スイッチング電源用の高周波トランスの選び方

ただし、高周波トランスの選択は、単に入力電圧と出力電圧を一致させるだけの問題ではありません。変圧器は、スイッチング トポロジー、動作周波数、電力レベル、磁気コア、巻線構成、絶縁要件、および電源の熱条件に適合する必要があります。

OEM および産業用電源プロジェクトの場合、これらのパラメータは個別に選択するのではなく、一緒に考慮する必要があります。

1. 電力要件から始めます

定義する最初のパラメータは必要な電力です。

20 W 補助電源で使用されるトランスには、500 W 以上のスイッチング電源で使用されるトランスとは大きく異なる要件があります。必要な電力は、磁気コアのサイズ、巻線の設計、ワイヤの選択、熱性能、およびトランス全体の寸法に影響します。

高周波トランスを選択する場合は、以下を指定してください。

定格出力電力

最大入力電力

出力チャンネル数

要求される効率

予想される動作条件

変圧器は、公称出力電力だけに従って選択するのではなく、実際の動作条件に対して十分な電力処理能力を備えている必要があります。-

カスタム変圧器の場合、実際の電力範囲は、メーカーが磁気および巻線の設計に必要とする最初の情報の 1 つです。

2. 入力電圧と出力電圧を一致させる

入力電圧と出力電圧によって基本的な変圧比が決まります。

しかし、スイッチング電源の場合、単純に入力電圧を出力電圧で割っただけではトランスの巻数比を選択できるわけではありません。スイッチング トポロジとデューティ サイクルも、必要な巻数比に影響します。

たとえば、変圧器の要件は次の間で大きく異なる場合があります。

フライバックコンバータ

フォワードコンバーター

プッシュ-コンバータ

ハーフブリッジ コンバータ-

フルブリッジ コンバータ-

したがって、スイッチング電源トランスを要求する場合は、1 つの公称入力電圧だけを提供するのではなく、実際の動作電圧範囲を提供することをお勧めします。

重要な情報には次のものが含まれます。

最小入力電圧

公称入力電圧

最大入力電圧

必要な出力電圧

出力電流

DC出力要件

これにより、トランスの設計を電源の完全な動作範囲に適合させることができます。

3. スイッチング周波数を考慮する

動作周波数は、高周波トランスの定義パラメータの 1 つです。

スイッチング周波数が増加すると、変圧器は通常、所定の電力レベルに対してより小さな磁気コアを使用できます。ただし、周波数が高くなると、コア損失や巻線関連損失など、特定の損失も増加します。-。

したがって、周波数を単純に「高ければ高いほど良い」として扱うべきではありません。

変圧器のメーカーは、電源の実際のスイッチング周波数または周波数範囲を知っている必要があります。

一般的な設計上の考慮事項は次のとおりです。

スイッチング周波数

周波数変動

芯材

鉄損

巻線損失

温度上昇

ある周波数範囲用に設計された変圧器を、電圧定格と電力定格が似ているからといって自動的に別の変圧器に置き換えるべきではありません。

4. 適切な磁気コアを選択します

磁気コアは高周波トランスの性能の中心です。

コアの材質と形状は以下に影響します。

鉄損

飽和特性

温度上昇

トランスのサイズ

動作周波数

エネルギー伝達能力

フェライト コアは、高周波動作に適しており、低周波用途向けの材料と比べてコア損失が比較的低いため、高周波スイッチング用途でよく使用されます。-

コアの形状も重要です。設計が異なれば、利用可能な設置スペース、電力レベル、巻線配置、および熱要件に応じて、異なるコア形状が使用される場合があります。

したがって、カスタム高周波トランスの場合は、サイズだけではなく、完全な電気的および機械的要件に従ってコアを選択する必要があります。

5. 巻線設計に注意する

巻線も変圧器の性能に影響を与える大きな要因です。

より高い周波数では、導体の電流分布が変化し、AC 抵抗が重要な損失源になる可能性があります。巻線の配置は、漏れインダクタンス、寄生容量、絶縁距離、および一次巻線と二次巻線間の結合にも影響します。

アプリケーションによっては、設計で次のことを考慮する必要がある場合があります。

線径

ターン数

巻線配置

一次-から-への二次結合

巻線間の絶縁

沿面距離とクリアランス

漏れインダクタンス

寄生容量

スイッチング電源変圧器の場合、適切に設計された巻線構造は、電気的性能、絶縁要件、熱的性能のバランスをとるのに役立ちます。{0}

6. 温度上昇の確認

温度上昇は、無視すべき重要な実用パラメータです。

トランスの損失は主に磁気コアと巻線に関連しています。これらの損失が利用可能な冷却条件に対して高すぎる場合、連続動作中に変圧器の温度が過度に上昇する可能性があります。

変圧器を選択するときは、次の点を考慮してください。

連続使用時間

周囲温度

封入条件

自然冷却または強制冷却

鉄損

銅損

設置スペース

実験室条件で良好に動作する変圧器でも、コンパクトな密閉型電源内に設置する場合は、異なる設計が必要になる場合があります。

このため、カスタム変圧器開発の仕様には熱環境を含める必要があります。

7. 絶縁要件と絶縁要件を定義する

絶縁型スイッチング電源の場合、一次側と二次側の間の電気的絶縁は重要な設計要件です。

必要な絶縁構造は、用途、動作電圧、安全要件、および適用される規格によって異なります。

トランスの仕様では、以下を定義する必要がある場合があります。

絶縁電圧

一次-から-への分離

断熱材

沿面距離

隙間距離

絶縁テープまたはその他の絶縁構造

これらの要件は、巻線の配置、ボビンの選択、トランスの寸法、製造プロセスに直接影響する可能性があるため、製造前に確立する必要があります。

8. 設置スペースを考慮する

電気的性能は変圧器の選択の一部にすぎません。変圧器は最終電源にも適合する必要があります。

PCB{0}} 実装アプリケーションの場合、機械的寸法とピン構成が特に重要です。

変圧器を選択する前に、次の点を確認してください。

最大長さ

最大幅

最大高さ

ピン配置

基板実装方法

必要な沿面距離とクリアランス

変圧器の周囲に利用可能なスペース

これは、既存の変圧器を交換する場合に特に重要です。同様の電気仕様を備えたコンポーネントであっても、機械的寸法やピン配置が異なる場合は、不適切な場合があります。

9. 漏れインダクタンスと寄生パラメータを考慮する

高周波スイッチング アプリケーションの場合、理想的な変圧器の動作は想定できません。-

漏れインダクタンスと寄生容量は、スイッチング波形、電圧スパイク、EMI 性能、およびコンバータ全体の効率に影響を与える可能性があります。

これらのパラメータの重要性は、トポロジとスイッチング条件によって異なります。

一部のアプリケーションでは、一次巻線と二次巻線の間の結合を改善するために、漏れインダクタンスを最小限に抑えることが重要です。他の設計では、制御された量の漏れインダクタンスが磁気設計に意図的に組み込まれる場合があります。

したがって、漏れインダクタンスは、独立して評価するのではなく、完全なコンバータ設計の一部として考慮する必要があります。

10. カスタム変圧器を注文する際は、完全な情報を提供してください

OEM およびカスタムのスイッチング電源プロジェクトでは、不完全な仕様により不必要な設計の修正が発生することがよくあります。

高周波変圧器のメーカーに連絡する場合は、次の情報を提供すると便利です。

初期仕様がより完全であればあるほど、変圧器メーカーは磁気設計、巻線構造、絶縁要件、および生産の実現可能性を評価することが容易になります。

あなたの電源に適した高周波トランスは何ですか?

すべてのスイッチング電源に適合する単一の高周波トランスは存在しません。

正しい選択は、電力、電圧、周波数、トポロジー、磁気コア、巻線設計、絶縁、熱条件、および機械的スペースの関係によって異なります。

標準的なアプリケーションの場合は、既存のスイッチング電源トランスで十分な場合があります。 OEM 機器、産業用電源、充電器、コンバータ、その他のアプリケーション固有のシステムでは、実際の電気的および機械的要件に基づいてカスタム高周波変圧器を設計できます。-

重要なのは、電圧または電力のみに基づいてコンポーネントを選択するのではなく、完全な動作条件を変圧器メーカーに提供することです。

重要なポイント

スイッチング電源用の高周波トランスを選択する場合は、次の点に特に注意してください。

• 必要な電力と出力電流
• 入力および出力電圧範囲
• スイッチング周波数
• コンバータトポロジー
• 磁気コアの材質とサイズ
• 巻線構成とワイヤの選択
• 温度上昇と冷却条件
• 絶縁および絶縁の要件
• 漏れインダクタンスと寄生パラメータ
• 機械的寸法と取り付け要件

適切に整合された変圧器は、スイッチング電源が必要な電気的性能、熱安定性、絶縁性、長期的な動作信頼性を実現するのに役立ちます。-