * u0 /((l_fe / u_fe)+ l_air)和 L =(N^2)* u0 * A /(l_air + l_fe / u_fe)、其中 B =场强、N =绕组数、I =电流、u0 =磁场常数、 L_Fe =铁氧体磁路长度、u_fe 铁氧体的相对磁导率、l_air =气隙厚度(总和)、a =磁芯横截面积、L =电感。 我在 N = 15和空气间隙为0.1 mm 时对平面磁芯进行了快速计算、并使用有效磁导率= 1180 (H=23.6)得到了95uH、B = 65mT。  通过快速检查 N87数据表中的 H/B 图可以看出、我们处于线性区域、但分辨率对于精确的 B 读数而言太粗。

    当您计算具有固定电感   的变压器时、您需要将磁芯尺寸与导线直径进行折衷(匝数、磁芯损耗与铜损耗)。 更小的磁芯需要更多的匝数、这会导致更小的导线直径和更高 的直流电阻。 同时计算气隙、使 B 保持在200mT 以下。 在任何情况下、导线直径都必须足够大、以支持您的平均电流。 这是一个迭代过程、可能需要相当多的努力。 因此、许多设计人员只专注于定义关键参数 (电感、功率、工作电压和隔离 电压)、并 让变压器制造商 进行计算和/或仿真。

    当我 使用来自 N87材料的 E13/6.5/3.7磁芯和0.1mm 空气间隙计算时、我得到28圈的100uH、这听起来很合理。 作为初步估算、我们可以在28匝中使用长度约为70 - 80cm 的 AWG26导线、从而得出大约0.1欧姆的 R_DC。 这对于我们的应用来说是不错的。 在我们的示例 B 中、120mT 和 H 为43、因此这种变压器设计可以是第一步。

    请告诉我您是否获得类似结果。

    此致、

    Ingolf