rily が 2025年12月29日04時48分22秒 に編集
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フォワードコンバータは制作したことがあるものの、フライバックコンバータは特にトランスの設計がかなり面倒で磁気飽和を避けなければいけないので...連続モードになりますが...メモ書き程度に数式を作ってみました(合ってるかわかんない) 電圧比 - $${\frac{V_2}{V_1}=\frac{N_2}{N_1}{\times}\frac{Duty}{1-Duty}=A_v}$$ これを変形してデューティ比Dutyは $${Duty=\frac{A_v}{\frac{N_2}{N_1}+A_v}}$$ ピーク磁束密度 -
一次側のピーク電流が $${I_{1_{peak}}=\frac{1}{L_1}V_1t_{on}+\frac{N_2}{N_1}I_{2_{out}}+\sum_{N=3}^n{\frac{N_nI_{n_{out}}}{N_1}}}$$
二次巻線には一次関数状の電流IL2が流れます。つまりIL2の一周期分総和は $${\frac{V_1}{2L_1}t_{off}\times t_{off}}$$ さらに直流電流Iz2が重畳されて流れるので、電流総和は $${t_{off}(\frac{V_2}{2L_2}t_{off}+I_{z_2})}$$ 負荷電流I2outはこの電流の平均電流ですので $${I_{2_{out}}=\frac{t_{off}(\frac{V_2}{2L_2}t_{off}+I_{z})}{t}=(1-D)(\frac{V_2}{2L_2}t(1-D)+I_{z_2})}$$ この式よりIz2は $${I_{z_2}=\frac{I_{2_{out}}}{1-D}-t(1-D)\frac{V_2}{2L_2}}$$ このときIz2が負値になれば電流不連続モードとなります。 また二次巻線ピーク電流は $${I_{2_{peak}}=\frac{V_2}{L_2}t_{off}+I_{z_2}=\frac{I_{2_{out}}}{1-D}+t(1-D)\frac{V_2}{2L_2}}$$ つまり、一次側のピーク電流は $${I_{1_{peak}}=\frac{1}{N_1}\sum_{N=2}^{n}\frac{N_nI_{n_{out}}}{1-D}+t(1-D)\frac{V_n}{2A_LN_n}}$$
N3以降の追加巻線項は一旦無視し、ピーク磁束は
$${\phi_{peak}=\frac{L_1I_{1{peak}}}{N_1}=\frac{N_2}{{N_1}^2}L_{1}I_{2_{out}}+\frac{1}{N_1}V_1t_{on}}$$ また一次インダクタンスL1は $${L_1=A_L{\times}{N_1}^2}$$ より $${\phi_{peak}=N_2A_LI_{2_{out}}+\frac{1}{N_1}V_1t_{on}}$$
$${\phi_{peak}=\frac{L_1I_{1{peak}}}{N_1}=A_LN_1I_{1_{peak}}=A_L\sum_{N=2}^{n}\frac{N_nI_{n_{out}}}{1-D}+t(1-D)\frac{V_n}{2A_LN_n}}$$
そしてピーク磁束密度は
$${B_{peak}=\frac{\phi_{peak}}{A_e}=\frac{N_2A_LI_{2_{out}}+\frac{1}{N_1}V_1t_{on}}{A_e}}$$ と導出できました。さらに三次巻線を巻いたり巻線をn個巻く場合は $${B_{peak}=\frac{\phi_{peak}}{A_e}=\frac{\frac{1}{N_1}V_1t_{on}+(\sum_{N=2}^nN_nI_{n_{out}}A_L)}{A_e}}$$
$${B_{peak}=\frac{\phi_{peak}}{A_e}=\frac{A_L\sum_{N=2}^{n}\frac{N_nI_{n_{out}}}{1-D}+t(1-D)\frac{V_n}{2A_LN_n}}{A_e}}$$ と導出できました。さらに三次巻線を巻く場合は $${B_{peak}=\frac{\phi_{peak}}{A_e}=\frac{A_L(\frac{N_2I_{2_{out}}}{1-D}+t(1-D)\frac{V_2}{2A_LN_2}+\frac{N_3I_{3_{out}}}{1-D}+t(1-D)\frac{V_3}{2A_LN_3})}{A_e}}$$
となります。コアの飽和磁束密度をBmaxとすると必ず $${B_{max}\geqq B_{peak}}$$ とするように設計しましょう。 ちなみにここまで出てきたAL値は、ギャップを設けるのであれば後述のALallになります。 (一次)巻線最大許容電流 - 巻線により作られる最大磁束は $${\phi_{peak}=\frac{LI_{{peak}}}{N}}$$ より、一次巻線の最大磁束は $${\phi_{peak}=\frac{L_1I_{1_{peak}}}{N_1}}$$ $${B_{peak}=\frac{A_LN_nI_{n_{peak}}}{A_e}}$$ つまり一次巻線に流せる最大許容電流は $${I_{1_{max}}=\frac{A_eB_{max}}{A_LN_1}}$$ またこの式より、巻線を一つしか巻かないインダクタの最大許容電流は $${I_{{max}}=\frac{A_eB_{max}}{A_LN}}$$ ギャップ長 - コアに設けられたギャップによってできる磁気抵抗Rgは $${R_g=\frac{l_g}{\mu_0A_e}}$$ 磁気抵抗RはAL値の逆数であり、トランスコアにできた総磁気抵抗はこのギャップ磁気抵抗Rgを足したものになります。つまり合成ALallは $${A_{L_{all}}=\frac{1}{\frac{1}{A_L}+\frac{l_g}{\mu_0A_e}}}$$ ここからギャップ長lgを求めると $${l_g=\mu_0A_e(\frac{1}{A_{L_{all}}}-\frac{1}{A_L})}$$ ++トランスコアの中脚だけにギャップを設置する場合、ギャップ長はlgと同じ長さになります。一方EEやEIコアなど２つに別れたコアのEとE(I)の間に隙間を作る場合、ギャップ長はlgの半分になります。++