Co zrobić z bardzo gorącym induktorem planarnym?

Co ja robię:

Projektuję konwerter DCDC do generowania ± 24 V z przychodzącego źródła zasilania 18–36 V. W tym celu używam TI TPS54160 i postępując zgodnie z dokumentem Utwórz zasilacz z dzieloną szyną o szerokim napięciu wejściowym .

Aby zaoszczędzić miejsce, zaprojektowałem transformator płaski, wykorzystując podzielony rdzeń transformatora. Z każdej strony transformatora założyłem 12 zwojów, które zgodnie z arkuszem danych rdzenia powinny dać 244uH (12x12x1700nH).

Dodany:

Korzystam z kalkulatora opartego na Excelu dostarczonego przez TI do obliczenia prawidłowych wartości składników. Kalkulator jest specjalnie zaprojektowany do projektowania tej topologii obwodu za pomocą tego układu scalonego.

Problem:

Problem polega na tym, że przy częstotliwości przełączania 500 kHz transformator robi się bardzo gorący. Jeśli zmniejszę częstotliwość przełączania, mogę uzyskać nieco niższą temperaturę, ale jeśli zredukuję zbyt daleko, obwód nie będzie miał wystarczającego prądu sterującego.

Moje pytanie:

Co powinienem wypróbować w wersji 2? Czy pomógłby fizycznie większy rdzeń transformatora? Czy powinienem spróbować zmniejszyć liczbę zwojów transformatora? Przy 500 kHz obliczam, że potrzebuję tylko 65uH, więc z pewnością mogę zejść do 8 obrotów.

Problem polega na tym, że stosowane rdzenie nie mają przerwy, więc cewka indukcyjna się nasyca. Topologia z operacją typu Flyback magazynuje energię w rdzeniu, gdy przełącznik jest włączony, przesuwając rdzeń w górę krzywej BH. Ale w prostym przykładzie nieciągłego przewodzenia (DCM), gdy wyłącznik wyłącza się, a prąd spada do zera, B nie wraca do zera, ale do podwyższonego punktu resztkowego. Tak więc użyteczny jest bardzo mały, a rdzeń wkroczył w nasycenie. Ciągłe przewodzenie (CCM) jest jeszcze gorsze pod tym względem.$\Delta B$

Dodanie lukę przesuwa punkt resztkowego bliżej do zera, dając użytkowej . W przypadku luki indukcyjność będzie określana przez szczelinę, a nie tyle rdzeń . Rozważ indukcyjność cewki indukcyjnej z przerwanym rdzeniem; o przekroju rdzenia i długości szczeliny oraz uzwojenia :$\Delta B$$\mu$$A_c$$l_g$$n$

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

odnosząc również maksymalny prąd uzwojenia ( ) do strumienia szczeliny ( ):$I_{\text{max}}$$B_{\text{max}}$

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

Zaczynając od wartości , , i , można jakie i dla induktora. Niech = 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$

$l_g$ = = ~ 1Amp2100μHμ$\frac{I_{\max }^2 L_g \mu _o}{A_c B_{\max }^2}$ 0,16m$\frac{1 Amp^2 100\mu H \mu _o}{20 mm^2 0.2T^2}$$0.16 mm$

i

i max L $n$ = = = 1mP100μ$\frac{i_{\max } L_g}{A_c B_{\max }}$ 25TUrn$\frac{1Amp 100\mu H}{20 mm^2 0.2T}$$25 turns$

Ta analiza jest dość uproszczona, pomijając wiele, ale daje wyobrażenie o tym, czego się spodziewać. Bardzo angażuje się projektowanie tego typu cewek indukcyjnych. Jako odniesienie możesz spojrzeć na „ Induktor i konstrukcja transformatora zwrotnego ”.

Myślę, że używasz materiału N87, więc zrobię szybkie obliczenia. Przy 500 kHz prąd cewki indukcyjnej może wzrosnąć do pewnej wartości w ciągu 1 mikrosekundy (cykl roboczy 50:50). Mówisz, że ma indukcyjność 244 uH, więc przy zastosowanym 18 V oczekuję, że prąd wzrośnie do:

18 V x 1 us / 244 uH = 74mA - jest to prąd magnesujący (przechowuje enrgy, który jest uwalniany w następnym półcyklu), ale brzmi naprawdę, bardzo nisko. Energia zgromadzona w uzwojeniu głównym musi zostać przeniesiona na moc wyjściową, a ta energia wynosi 0,66 uJ (wciąż brzmi bardzo nisko). Moc, którą można przenieść na obciążenie, wynosi zatem 0,66 uJ x 500 kHz = 0,33 wata.

Myślę, że musisz spojrzeć na inne przykłady w tym arkuszu danych, który połączyłeś. Widzę taki, który może pracować z napięciami tak wysokimi jak 30 V i działającymi przy 300 kHz przy użyciu cewki indukcyjnej 150 uH, więc myślę, że twoimi głównymi stratami są straty miedzi w uzwojeniach - jak je wytworzyłeś?

Zwrócę również uwagę, że materiał N87 przyniesie również około 5 do 10% strat przy 500 kHz, więc prawdopodobnie nie jest to najlepszy wybór.

Dodane do tego, upewnij się, że uzwojenie wyjściowe wytwarza napięcie ujemne, gdy dodatnie zostanie przyłożone do pierwotnego. Innymi słowy, fazowanie uzwojeń ma fundamentalne znaczenie dla tego typu obwodu typu flyback.

Moje rozumowanie dotyczące tej nieciągłej oceny trybu jest takie, że chociaż możesz oczekiwać, że będziesz pracować w trybie ciągłego przewodzenia, możesz uzyskać rozsądny pomysł, patrząc na to w DCM i próbując ustalić, czy DCM ma właściwą piłkę.

Otwór na środkową nogę rdzenia na płytce drukowanej wygląda na galwanicznie na rysunku. Czy jest platerowany na rzeczywistej płytce drukowanej? Jeśli tak, to wyjaśnia, dlaczego możesz mieć duże prądy. Masz zwarty zakręt, który łączy się z rdzeniem.