Понимание конструкций индукторов для преобразователей
Рекомендуемый уровень
промежуточный
Демонстрация конструкции индуктора фильтра для преобразователей напряжения, конструкция связанного индуктора для двухканального прямого преобразователя и конструкция трансформатора обратного хода в режиме непрерывной проводимости
Индуктор фильтра в цепи преобразователя работает в небольшой области петли BH по сравнению с широкой областью для обычного трансформатора. Площадь петли BH пропорциональна общей пульсации тока в индукторе. Потери основных потерь незначительны, в соответствии с малой зоной петли BH. С другой стороны, потери меди зависят от постоянного тока, протекающего через индуктор. Такая же кривая также применима в случае связанной индуктивности. Конструкция сильно ограничена медной потерей и условием насыщения индуктора фильтра.
Рисунок 1. Петля BH для индуктора фильтра
Рисунок 2. Цикл BH для обычного трансформатора
Дизайн индуктора для ускорителя
Принципиальная схема повышающего преобразователя с соответствующей формой сигнала при CCM:
Рисунок 3. Схема конвертера Boost
Основными ограничениями для конструкции индуктора являются (а) сохранение плотности потока B ниже плотности потока при насыщении B SAT (b) поддерживать температуру индуктора в пределе. Мы также хотим, чтобы пульсация тока индуктора была равна е-части индуктивного тока (пульсации в индукторе тока индуктивности)
Мы должны знать требования к этой схеме преобразователя в соответствии со следующими данными:
V S, V O, f, P O
Где, V S = входное напряжение
V O = выходное напряжение
f = рабочая частота в кГц. (Е = 1T)
P O = Выходная мощность в кВт
Мы можем получить коэффициент заполнения ускорительного преобразователя следующим уравнением:
$$ D = \ гидроразрыва {V_ {O} -V_ {S}} {V_ {O}} $$
Входной ток постоянного тока преобразователя представляет собой ток индуктивности, который задается этим уравнением:
$$ I_ {L} = I_ {S} = { гидроразрыва I_ {O}} {1-D} = { гидроразрыва гидроразрыва {P_ {O}} {V_ {O}}} {1-D} $ $
Мы уже видели, что, $$ I_ {} мин = D {гидроразрыва V_ {S}} {R (1-D) ^ 2} - \ гидроразрыва {V_ {S}} {2L} ДТ = I_ {ср} -ΔI_ {L} $$
$$ I_ {} макс = D {гидроразрыва V_ {S}} {R (1-D) ^ 2} + \ гидроразрыва {V_ {S}} {2L} ДТ = I_ {ср} + ΔI_ {L} $$
Таким образом, $$ ΔI_ {L} = \ frac {V_ {S}} {2L} DT $$ (Уравнение 1)
Также, $$ ΔI_ {L} = ∈ I_ {L} $$ (уравнение 2)
Таким образом, требуемое значение индуктивности из уравнений 1 и 2 дается формулой
$$ L = \ гидроразрыва {V_ {S} ДТ} {2∈I_ {L}} $$
Среднеквадратичное значение тока индуктора в случае треугольной волны определяется следующим выражением:
$$ (I_ {РДД}) ^ 2 = (I_ {ср}) ^ 2 + \ гидроразрыва {1} {12} (I_ {р}) ^ 2 = (I_ {в}) ^ 2 + \ гидроразрыва {1 } {12} (&Dgr; I) ^ {2} $$
$$ \ Rightarrow I_ {Lrms} = \ sqrt {(I_ {Ldc}) ^ 2+ \ frac {1} {12} (2ΔI_ {L}) ^ 2} $$
Среднеквадратичное значение напряжения на индукторе определяется выражением
$$ V_ {РДД} = \ SQRT {{DV_ {S}} ^ 2 + (1-D), (V_ {O} -V_ {S}) ^ {2}} $$
Рисунок 4. Ток питания, диодный ток, ток индуктора и индуктивное напряжение соответственно (Boost Converter)
Если частота преобразователя не меньше видимой частоты, полученной из следующих выражений, это наихудшая частота.
$$ f_ {visible} = \ frac {V_ {Lrms}} {2πL} $$ действителен для низкочастотного диапазона при низких вихревых токах и d <1, 6δ. Рассмотрим коэффициент заполнения F C в зависимости от типа проводника (круглый провод или литцевый провод). Теперь у нас есть все входные параметры при проектировании индуктора. Мы можем определить основные параметры A C ', A W и l meanT, используя приведенные ниже уравнения ограничения.
$$ NI_ {т} ≈B_ {т} A_ {С '} R_ {г} = \ гидроразрыва {B_ {т} A_ {С'} L_ {г}} {μ_ {O}} $$
$$ R_ {w} = \ frac {ρl_ {wr}} {A_ {C}} = \ frac {ρ N l_ {meanT}} {A_ {C}} $$
$$ L = \ гидроразрыва {N ^ {2}} {R_ {г}} = {гидроразрыва μ_ {O} A_ {С '} N ^ {2}} {L_ {г}} $$
$$ F_ {C} A_ {W} approx NA_ {C} $$
Затем мы получим требуемый окончательный объем ядра. Теперь мы можем также умножить объем с соответствующей плотностью мощности материала на определенной частоте для измерения потерь в сердечнике. Плотность мощности измеряется графиком между плотностью мощности на определенной частоте и изменением плотности магнитного потока, заданной изготовителем. Изменение плотности потока определяется:
$$ ΔB = \ гидроразрыва {V_ {L}} {N_ {1} A_ {C}} (ДТ) $$
Мы можем пренебречь потерями в сердечнике, если они сравнительно меньше потери меди, и использовать материал, который имеет более высокие потери в сердечнике и высокую плотность потока насыщения. Это приводит к меньшему размерному сердечнику индуктора.
Проектирование сопряженного индуктора для двухканального преобразователя
Соединительные индукторы имеют множество обмоток, намотанных на один и тот же сердечник для большого значения индуктивности в токе общего режима, при низком значении индуктивности для тока дифференциальной моды. Соединительные индукторы имеют меньшую индуктивность рассеяния и потери тока переменного тока. Рассмотрим связанный индуктор, как показано на рисунке ниже:
Рисунок 5. Соединительный индуктор
Количество оборотов для L 1 и L 2 должно быть одинаковым для поддержания состояния баланса вольт-времени. Намагничивающее поле создается суммой токов, т.е. i 1 + i 2, которая протекает через ядро. Поле утечки создается разностью токов, т.е. i 1 -i 2, которая протекает через воздух. Ниже приведена принципиальная схема двухстороннего прямого преобразователя с использованием комбинированного индуктора.
Рисунок 6. Схема для двухканального преобразователя
Общий режим, $$ I_ {C} = \ гидроразрыва {i_ {1} + I_ {2}} {2} $$
Ток дифференциального режима, $$ I_ {d} = \ гидроразрыва {i_ {1} -i_ {2}} {2} $$
Эти токи вносят вклад в потери вихревых токов.
Индуктивность общего режима, $$ L_ {C} = \ гидроразрыва {{N} ^ 2} {R_ {т}} = Р- {т} {N} ^ 2 $$
Индуктивность дифференциального режима, $$ L_ {d} = \ гидроразрыва {{N} ^ 2} {R_ {O}} = Р- {O} {N} ^ 2 $$
Здесь Pis - протекция, обеспечиваемая производителем, и R - нежелание. Для тока общего режима связанные индукторы действуют как два индуктора L 1 и L 2 параллельно. Для дифференциального режима связанные индукторы действуют как трансформатор. В токе, протекающем через L 1 и L 2, имеется значительный компонент постоянного тока, который вызывает чистое намагничивание сердечника.
$$ H (t) = \ frac {N_ {1} i_ {1} (t) + N_ {2} i_ {2} (t)} {l_ {C}} frac {R_ {m}} {R_ {т} + R_ {O}} $$
Используется аналогичная процедура проектирования с индуктором с одним обмоткой.
Дизайн трансформатора обратной связи в СКК
Трансформатор обратного хода действует как индуктор, имеющий две обмотки, в которых только одна из своих обмоток несет ток в определенное время. Трансформатор обратного хода сохраняет энергию и выпускает ее позже, что требует воздушного зазора. Поскольку оба обмотки несут ток в альтернативном варианте даже при непрерывных токах полного тока, большие потери на обмотку переменного тока связаны с преобразователем обратного хода, независимо от его режима работы. Потери основного тока зависят от тока намагничивания I m для трансформатора и обычно значимы в случае прерывистого режима проводимости.
В CCM коэффициент конверсии для преобразователя:
$$ \ гидроразрыва {V_ {O}} {V_ {S}} = \ гидроразрыва {D} {1-D}. $$
Для требуемого рабочего цикла и номинального напряжения питания первоначально ожидаемое соотношение оборотов определяется следующим образом:
$$ п = \ гидроразрыва {V_ {s}} {{V_ {о}}} гидроразрыва {D} {1-D} = \ гидроразрыва {N_ {1}} {N_ {2}} $$
где v o '- сумма напряжений на нагрузке, выключение, выпрямитель и потеря меда, относящиеся к вторичной стороне. Нам даже нужно увидеть коэффициент заполнения для наихудшего тока компонентов постоянного и переменного тока. Коэффициент полезного действия и оборотов может быть, возможно, изменен для оптимизации конструкции. Мы можем выбрать конкретный материал в соответствии с надлежащими спецификациями с помощью спецификации.
Рисунок 7. Схема для конвертера Flyback
Потери сердечника незначительны, а плотность потока ограничена насыщением активной зоны. Чистое поле в ядре представляет собой сумму тока намагничивания и поля утечки. Намагничивающее поле используется для хранения энергии и в основном действует как индуктор, в то время как поле утечки выполняет функцию трансформатора.
$$ B_ {п} (т) = B_ {т} (т) + B_ {л} (т) $$
Изменение плотности магнитного потока может быть получено через $$ ΔB_ {m} = \ frac {B_ {m} ΔI_ {m}} {I_ {sc}} $$
Здесь I sc - ток короткого замыкания, который создает максимальную плотность потока.
Число оборотов на вторичной стороне определяется
$$ N_ {s} = {гидроразрыва LΔI_ {т}} {{ΔB_ т} A_ {C}} $$
Таким образом, можно вычислить соответствующие обороты для вторичной. Выберите форму сердечника и его тип, используя руководство, предоставленное производителем. Исходя из этого, нам необходимо вычислить тепловое сопротивление, размер проводника, длину воздушного зазора, потери обмотки, потери постоянного тока и переменного тока.
Рисунок 8. Волновые формы входного напряжения, выходного напряжения, тока намагничивания и тока диода для конвертера обратной связи