Qué hacer acerca de la muy caliente plana inductor?

Question

Lo que yo estoy haciendo:

Estoy diseñando un convertidor DC a generar ±24v de entrada de suministro de 18v - 36v. Para ello estoy utilizando la TI TPS54160, y siguiendo el documento de Crear una División de Ferrocarril fuente de Alimentación con un Voltaje de Entrada Amplio.

Para ahorrar espacio, he diseñado un plano de transformador, con una fracción de núcleo de transformador. Me puse 12 vueltas en cada lado del transformador, el cual de acuerdo a la hoja de datos del núcleo debe dar 244uH (12x12x1700nH).

Añadió:

He estado usando un Excel calculadora basada proporcionada por TI para calcular el componente correcto en valores. La calculadora es específicamente para el diseño de este circuito topología con este IC.

El Problema:

El problema es que en 500 khz frecuencia de conmutación, el transformador se está poniendo muy caliente. Si puedo reducir la frecuencia de conmutación, lo puedo conseguir un poco más fresco, pero si puedo reducir demasiado lejos, el circuito ya no tiene suficiente de la unidad actual.

Mi Pregunta:

¿Qué debo probar en la versión 2? Sería un lugar físicamente más grandes núcleo de transformador de ayuda? Debería tratar de reducir el número de vueltas en el transformador? En 500kHz, yo calculo que solo necesito 65uH, así que sin duda podría bajar a 8 vueltas.

Answer 1

El problema es que los núcleos se utilizan no tienen ningún desfase, por lo que el inductor se satura. Una topología Flyback tipo de operación almacena la energía en el núcleo cuando el interruptor está activado, moviendo el núcleo de la BH de la curva. Pero, por el simple ejemplo de de conducción discontinuo (MCD), cuando el interruptor se apaga y la corriente cae a cero, B no retorno a cero, pero a un elevado residual punto. Así, la superficie útil de \$\Delta B\$ es muy pequeño y el núcleo es entrar en saturación. Continua la conducción (CCM) es incluso peor en este sentido.

La adición de una brecha mueve la residual del punto más cercano a cero, dando un utilizable \$\Delta B\$. En el caso de una brecha, la inductancia será determinado por la diferencia, no tanto el core \$\mu\$. Considere la posibilidad de la inductancia de una abertura de núcleo del inductor; con sección transversal del núcleo \$A_c\$ y la brecha de longitud \$l_g\$ y vueltas de la bobina \$n\$:

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

también referente máximo de la corriente de la bobina (\$I_{\text{max}}\$) brecha de flujo (\$B_{\text{max}}\$):

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

Iniciando con un valor de \$L_g\$, \$B_{\text{max}}\$, \$A_c\$, y \$I_{\text{max}}\$, es posible obtener una idea de lo que \ $l_g\$ \ $n\$ para el inductor sería necesario. Vamos \$L_g\$=100\$\mu H\$, \$B_{\text{max}}\$=0.2 T, \$A_c\$=20\$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\$

y

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

Este análisis es bastante simplificado, dejando un montón, pero da una idea de qué esperar. El diseño de estos tipos de inductores involucra mucho. Usted puede mirar en el "Inductor y el Diseño del Transformador Flyback" como una referencia.

Answer 2

Creo que usted está usando N87 material así que me voy a hacer un cálculo rápido de las cosas. A 500 kHz de la corriente del inductor puede llegar a un cierto valor en 1 microsegundo (50:50 de ciclo de trabajo). Usted dice que tiene una inductancia de 244, eh, así que con 18V aplicado espero que el actual, para elevarse a: -

18V x 1 us / 244 uH = 74mA - esta es la corriente de magnetización (almacena la enrgy que se libera en el siguiente medio ciclo), pero suena muy, muy bajo. La energía almacenada en el devanado principal tiene que transferir a la salida y esta energía es de 0,66 uJ (sigue sonando muy bajo). La energía que puede ser transferida a una carga es por lo tanto 0.66 uJ x 500 kHz = 0.33 vatios.

Creo que usted necesita para mirar otros ejemplos en los que la hoja de datos que enlaza. Veo a alguien que puede trabajar con voltajes tan altos como 30V y operando a 300 kHz utilizando un inductor de 150 uH así que creo que los principales pérdidas son de cobre pérdidas en los devanados - ¿cómo fabricar estos?

Yo también voy a señalar que N87 material que se va a dar alrededor de 5 a 10% de pérdidas en 500 kHz por lo que probablemente no es la mejor opción.

Añadido a esto, asegúrese de que la salida de la bobina produce un voltaje negativo al positivo se aplica a la primaria. En otras palabras, la eliminación gradual de los devanados es fundamental para este tipo de retorno del circuito.

Mi razonamiento acerca de este modo discontinuo de la evaluación es que, aunque usted puede estar esperando para ejecutarse en el continuo de la conducción de modo que usted puede obtener una idea razonable mirando en DCM y tratando de averiguar si DCM está en el derecho de béisbol.