Design and Application of Planar Type Flyback Transformer

Abstract

Flyback dönüştürücüler, kullanım kolaylığı ve ihtiyaç duydukları az sayıda devre elemanlarından dolayı giderek daha popüler hale gelmektedirler. Flyback dönüştürücülerin tasarımında karşılaşılan temel zorluklardan biri, dönüştürücünün çalışması için hayati önem taşıyan düzlemsel transformatörün tasarımıdır. Transformatör, anahtarlama elemanı iletim halinde olduğunda birincil sargıda enerji depolar, kapalı durumda olduğunda ise depolanan enerji ikincil sargıya aktarılır. Düzlemsel transformatörün en önemli kısmı, faklı şekilleri ve ebatları olan nüvesidir. Optimize edilmiş düzlemsel bir nüve, benzer özelliklere sahip geleneksel bir nüveye kıyasla daha iyi özellikler sergiler. Düzlemsel trafonun sargılarında farklı konfigürasyonlar mevcuttur ve optimum konfigürasyon ile transformatör kayıpları verimli bir şekilde azaltılabilir. Manyetik bileşenler için, yüksek frekanslarda çalışma, yüzeysel ve yakınlık etkilerinden kaynaklanan iletken kayıplarını artırır. Düzlemsel transformatörlerin baskılı devre kartlarında (PCB) kullanılması bu sorunu hafifletebilir. Daha geniş yüzey alanlarına sahip düzlemsel transformatörler ayrıca geleneksel sargılı manyetik nüveden daha iyi termal performans sağlar. Bu tez çalışmasında, Flyback düzlemsel transformatör (DT) tasarımını için gerekli olan temel denklemler ve Snubber RCD devresinin detaylı analiz sunulduktan sonra 50 W güce sahip Flyback DT tasarımı yapılmıştır. Yapılan tasarımın, MATLAB/Simulink ortamında benzetim çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Yapılan benzetim çalışmalarının sonucunda önerilen topolojinin verimini %98 'ün üzerinde olduğu görülmüştür.Flyback converters are becoming more and more popular due to their simplicity and the few number of components that they require. One of the main challenges that face the design of Flyback converters is the design of the planar transformer which is vital to the operation of the converter. The transformer stores energy when the electronic switch is ON and transfers this energy through the secondary side when the switch is OFF. The most important part of the transformer is its core, the cores in the planar transformer have different shapes and are available in different sizes. A planar core that is optimized, when compared with the conventional core with similar properties, exhibit better properties. In planar winding, we have different configurations available and with the optimum configuration, the losses of the transformer can be efficiently reduced. For the magnetic components, operation at high frequencies leads to increased conductor losses due to skin and proximity effects. The use of planar transformers on printed circuit boards (PCB) can mitigate this problem. The thinner and wider conductors of PCBs assist in reducing high frequency losses. With larger surface areas, planar transformers also offer better thermal performance than conventional wire-wound magnetic core. This thesis presents the design of a Flyback planar transformer. The essential equations with calculations for Flyback PT are presented, transformer CU and core losses, efficiency, air gap length, number of turns on both sides of core is illustrated. Design of RCD clamping is presented. Topology circuit simulation has been conducted and discussed within the 50 watt Flyback converter employing the improved PT structure has been designed, more than 98% transformer efficiency is achieved.