フライバックSMPS計算ツール

ほとんどの電源設計チュートリアルでは\トランスやインダクタを一から作成することを想定しています. しかしこれはコストと時間がかかります.より良いアプローチは\既製の磁性部品をまず選択し\ その後他の部品を設計することです.

この計算ツールでは\適切なトランスが既にあると仮定し\回路の他のパラメータを決定します.

トランスの仕様にはいくつかの方法があります.データシートにはほぼ必ず1次側インダクタンスと 巻数比が記載されています.もう1つの重要なパラメータは1次側または2次側の飽和電流です. 2次側の電流が指定されている場合\巻数比を使用して1次側の値を計算できます.

データシートによってはVolt-Time積(電圧-時間積)のみが指定されている場合があります. これはトランスに印加できる一定電圧の最大時間です.例えば200V-μsのトランスの場合\ 20Vを10μs間\または10Vを20μs間印加できることを意味します.この値とデューティ比から レギュレータの最低動作周波数が決まります.

Volt-Time積は常に与えられるわけではなく\代わりにインダクタンスと飽和電流が 与えられる場合があります.これら2つの値は等価です：

VT = Isat × L

この計算ツールでは\トランスをVTまたは1次側飽和電流のどちらかで指定できます.

2次側電圧は目標電圧より高くする必要があります.そうでない場合\目標出力電圧を 達成できません.

Vin × N × Duty(max) > Vout

ダイオードとトランジスタの電圧降下を無視すると\デューティ比は次のように表せます：

Duty = Vout / (Vin × N)

デューティ比と最大オン時間がわかれば\最低動作周波数を計算できます.周波数がF(min)より 低い場合\インダクタは飽和し\過電流によりスイッチングトランジスタが過熱破損します. 初心者エンジニアはトランジスタが故障した時に動作周波数を下げる間違いをすることがありますが\ 実際には周波数を上げることで飽和問題を解決できます.

F(min) = Duty / Ton(max)

飽和を避けるため\特定のデューティ比での周波数はFminより低くできません.ただし\ デューティ比を下げ\Fを比例的に下げればTon(max)を超えずに済みます.

スイッチングレギュレータは動作周波数とデューティ比範囲で選択できます.適切な周波数と デューティ比範囲で動作するブーストレギュレータは\ほとんどフライバックレギュレータとして 使用可能です.

電力伝達を計算するには\まず1サイクルあたりのインダクタ蓄積エネルギーを計算します.

E(cycle) = L × Isat² / 2

Volt-Timeパラメータ(または等価のIsat×Lpri積)はトランスの電力伝達能力の直接的な 指標です.これらの積が大きいほど\より多くの電力を伝達できます.

1サイクルあたりのエネルギーがわかれば\秒あたりのサイクル数(周波数)を掛けることで 電力を計算できます.

P(max) = E(cycle) × f = F × L × Isat² / 2

実際にはトランスを完全に飽和まで駆動することは望ましくないため\余裕を見てP(max)は やや低めに設定します.

出力が単一巻線の場合\利用可能な出力電流はP(max)を出力電圧で割った値になります.

Iout1 = P(max) / Vout1

カスタムトランス・ボビンメーカーリンク

トランスやボビンを見つける最良の方法は\無料の電子部品ディレクトリを利用することです. 多数のトランスメーカーが掲載されています.