Cosa fare sull'induttore planare molto caldo?

Cosa sto facendo:

Sto progettando un convertitore DCDC per generare ± 24v da un'alimentazione in entrata di 18v - 36v. Per questo sto usando la TI TPS54160 , e seguendo il documento Creare un alimentatore split rail con una tensione di ingresso ampia .

Per risparmiare spazio, ho progettato un trasformatore planare, utilizzando un nucleo trasformatore diviso. Ho messo 12 giri su ciascun lato del trasformatore, che secondo il foglio dati del nucleo dovrebbe fornire 244uH (12x12x1700nH).

Inserito il:

Ho usato un calcolatore basato su Excel fornito da TI per calcolare i valori corretti dei componenti. Il calcolatore è specifico per progettare questa topologia di circuito con questo circuito integrato.

Il problema:

Il problema è che alla frequenza di commutazione di 500kHz, il trasformatore si sta surriscaldando. Se riduco la frequenza di commutazione, posso renderlo un po 'più freddo, ma se riduco troppo lontano, il circuito non ha più abbastanza corrente di pilotaggio.

La mia domanda:

Cosa devo provare nella versione 2? Un nucleo di trasformatore fisicamente più grande sarebbe di aiuto? Dovrei provare a ridurre il numero di giri sul trasformatore? A 500kHz, ho calcolato che ho solo bisogno di 65uH, quindi potrei sicuramente scendere a 8 turni.

power-supply transformer dc-dc-converter

— Rocketmagnet
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Hai un modo per misurare la corrente della bobina? Potresti essere saturo.

— Daniel,

Hai provato invece di calcolare le cose di misura? E cosa si surriscalda, gli avvolgimenti o il nucleo? Le forme d'onda sembrano a posto?

— PlasmaHH,

@PlasmaHH - Non so dire se sono gli avvolgimenti o il nucleo, perché gli avvolgimenti sono completamente racchiusi dal nucleo. La mia impressione è che sia il nucleo, proprio per la velocità con cui si riscalda.

— Rocketmagnet,

@Daniel - Hmm, ho appena misurato la corrente della bobina e sembra essere di circa 24A! (1,2 V attraverso un resistore di rilevamento 0,05 R). È così, molto più in alto di quanto dovrebbe essere.

— Rocketmagnet,

Come vengono impilati i tuoi avvolgimenti? (Quanti strati sono interlacciati, ecc.) Hai misurato la resistenza CC degli avvolgimenti?

— Adam Lawrence,

Risposte:

$\Delta B$

$\Delta B$ $\mu$ $A_c$ $l_g$ $n$

$L_g$ $\frac{n^2 A_c \mu _o}{l_g}$

$I_{\text{max}}$ $B_{\text{max}}$

$n I_{\text{max}}$ $\frac{B_{\max } l_g}{\mu _o}$

Iniziando con un valore per , , e , è possibile avere un'idea di cosa e per l'induttore. Lascia = 100 , = 0,2 T, = 20 $L_g$ $B_{\text{max}}$ $A_c$ $I_{\text{max}}$ $l_g$ $n$ $L_g$ $\mu H$ $B_{\text{max}}$ $A_c$ $mm^2$

$l_g$ = = ~ $\frac{I_{\max }^2 L_g \mu _o}{A_c B_{\max }^2}$ $\frac{1 Amp^2 100\mu H \mu _o}{20 mm^2 0.2T^2}$ $0.16 mm$

$n$ = = = $\frac{i_{\max } L_g}{A_c B_{\max }}$ $\frac{1Amp 100\mu H}{20 mm^2 0.2T}$ $25 turns$

Questa analisi è piuttosto semplificata, lasciando molto fuori, ma dà un'idea di cosa aspettarsi. La progettazione di questi tipi di induttori è molto coinvolta. Potresti considerare " Induttore e trasformatore flyback design " come riferimento.

— gsills
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Nella mia risposta ho concluso che la corrente di magnetizzazione è di circa 73 mA (avrei potuto fare un errore ovviamente) e questo non sembra abbastanza vicino da creare saturazione del nucleo date le dimensioni del nucleo.

— Andy aka

@Andyaka, se questo fosse un trasformatore, sarei d'accordo con te. Ma è un induttore con polarizzazione CC, che limita la B. utilizzabile Man mano che aumentano le tensioni di uscita e le correnti di carico, il nucleo verrà portato in saturazione. Questo di solito è un problema anche con un DCM Flyback a causa dell'elevata rimanenza o del livello residuo lasciato in un core non vuoto.

— gsills,

Non tutti i convertitori flyback hanno bisogno di un gap - molti non lo fanno e, come ho detto, la corrente magnetica è di soli 74 mA che fornisce un MMF di 0,9 At. La lunghezza del nucleo è di circa 1,5 cm, quindi il campo H è di circa 60 At / m. Guardando il materiale N97 sta appena iniziando a entrare nella regione di saturazione ma, dato che il TPS54160 può portare il tempo di "ON" a 130 ns, non riesco davvero a vederlo camminare in saturazione perché il surriscaldamento si verifica a vuoto e carico moderato.

— Andy aka

Penso che tu stia usando il materiale N87, quindi ho intenzione di fare un rapido calcolo delle cose. A 500 kHz la corrente dell'induttore può raggiungere un determinato valore in 1 microsecondo (ciclo di lavoro 50:50). Dici che ha un'induttanza di 244 uH quindi con 18 V applicati mi aspetto che la corrente salga a: -

18V x 1 us / 244 uH = 74mA - questa è la corrente di magnetizzazione (memorizza l'energia che viene rilasciata nel prossimo mezzo ciclo) ma suona davvero, molto bassa. L'energia accumulata nell'avvolgimento principale deve trasferirsi all'uscita e questa energia è 0,66 uJ (ancora suonando molto bassa). La potenza che può essere trasferita a un carico è quindi 0,66 uJ x 500 kHz = 0,33 watt.

Penso che tu debba guardare altri esempi in quella scheda tecnica che hai collegato. Ne vedo uno che può funzionare con tensioni fino a 30 V e che funziona a 300 kHz utilizzando un induttore da 150 uH, quindi penso che le tue perdite principali siano le perdite di rame negli avvolgimenti: come le hai fabbricate?

Sottolineerò anche che il materiale N87 ti darà circa il 5-10% di perdite anche a 500 kHz, quindi probabilmente non è la scelta migliore.

Aggiunto a questo assicurarsi che l'avvolgimento di uscita produca una tensione negativa quando positivo è applicato al primario. In altre parole, la fase degli avvolgimenti è fondamentale per questo tipo di circuito flyback.

Il mio ragionamento su questa valutazione in modalità discontinua è che, sebbene tu possa aspettarti di correre in modalità di conduzione continua, puoi avere un'idea ragionevole osservandola in DCM e cercando di capire se DCM è nel campo giusto.

— Andy aka
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Il foro per la gamba centrale del nucleo sul PCB sembra placcato nella figura. È placcato nel PCB reale? Se lo è, questo spiega perché potresti avere grandi correnti. Hai un giro corto che viene accoppiato attraverso il nucleo.

— Dorai
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