Kann ich eine Hochfrequenz-SMPS-Drossel aus einer beliebigen Drahtspule bauen?

Angenommen, ich möchte einen Aufwärtswandler bauen, der mit 100 kHz arbeitet, mit einer Eingangsspannung von 600 VDC und einem Eingangsstrom von 100 Ampere. (Dies ist hypothetisch, ich weiß, dass die beteiligten Halbleiter exotisch wären.) Dazu würde ich eine ziemlich benutzerdefinierte Drossel benötigen. laminierter Stahl wird diese Art von Frequenz wahrscheinlich nicht verarbeiten können, und in diesem Leistungs- und Frequenzbereich ist nicht viel von der Stange zu haben. Also werde ich meine eigenen bauen! Was könnte möglicherweise falsch laufen?

Eine Möglichkeit, eine Drossel zu bauen, um dies zu handhaben, ist die Verwendung eines Luftkerns. Keine Kernverluste, wenn es keinen Kern gibt! Keine Probleme bei der Beschaffung von Komponenten, weniger Kenntnisse der Magnetik erforderlich. Die offensichtlichen Nachteile sind, dass ich viel mehr Drahtwindungen, mehr Volumen in meinem Chassis und einen höheren Widerstandsabfall im Pfad benötige. Vielleicht ist dies kein kostengünstiger Ansatz. Aber nehmen wir an, es ist für einen Moment.

Jetzt baue ich eine Luftkerndrossel aus so etwas wie einem 6AWG-Schweißkabel. Natürlich bringt mich der Hauteffekt um, also brauche ich wirklich einen gleichwertigen Flachdraht oder eine schwere Folie. Die Induktivitätsberechnungen sind unkompliziert, nur eine Frage der Windungen und der Geometrie. Aber was passiert, wenn ich tatsächlich versuche, das in meinem hypothetischen Aufwärtswandler auszuführen? Bin ich anfällig für Isolationsstörungen? Muss ich das Ganze mit Lack vakuumimprägnieren, um dies zu vermeiden? Gibt es ein anderes Zuverlässigkeitsproblem mit dem, was ich beschreibe?

Grundsätzlich frage ich mich, auf welche schwarze Magie ich bei hohen Strömen, hohen Spannungen und hohen Frequenzen stoßen kann.

Ja, Sie könnten eine Spule mit Luftkern verwenden. ABER es gibt einige Probleme.1 Sie möchten sie wegen EMV abschirmen und andere Teile Ihres Stromkreises beschädigen. Spulen mit Luftkern sind für die Strahlung schlechter als Ferritspulen. Jetzt, wenn Sie Wenn Sie eine torusförmige Luftkernspule verwenden, die ich noch nicht ausgeführt habe, erhalten Sie ein schlechteres Verhältnis von Widerstand zu Induktivität, das bei 100 kHz lähmt.2 Ihre echte SMPS-Spule führt den Gleichstrom-Laststrom und etwas Wechselstrom. Der Wechselstrom erwärmt den Draht mehr als erwartet Aufgrund von Haut- und Näheeffekten. Tatsächlich ist es möglich, eine Spule mit einem Wechselstromwiderstand zu entwerfen, der das 10- bis 100-fache ihres Gleichstromwiderstands beträgt. Sie müssen also für einen niedrigen Wechselstromwiderstand ausgelegt sein Drahtdurchmesser sind einige der akzeptierten Methoden zur Minimierung des Wechselstromwiderstands.Die Wichtigkeit dieses Wechselstromwiderstands hängt von Ihrer Wandlerwellenform ab. Sie können Ihren Wandler so einstellen, dass das Verhältnis von Wechselstrom- zu Gleichströmen angemessen bleibt.3 Ihre Spule ist größer als ein Ferrit, was bei der Größe Ihres Wandlers möglicherweise kein Problem darstellt Das hypothetische Produkt wird sowieso durch Kühlkörper bestimmt. So wie ich einen 36- bis 12-V-Buck mit einer Luftspule gemacht habe, die 5 Ampere produzierte. Es war in Ordnung.

Für Hochleistungsanwendungen ist Kupferrohr die beliebteste Methode, um die Hauteffektverluste im Drahtkern zu erkennen.

Details in der Konstruktion werden häufig mit der Geometrie und den dielektrischen Effekten der Isolierung übersehen, was zu einer Kapazität zwischen den Wicklungen führt. Dies kann durch Wicklungsformen, Einzel- oder Litz-Magnetdraht gesteuert werden.

Es wird davon ausgegangen, dass diese alle Resonanz-SMPS mit hohem Q, hohem f und niedriger Impedanz mit Null-Tal-Umschaltung ergeben.

EMI-Streueffekte können problematisch sein, daher werden Orientierung, Abschirmungen und Ferritdrosseln für die Immunität berücksichtigt.

Induktionsheizgeräte verwenden häufig Litz-Drahtspulen, um Eisen- oder Aluminiumtöpfe mit speziellen Kunststofffolienkappen für den Welligkeitsstrom mit höherer Frequenz zu erwärmen.