Що робити з дуже гарячим площинним індуктором?

Що я роблю:

Я розробляю перетворювач DCDC для генерації ± 24 В від вхідного живлення 18 В - 36 В. Для цього я використовую TI TPS54160 і слідуючи документу Створити джерело живлення розділеної залізниці з широким вхідним напругою .

Щоб заощадити простір, я створив планарний трансформатор, використовуючи розділене серцевину трансформатора. Я поклав 12 витків на кожній стороні трансформатора, який в відповідно до специфікації сердечника повинен дати 244uH (12x12x1700nH).

Додано:

Я використовував калькулятор на основі Excel, наданий TI для обчислення правильних значень компонентів. Калькулятор призначений спеціально для проектування цієї топології ланцюга з цим ІС.

Проблема:

Проблема полягає в тому, що на частоті комутації 500 кГц трансформатор стає дуже гарячим. Якщо я зменшу частоту комутації, я можу зробити її трохи прохолоднішою, але якщо я зменшу занадто далеко, схема вже не має достатнього струму приводу.

Моє запитання:

Що слід спробувати у версії 2? Чи допоможе фізично більший сердечник трансформатора? Чи варто спробувати зменшити кількість витків на трансформаторі? На 500 кГц я підраховую, що мені потрібно лише 65uH, так що я, безумовно, можу знизитися до 8 витків.

Проблема полягає в тому, що сердечники, які використовуються, не мають зазору, тому індуктор насичується. Топологія з операцією типу Flyback зберігає енергію в ядрі, коли комутатор включений, переміщуючи ядро ​​вгору по кривій BH. Але, для простого прикладу розривної провідності (DCM), коли вимикач вимикається і струм падає до нуля, B повертається не до нуля, а до підвищеної залишкової точки. Отже, придатний дуже малий, а серцевина переходить у насичення. Неперервна провідність (СКМ) ще гірша в цьому плані.$\Delta B$

Додавання розриву переміщує точку залишкового ближче до нуля, що дає корисну . У випадку зазору індуктивність визначатиметься зазором, не стільки ядром μ . Розглянемо індуктивність індуктора з розривом серцевини; з перерізом серцевини A c і довжиною зазору $\Delta B$$\mu$$A_c$$l_g$$n$

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

також пов'язаний максимальний струм обмотки ( ) з потоком зазору ($I_{\text{max}}$$B_{\text{max}}$

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

Починаючи зі значення для ,$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$

і

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

Цей аналіз досить спрощений, багато чого не дає, але дає уявлення, чого чекати. Проектування цих типів індукторів дуже задіяне. Ви можете поглянути на " Дизайн індуктора та відкидного трансформатора " як орієнтир.

Я думаю, ви використовуєте матеріал N87, тому я збираюся зробити швидкий розрахунок матеріалів. При 500 кГц струм індуктора може піднятися до певного значення за 1 мікросекунд (робочий цикл 50:50). Ви кажете, що він має індуктивність 244 мкг, тому при застосуванні 18 В я очікую, що струм підніметься до: -

18V x 1 us / 244 uH = 74mA - це струм намагніченості (він зберігає енергію, яка вивільняється в наступному піврізі), але це звучить справді, дуже низько. Енергія, накопичена в головній обмотці, повинна передаватися на вихід, і ця енергія становить 0,66 мДж (все ще звучить дуже низько). Таким чином, потужність, яку можна передати навантаження, становить 0,66 мДж х 500 кГц = 0,33 Вт.

Я думаю, що вам потрібно переглянути інші приклади в тому інформаційному аркуші, який ви зв'язали. Я бачу такий, який може працювати з напругою до 30В і працює на 300 кГц, використовуючи індуктор 150 мкг, тому я думаю, що ваші основні втрати - це втрати міді в обмотках - як ви їх виготовили?

Я також зазначу, що матеріал N87 дасть вам приблизно 5–10% втрат на 500 кГц, тому це, мабуть, не найкращий вибір.

Додайте до цього переконайтесь, що обмотка на виході виробляє негативну напругу, коли позитивне застосовується до первинного. Іншими словами, фаза обмоток є основоположною для даного типу ланцюгових обертів.

Моє міркування щодо цієї переривчастої оцінки режиму полягає в тому, що, хоча ви можете розраховувати на запуск у режимі безперервної провідності, ви можете отримати розумне уявлення, переглянувши його в DCM і намагаючись розібратися, чи DCM знаходиться у правильному бальному парку.

Отвір для центральної ніжки серцевини на друкованій платі виглядає на малюнку. Він розміщений у фактичній друкованій платі? Якщо це так, це пояснює, чому у вас можуть бути великі струми. У вас короткий поворот, який з'єднується через серцевину.