সুইচ-মোড (উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি) ট্রান্সফরমার: কেন আপনার ফোন চার্জার এত ছোট

এটা কি, সরল ভাষায়

একটি জলের ট্যাঙ্কের কল্পনা করুন যা একটি ভালভ বন্ধ থাকার সময় ভরাট হয় এবং ভালভটি খোলার সাথে সাথে একটি পাইপের মাধ্যমে খালি হয়ে যায়। একটি সুইচ-মোড পাওয়ার সাপ্লাই (SMPS) ট্রান্সফরমার একই ধারণায় কাজ করে। একটি পুরানো ডোরবেলের ভারী লোহার ট্রান্সফরমারের বিপরীতে যা সরাসরি 50/60 Hz মেইন থেকে চলে, আপনার ফোন চার্জারের ভিতরে থাকা ক্ষুদ্র ট্রান্সফরমারটি প্রতি সেকেন্ডে হাজার হাজার বার কারেন্ট চালু এবং বন্ধ করে। সেই উচ্চ সুইচিং স্পিড হল সেই কৌশল যা এটিকে ছোট, হালকা এবং দক্ষ করে তোলে — এবং এই কারণেই এই উপাদানটি প্রায় প্রতিটি আধুনিক ইলেকট্রনিক ডিভাইসের কেন্দ্রস্থলে বসে।

নীতি এবং প্রকার

বেশিরভাগ কম-পাওয়ার ডিজাইনে একটি SMPS ট্রান্সফরমার একটি ক্লাসিক্যাল ট্রান্সফরমার (IEEE টেকনোলজি নেভিগেটর অনুসারে) এর পরিবর্তে একটি মিলিত ইন্ডাক্টর । সুইচ-অন ব্যবধানের সময় প্রাথমিক কারেন্ট র‌্যাম্প আপ হয় di/dt = Vin/Lp (যেখানে Lp হল প্রাথমিক চুম্বকীয় আবেশ) এবং শক্তি চৌম্বকীয় কেন্দ্রে সঞ্চিত হয়। যখন সুইচ খোলে, ক্ষেত্রটি ভেঙে পড়ে এবং সেই শক্তিটি বিচ্ছিন্ন সেকেন্ডারিতে মুক্তি পায় । যেহেতু দুটি উইন্ডিং কখনোই একই সময়ে সঞ্চালিত হয় না, তাই স্যাচুরেশন ছাড়াই শক্তি সঞ্চয় করার জন্য ফেরাইট কোরে একটি বায়ু ফাঁক অপরিহার্য (ইলেকট্রনিক ডিজাইন, "মাইন্ড দ্য গ্যাপ")।

সাধারণ টপোলজিগুলি হল ফ্লাইব্যাক (প্রায় 5-150 ওয়াট, একটি সুইচ, বেশ কয়েকটি বিচ্ছিন্ন আউটপুট), ফরোয়ার্ড এবং এলএলসি রেজোন্যান্ট। ফেরাইট কোর (ম্যাঙ্গানিজ-জিঙ্ক বা নিকেল-জিঙ্ক) হল 20 kHz থেকে কয়েক-শত-kHz পরিসরের জন্য আদর্শ পছন্দ।

মূল পরামিতি একজন প্রকৌশলীকে অবশ্যই সেট করতে হবে

• অনুপাত Np:Ns — একসাথে ডিউটি ​​চক্র D এর সাথে এটি আউটপুট ভোল্টেজ সেট করে (ROHM: D = (Vout + Vf)·Np/Ns / (Vin + (Vout + Vf)·Np/Ns))।

• প্রাথমিক চুম্বকীয় ইন্ডাকট্যান্স Lp — সর্বোচ্চ কারেন্ট এবং সঞ্চিত শক্তি (E = ½·Lp·Ip²) সেট করে।

• সর্বাধিক ফ্লাক্স-ডেনসিটি সুইং — স্যাচুরেশন এড়াতে Bmax ≤ 100 °C (ROHM ডিজাইন নোট) এ প্রায় 0.4 T রাখুন।

• লিকেজ ইন্ডাকট্যান্স — টার্ন-অফ ভোল্টেজ স্পাইক ঘটায় যার জন্য স্নুবার বা সক্রিয় ক্ল্যাম্পের প্রয়োজন হয় (টেক্সাস ইন্সট্রুমেন্টস থেকে ফ্লাইব্যাক ডিজাইনের রেফারেন্স অনুযায়ী)।

অ্যাপ্লিকেশন উদাহরণ

একটি 12 V / 2.5 ওয়াট অ্যাডাপ্টারে, একটি ফ্লাইব্যাক ট্রান্সফরমার সাধারণত একটি EP7 বা EE16 ফেরাইট কোর, Lp ≈ 30–250 µH, Np:Ns ≈ 5:1, 65-140 kHz (টেক্সাস ইনস্ট্রুমেন্টস, টেক্সাস ইনস্ট্রুমেন্ট) এর কাছাকাছি পরিবর্তন করে। প্রাথমিক এবং মাধ্যমিকের মধ্যে গ্যালভানিক বিচ্ছিন্নতা উইন্ডিং ইনসুলেশন সিস্টেম এবং ক্রীপেজ/ক্লিয়ারেন্স দূরত্ব দ্বারা সরবরাহ করা হয় — ডিজাইনের নিরাপত্তা-গুরুত্বপূর্ণ অংশ।

সাধারণ ভুল ধারণা এবং একটি মজার ঘটনা

ভ্রান্ত ধারণা: "একটি ট্রান্সফরমার একটি ট্রান্সফরমার - আমি কেবল একটি 50/60 Hz ড্রপ করতে পারি।" ভুল. লাইন ফ্রিকোয়েন্সিতে একটি SMPS ট্রান্সফরমার চালান এবং এটি প্রায় তাত্ক্ষণিকভাবে পরিপূর্ণ হয়, কারণ ফ্যারাডে আইনের ফ্লাক্স সীমার মধ্যে থাকার জন্য একটি উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি (বা একটি বিশাল কোর) প্রয়োজন।

মজার ঘটনা: একই ফ্লাইব্যাক নীতিটি একবার CRT টেলিভিশন সেটের অভ্যন্তরে 15-30 কেভি বিম ভোল্টেজ তৈরি করেছিল — যেখান থেকে "ফ্লাইব্যাক" নামটি এসেছে।

নিরাপত্তা মান

এই ধরনের ট্রান্সফরমারগুলি IEC 61558-2-16:2021 দ্বারা পরিচালিত হয়, সুইচ মোড পাওয়ার সাপ্লাই ইউনিটগুলির জন্য বিশেষ প্রয়োজনীয়তা এবং সুইচ মোড পাওয়ার সাপ্লাই ইউনিটগুলির জন্য ট্রান্সফরমারগুলি IEC 61558-1:2017 এর সাথে একত্রে ব্যবহৃত হয়৷ IEC এর মতে, এটি রেটেড সাপ্লাই ভোল্টেজ ≤ 1100 V AC, সাপ্লাই ফ্রিকোয়েন্সি ≤ 500 Hz, অভ্যন্তরীণ অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সি > 500 Hz পর্যন্ত 100 MHz এবং রেটেড আউটপুট ≤ 1 kVA বা 1 kW সহ এয়ার-কুলড SMPS কভার করে। সিস্টেম-স্তরের নিরাপত্তা অতিরিক্তভাবে IEC 62368-1 উল্লেখ করতে পারে।