Apa yang harus dilakukan tentang induktor planar yang sangat panas?

Apa yang aku lakukan:

Saya merancang konverter DCDC untuk menghasilkan ± 24v dari pasokan masuk 18v - 36v. Untuk ini saya menggunakan TI TPS54160 , dan mengikuti dokumen Buat Catu Daya Rail Split dengan Tegangan Input Lebar .

Untuk menghemat ruang, saya merancang transformator planar, menggunakan inti transformator split. Saya menempatkan 12 putaran di setiap sisi transformator, yang menurut datasheet dari inti harus memberikan 244uH (12x12x1700nH).

Ditambahkan:

Saya telah menggunakan kalkulator berbasis Excel yang disediakan oleh TI untuk menghitung nilai komponen yang benar. Kalkulator ini khusus untuk merancang topologi sirkuit ini dengan IC ini.

Masalah:

Masalahnya adalah bahwa pada frekuensi switching 500kHz, trafo menjadi sangat panas. Jika saya mengurangi frekuensi switching, saya bisa membuatnya sedikit lebih dingin, tetapi jika saya mengurangi terlalu jauh, sirkuit tidak lagi memiliki arus drive yang cukup.

Pertanyaan saya:

Apa yang harus saya coba di versi 2? Akankah inti transformator yang lebih besar secara fisik membantu? Haruskah saya mencoba mengurangi jumlah belokan pada transformator? Pada 500kHz, saya menghitung bahwa saya hanya perlu 65uH, jadi saya pasti bisa turun ke 8 putaran.

Masalahnya adalah bahwa core yang digunakan tidak memiliki celah, sehingga induktor jenuh. Topologi dengan operasi tipe Flyback menyimpan energi dalam inti ketika sakelar aktif, menggerakkan inti ke atas kurva BH. Tetapi, untuk contoh sederhana konduksi diskontinyu (DCM), ketika sakelar mati dan arus turun ke nol, B tidak kembali ke nol tetapi ke titik residu yang tinggi. Jadi, dapat digunakan sangat kecil dan intinya berjalan ke saturasi. Konduksi berkelanjutan (CCM) bahkan lebih buruk dalam hal ini.$\Delta B$

Menambahkan celah akan memindahkan titik residu lebih dekat ke nol, sehingga menghasilkan dapat digunakan . Dalam kasus celah, induktansi akan ditentukan oleh celah, bukan inti . Pertimbangkan induktansi induktor inti gapped; dengan penampang inti dan panjang celah dan belitan berliku :μ A c l g$\Delta B$$\mu$$A_c$$l_g$$n$

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

juga menghubungkan arus berliku maksimum ( ) ke fluks gap ( ): B $I_{\text{max}}$$B_{\text{max}}$

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

Dengan memulai dengan nilai untuk , , , dan , mungkin untuk mendapatkan ide tentang apa yang perlu dan untuk induktor. Biarkan = 100 , = 0.2T, = 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$

dan

$n$ = = = 1Amp100μ$\frac{i_{\max } L_g}{A_c B_{\max }}$ 25turn$\frac{1Amp 100\mu H}{20 mm^2 0.2T}$$25 turns$

Analisis ini cukup disederhanakan, meninggalkan banyak, tetapi memberikan gambaran tentang apa yang diharapkan. Merancang tipe induktor ini sangat terlibat. Anda mungkin melihat " Desain Induktor dan Flyback Transformer " sebagai referensi.

Saya pikir Anda menggunakan bahan N87 jadi saya akan melakukan perhitungan cepat barang. Pada 500 kHz arus induktor dapat naik ke nilai tertentu dalam 1 mikrodetik (siklus tugas 50:50). Anda mengatakan memiliki induktansi 244 uH sehingga dengan 18V diterapkan saya berharap arus naik ke: -

18V x 1 us / 244 uH = 74mA - ini adalah arus magnetisasi (ini menyimpan energi yang dilepaskan dalam setengah siklus berikutnya) tetapi kedengarannya sangat, sangat rendah. Energi yang disimpan dalam belitan utama harus ditransfer ke output dan energi ini adalah 0,66 uJ (masih terdengar sangat rendah). Karena itu daya yang dapat ditransfer ke beban adalah 0,66 uJ x 500 kHz = 0,33 watt.

Saya pikir Anda perlu melihat contoh lain dalam lembar data yang Anda tautkan. Saya melihat satu yang dapat bekerja dengan tegangan setinggi 30V dan beroperasi pada 300 kHz menggunakan induktor 150 uH jadi saya pikir kerugian utama Anda adalah kehilangan tembaga di belitan - bagaimana Anda membuat ini?

Saya juga akan menunjukkan bahwa materi N87 akan memberi Anda kerugian 5 hingga 10% pada 500 kHz juga jadi itu mungkin bukan pilihan terbaik.

Ditambahkan ke ini, pastikan bahwa belitan keluaran menghasilkan tegangan negatif ketika positif diterapkan ke primer. Dengan kata lain, pentahapan belitan merupakan hal mendasar untuk jenis sirkuit flyback ini.

Alasan saya tentang penilaian mode terputus-putus ini adalah bahwa meskipun Anda mungkin berharap untuk berjalan dalam mode konduksi berkelanjutan, Anda bisa mendapatkan ide yang masuk akal dengan melihatnya di DCM dan mencoba mencari tahu apakah DCM berada di stadion baseball yang tepat.

Lubang untuk kaki tengah inti pada PCB terlihat berlapis pada gambar. Apakah ini dilapisi PCB yang sebenarnya? Jika ya, itu menjelaskan mengapa Anda memiliki arus yang besar. Anda memiliki putaran pendek yang digabungkan melalui inti.