Que faire à propos d'un inducteur plan très chaud?

Qu'est-ce que je fais:

Je conçois un convertisseur DCDC pour générer ± 24v à partir d'une alimentation entrante de 18v - 36v. Pour cela, j'utilise le TI TPS54160 , et en suivant le document Créer une alimentation à rail divisé avec une tension d'entrée large .

Pour économiser de l'espace, j'ai conçu un transformateur planaire, utilisant un noyau de transformateur divisé. J'ai mis 12 tours de chaque côté du transformateur, ce qui, selon la fiche technique du noyau, devrait donner 244uH (12x12x1700nH).

Ajoutée:

J'utilise une calculatrice basée sur Excel fournie par TI pour calculer les valeurs de composants correctes. Le calculateur est spécialement conçu pour concevoir cette topologie de circuit avec ce CI.

Le problème:

Le problème est qu'à une fréquence de commutation de 500 kHz, le transformateur devient très chaud. Si je réduis la fréquence de commutation, je peux l'obtenir un peu plus frais, mais si je réduit trop loin, le circuit n'a plus assez de courant d'attaque.

Ma question:

Que dois-je essayer dans la version 2? Un noyau de transformateur physiquement plus grand serait-il utile? Dois-je essayer de réduire le nombre de tours sur le transformateur? À 500 kHz, je calcule que je n'ai besoin que de 65 µH, donc je pourrais certainement descendre à 8 tours.

Le problème est que les noyaux utilisés n'ont pas d'espace, donc l'inductance sature. Une topologie avec un fonctionnement de type Flyback stocke l'énergie dans le cœur lorsque l'interrupteur est activé, déplaçant le cœur vers le haut de la courbe BH. Mais, pour l'exemple simple de la conduction discontinue (DCM), lorsque l'interrupteur se ferme et que le courant tombe à zéro, B ne revient pas à zéro mais à un point résiduel élevé. Ainsi, le Δ utilisableest très petit et le noyau entre en saturation. La conduction continue (CCM) est encore pire à cet égard.$\Delta B$

L'ajout d'un espace rapproche le point résiduel de zéro, donnant un utilisable . Dans le cas d'un écart, l'inductance sera déterminée par l'écart, pas tant par le noyau μ . Considérez l'inductance d'un inducteur à noyau espacé; avec section de noyau A c et longueur d'écartement l g et spires d'enroulement$\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$

et

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

Cette analyse est assez simplifiée, laissant beaucoup de place, mais donne une idée de ce à quoi s'attendre. La conception de ces types d'inductances est très complexe. Vous pouvez regarder " Inductor and Flyback Transformer Design " comme référence.

Je pense que vous utilisez du matériel N87, donc je vais faire un rapide calcul. À 500 kHz, le courant d'inductance peut atteindre une certaine valeur en 1 microseconde (rapport cyclique 50:50). Vous dites qu'il a une inductance de 244 uH donc avec 18V appliqué je m'attends à ce que le courant monte jusqu'à: -

18V x 1 us / 244 uH = 74mA - c'est le courant de magnétisation (il stocke l'enroulement qui est libéré dans le demi-cycle suivant) mais ça sonne vraiment, vraiment très bas. L'énergie emmagasinée dans l'enroulement principal doit être transférée à la sortie et cette énergie est de 0,66 uJ (toujours très faible). La puissance qui peut être transférée à une charge est donc de 0,66 uJ x 500 kHz = 0,33 watts.

Je pense que vous devez regarder d'autres exemples dans cette fiche technique que vous avez liée. J'en vois un qui peut fonctionner avec des tensions aussi élevées que 30 V et fonctionnant à 300 kHz en utilisant une inductance de 150 uH, donc je pense que vos principales pertes sont des pertes de cuivre dans les enroulements - comment les avez-vous fabriquées?

Je soulignerai également que le matériau N87 vous donnera également environ 5 à 10% de pertes à 500 kHz, ce n'est donc probablement pas le meilleur choix.

De plus, assurez-vous que l'enroulement de sortie produit une tension négative lorsque le positif est appliqué au primaire. En d'autres termes, la mise en phase des enroulements est fondamentale pour ce type de circuit flyback.

Mon raisonnement à propos de cette évaluation en mode discontinu est que, bien que vous puissiez vous attendre à fonctionner en mode de conduction continue, vous pouvez vous faire une idée raisonnable en le regardant dans DCM et en essayant de déterminer si DCM est dans le bon stade.

Le trou pour la jambe centrale du noyau sur le PCB semble plaqué sur la figure. Est-il plaqué dans le PCB réel? Si c'est le cas, cela explique pourquoi vous pourriez avoir de grands courants. Vous avez un virage court qui est couplé à travers le noyau.