จะทำอย่างไรกับตัวเหนี่ยวนำระนาบที่ร้อนมาก?

ฉันกำลังทำอะไรอยู่:

ฉันกำลังออกแบบตัวแปลง DCDC เพื่อสร้าง± 24v จากแหล่งจ่ายขาเข้าของ 18v - 36v สำหรับเรื่องนี้ผมใช้ TI TPS54160และต่อไปเอกสารที่สร้างพาวเวอร์ซัพพลาย Split รถไฟกับแรงดันไฟฟ้าอินพุตกว้าง

เพื่อประหยัดพื้นที่ฉันได้ออกแบบหม้อแปลงระนาบโดยใช้แกนหม้อแปลงแยก ฉันใส่ 12 รอบในแต่ละด้านของหม้อแปลงซึ่งตามแผ่นข้อมูลของแกนควรให้ 244uH (12x12x1700nH)

ที่เพิ่ม:

ฉันใช้เครื่องคิดเลขจาก Excel ซึ่ง TI จัดทำขึ้นเพื่อคำนวณค่าส่วนประกอบที่ถูกต้อง เครื่องคิดเลขมีไว้สำหรับการออกแบบทอพอโลยีวงจรนี้ด้วย IC นี้

ปัญหา:

ปัญหาคือที่ความถี่เปลี่ยน 500kHz หม้อแปลงร้อนมาก ถ้าฉันลดความถี่การสลับฉันสามารถทำให้เย็นลงเล็กน้อย แต่ถ้าฉันลดไปมากเกินไปวงจรจะไม่มีไดรฟ์เพียงพอในปัจจุบัน

คำถามของฉัน:

ฉันควรลองอะไรในเวอร์ชัน 2 แกนหม้อแปลงขนาดใหญ่กว่าจะช่วยได้หรือไม่? ฉันควรลองลดจำนวนครั้งของการหมุนของหม้อแปลงไหม? ที่ 500kHz ฉันคำนวณว่าฉันต้องการเพียง 65uH เท่านั้นดังนั้นฉันสามารถลงไปได้ถึง 8 ครั้ง

ปัญหาคือว่าแกนที่ใช้ไม่มีช่องว่างดังนั้นตัวเหนี่ยวนำอิ่มตัว โทโพโลยีที่มีการทำงานประเภท Flyback จะเก็บพลังงานไว้ในแกนกลางเมื่อสวิตช์เปิดอยู่ทำให้แกนกลางโค้งขึ้น BH แต่สำหรับตัวอย่างง่ายๆของการเหนี่ยวนำแบบไม่ต่อเนื่อง (DCM) เมื่อสวิตช์ปิดและกระแสตกไปที่ศูนย์ B จะไม่กลับสู่ศูนย์ แต่กลับไปยังจุดตกค้างที่ยกระดับ ดังนั้นใช้งานได้มีขนาดเล็กมากและแกนกลางถูกทำให้อิ่มตัว การนำความต่อเนื่อง (CCM) ยิ่งแย่ลงในเรื่องนี้$\Delta B$

เพิ่มย้ายช่องว่างใกล้จุดที่เหลือให้เป็นศูนย์ให้สามารถใช้งานได้B ในกรณีของช่องว่างที่เหนี่ยวนำจะถูกกำหนดโดยช่องว่างไม่มากหลัก\พิจารณาการเหนี่ยวนำของตัวเหนี่ยวนำแกน gapped; กับแกนข้ามส่วนและความยาวของช่องว่างและการหมุนวนรอบ :μ A c l g$\Delta B$$\mu$$A_c$$l_g$$n$

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

ที่เกี่ยวข้องกับกระแสคดเคี้ยวสูงสุด ( ) กับฟลักซ์ช่องว่าง ( ): B $I_{\text{max}}$$B_{\text{max}}$

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

โดยเริ่มต้นด้วยค่าสำหรับ , ,และเป็นไปได้ที่จะได้รับแนวคิดว่าและสำหรับตัวเหนี่ยวนำจะต้องเป็นอะไร ให้ = 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$

และ

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

การวิเคราะห์นี้ค่อนข้างง่ายทำให้เหลือ แต่ความคิดว่าจะเกิดอะไรขึ้น การออกแบบตัวเหนี่ยวนำประเภทนี้มีส่วนร่วมอย่างมาก คุณอาจดู " การออกแบบตัวเหนี่ยวนำและ Flyback Transformer " เป็นข้อมูลอ้างอิง

ฉันคิดว่าคุณกำลังใช้วัสดุ N87 ดังนั้นฉันจะทำการคำนวณอย่างรวดเร็ว ที่ 500 kHz กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำสามารถเพิ่มขึ้นถึงค่าที่แน่นอนใน 1 microsecond (50:50 รอบการทำงาน) คุณบอกว่ามันมีการเหนี่ยวนำ 244 uH ดังนั้นด้วย 18V ใช้ฉันคาดว่าปัจจุบันจะเพิ่มขึ้นถึง: -

18V x 1 us / 244 uH = 74mA - นี่คือกระแสการดึงดูด (มันเก็บ enrgy ที่จะถูกปล่อยในรอบครึ่งถัดไป) แต่มันฟังดูต่ำจริงๆ พลังงานที่เก็บไว้ในขดลวดหลักจะต้องถ่ายโอนไปยังเอาต์พุตและพลังงานนี้คือ 0.66 uJ (ยังคงฟังดูต่ำมาก) กำลังที่สามารถถ่ายโอนไปยังโหลดได้คือ 0.66 uJ x 500 kHz = 0.33 วัตต์

ฉันคิดว่าคุณต้องดูตัวอย่างอื่น ๆ ในแผ่นข้อมูลที่คุณเชื่อมโยง ฉันเห็นหนึ่งที่สามารถทำงานกับแรงดันไฟฟ้าสูงถึง 30V และทำงานที่ 300 kHz โดยใช้ตัวเหนี่ยวนำ 150 uH ดังนั้นฉันคิดว่าการสูญเสียหลักของคุณคือการสูญเสียทองแดงในขดลวด - คุณสร้างสิ่งเหล่านี้ได้อย่างไร

ฉันจะชี้ให้เห็นว่าวัสดุ N87 จะให้ผลขาดทุนประมาณ 5 ถึง 10% ที่ 500 kHz ด้วยดังนั้นอาจไม่ใช่ตัวเลือกที่ดีที่สุด

เพิ่มเข้าไปในสิ่งนี้เพื่อให้แน่ใจว่าเอาท์พุทที่คดเคี้ยวสร้างแรงดันลบเมื่อบวกจะถูกนำไปใช้กับหลัก กล่าวอีกนัยหนึ่ง phasing ของขดลวดเป็นพื้นฐานของวงจร flyback ประเภทนี้

เหตุผลของฉันเกี่ยวกับการประเมินโหมดไม่ต่อเนื่องนี้คือแม้ว่าคุณอาจคาดหวังว่าจะทำงานในโหมดการนำเสนอแบบต่อเนื่องคุณสามารถได้รับแนวคิดที่สมเหตุสมผลโดยดูจาก DCM และพยายามหาว่า DCM อยู่ใน ballpark ที่ถูกต้องหรือไม่

รูสำหรับขาตรงกลางของแกนบน PCB นั้นดูชุบ มันชุบใน PCB จริงหรือไม่? ถ้าเป็นเช่นนั้นก็อธิบายได้ว่าทำไมคุณถึงมีกระแสใหญ่ คุณมีตาสั้นที่เข้าคู่ผ่านแกนกลาง