Was tun gegen sehr heißen planaren Induktor?

Was mache ich:

Ich entwerfe einen DCDC-Wandler, der ± 24 V aus einer eingehenden Versorgung von 18 V - 36 V erzeugt. Dafür verwende ich den TI TPS54160 und folge dem Dokument Erstellen eines Split-Rail-Netzteils mit einer breiten Eingangsspannung .

Um Platz zu sparen, habe ich einen planaren Transformator mit einem geteilten Transformatorkern entworfen. Ich habe 12 Windungen auf jede Seite des Transformators gelegt, was laut Datenblatt des Kerns 244uH (12x12x1700nH) ergeben sollte.

Hinzugefügt:

Ich habe einen von TI bereitgestellten Excel-basierten Rechner verwendet , um die richtigen Komponentenwerte zu berechnen. Der Rechner dient speziell zum Entwerfen dieser Schaltungstopologie mit diesem IC.

Das Problem:

Das Problem ist, dass der Transformator bei einer Schaltfrequenz von 500 kHz sehr heiß wird. Wenn ich die Schaltfrequenz reduziere, kann ich sie etwas kühler machen, aber wenn ich zu weit reduziere, hat die Schaltung nicht mehr genug Antriebsstrom.

Meine Frage:

Was soll ich in Version 2 versuchen? Würde ein physikalisch größerer Transformatorkern helfen? Sollte ich versuchen, die Anzahl der Windungen am Transformator zu verringern? Bei 500 kHz rechne ich damit, dass ich nur 65 uH benötige, also könnte ich sicher auf 8 Umdrehungen runtergehen.

power-supply transformer dc-dc-converter

— Raketenmagnet
quelle

Haben Sie eine Möglichkeit, den Spulenstrom zu messen? Sie könnten gesättigt sein.

— Daniel

Versucht, anstatt Dinge zu berechnen? Und was wird heiß, die Wicklungen oder der Kern? Sehen die Wellenformen in Ordnung aus?

— PlasmaHH

@PlasmaHH - Ich kann nicht sagen, ob es sich um die Wicklungen oder den Kern handelt, da die Wicklungen vollständig vom Kern umschlossen sind. Meine Vermutung ist, dass es der Kern ist, nur wegen der Geschwindigkeit, mit der es sich erwärmt.

— Raketenmagnet

@ Daniel - Hmm, ich habe gerade den Spulenstrom gemessen und es scheint ungefähr 24A zu sein! (1,2 V über einen 0,05 R-Messwiderstand). Das ist viel, viel höher als es sein sollte.

— Raketenmagnet

Wie sind deine Wicklungen gestapelt? (Wie viele Schichten, sind sie verschachtelt usw.?) Haben Sie den Gleichstromwiderstand der Wicklungen gemessen?

— Adam Lawrence

Antworten:

$\Delta B$

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

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

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

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

$L_g$ $B_{\text{max}}$ $A_c$ $I_{\text{max}}$ $l_g$ $n$ $L_g$ $\mu H$ $B_{\text{max}}$ $A_c$ $mm^2$

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

und

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

Diese Analyse ist ziemlich vereinfacht, lässt viel aus, gibt aber eine Vorstellung davon, was zu erwarten ist. Das Entwerfen dieser Arten von Induktoren ist sehr aufwändig. Sie können sich " Inductor and Flyback Transformer Design " als Referenz ansehen .

— gsills
quelle

In meiner Antwort kam ich zu dem Schluss, dass der Magnetisierungsstrom etwa 73 mA beträgt (ich hätte natürlich einen Fehler machen können), und dies scheint angesichts der Kernabmessungen nicht annähernd genug zu sein, um eine Kernsättigung zu erzeugen.

— Andy aka

@Andyaka, wenn dies ein Transformator wäre, würde ich dir zustimmen. Es handelt sich jedoch um eine Induktivität mit Gleichstromvorspannung, die das verwendbare B einschränkt. Wenn die Ausgangsspannungen und Lastströme ansteigen, wird der Kern in die Sättigung versetzt. Dies ist normalerweise selbst bei einem DCM-Flyback ein Problem, da in einem nicht abgedeckten Kern eine hohe Remanenz oder ein Restpegel verbleibt.

— Gsills

Nicht alle Flyback-Wandler benötigen eine Lücke - viele nicht, und wie gesagt, der Magnetstrom beträgt nur 74 mA, was eine MMF von 0,9 At ergibt. Die Länge des Kerns beträgt ungefähr 1,5 cm, so dass das H-Feld ungefähr 60 At / m beträgt. Wenn man sich N97-Material ansieht, fängt es gerade erst an, in den Sättigungsbereich einzutreten, aber da der TPS54160 seine Einschaltzeit auf 130 ns reduzieren kann, kann ich nicht wirklich sehen, dass es in die Sättigung geht, da die Überhitzung im Leerlauf UND bei mäßiger Last auftritt.

— Andy aka

Ich denke, Sie verwenden N87-Material, also werde ich eine schnelle Berechnung der Dinge durchführen. Bei 500 kHz kann der Induktorstrom in 1 Mikrosekunde (50:50 Tastverhältnis) auf einen bestimmten Wert ansteigen. Sie sagen, es hat eine Induktivität von 244 uH, also erwarte ich bei 18 V einen Anstieg des Stroms auf: -

18 V x 1 us / 244 uH = 74 mA - dies ist der Magnetisierungsstrom (er speichert die Energie, die im nächsten Halbzyklus freigesetzt wird), aber er klingt wirklich sehr, sehr niedrig. Die in der Hauptwicklung gespeicherte Energie muss auf den Ausgang übertragen werden, und diese Energie beträgt 0,66 uJ (klingt immer noch sehr leise). Die Leistung, die auf eine Last übertragen werden kann, beträgt daher 0,66 uJ x 500 kHz = 0,33 Watt.

Ich denke, Sie müssen sich andere Beispiele in dem von Ihnen verlinkten Datenblatt ansehen. Ich sehe eine, die mit Spannungen von bis zu 30 V arbeiten kann und bei 300 kHz mit einer Induktivität von 150 uH arbeitet. Ich denke, Ihre Hauptverluste sind Kupferverluste in den Wicklungen - wie haben Sie diese hergestellt?

Ich werde auch darauf hinweisen, dass N87-Material Ihnen auch bei 500 kHz etwa 5 bis 10% Verluste bringen wird, daher ist es wahrscheinlich nicht die beste Wahl.

Stellen Sie außerdem sicher, dass die Ausgangswicklung eine negative Spannung erzeugt, wenn eine positive an die Primärwicklung angelegt wird. Mit anderen Worten ist die Phasenlage der Wicklungen für diese Art von Rücklaufschaltung von grundlegender Bedeutung.

Meine Argumentation zu dieser diskontinuierlichen Modusbewertung ist, dass Sie, obwohl Sie vielleicht erwarten, im kontinuierlichen Leitungsmodus zu laufen, eine vernünftige Vorstellung davon bekommen können, indem Sie sie in DCM betrachten und herausfinden, ob sich DCM im richtigen Ballpark befindet.

— Andy aka
quelle

Das Loch für das mittlere Bein des Kerns auf der Leiterplatte ist in der Abbildung plattiert. Ist es in der eigentlichen Leiterplatte plattiert? Wenn ja, erklärt dies, warum Sie möglicherweise große Ströme haben. Sie haben eine kurzgeschlossene Kurve , die durch den Kern gekoppelt wird.

— Dorai
quelle