Sızıntı Endüktansı: Transformatör "Kusur" Mühendisleri Kasıtlı Olarak Mühendistir

giriiş

İdeal bir transformatör, manyetik enerjinin her bir kısmını birincil sargısından ikincil sargısına taşır. Gerçek transformatörler bunu yapmaz. Manyetik akının küçük bir kısmı çekirdekten kaçar ve yalnızca bir sargıyı bağlar; asla diğerine ulaşmaz. Bu "kaçak" akı, sarıma seri bağlanmış istenmeyen bir indüktör gibi davranır ve biz buna kaçak endüktans diyoruz. Onlarca yıldır en aza indirilmesi gereken bir sıkıntı olarak görülüyordu. Bugün bu, mühendislerin aktif olarak birlikte ve bazen de bunun için tasarladığı bir şeydir.

Prensip ve türleri

Sızıntı endüktansı kusurlu manyetik bağlantıdan kaynaklanır. Bir çekirdeği paylaşan iki bobin düşünün: Birincildeki alternatif akım akı yaratır, ancak tamamı ikincilden geçmez. Bağlantısız kısım (sargılar arasındaki, katmanlar arasındaki ve çekirdeğin dışındaki boşluklardaki akış) enerjiyi aktarmak yerine depolar. Bağlantıyı k katsayısıyla (0 ila 1) ölçüyoruz: k = 1, mükemmel bağlantı ve sıfır sızıntı anlamına gelir; daha düşük bir k daha fazla sızıntı anlamına gelir. Sızıntı kabaca dönüşlerin karesiyle ölçeklenir, bu nedenle yüksek oranlı transformatörler evcilleştirilmesi en zor olanlardır (Cadence; Frenetic). Uygulamada, iyi yapılandırılmış bir 100 kHz SMPS transformatörü bile tipik olarak 0,95-0,99 aralığında k gösterir; sızıntı yüzde olarak küçük görünür, ancak yüksek anahtarlama akımlarında depolanan enerji (½·Lk·I²) hiç de küçük değildir.

Bir dağılım kadar ayrı bir kaçak endüktans "tipi" yoktur: birincil sızıntı ve ikincil sızıntı , ayrıca bunun katmanlar ve bölümler arasında nasıl yayıldığı. İkincil devreyi kısaltarak ve birincildeki endüktansı okuyarak bunu ölçersiniz; bu okuma sızıntıdır . (İkincil açıkken mıknatıslanma endüktansını okursunuz.) Şebeke ölçekli güç transformatörleri için kaçak reaktans baskın tasarım parametrelerinden biridir; gerilim regülasyonunu, arıza akımı katkısını ve reaktif güç akışını ayarlar.

Uygulama örneği

Flyback dönüştürücüde kaçak düşmandır: anahtar kapatıldığında depolanan kaçak enerji (½·Lk·I²), MOSFET'i yok edebilecek bir voltaj yükselmesi olarak geri teptiğinden tasarımcılar sızıntıyı %40-60 (Frenetic; LPEMA) oranında azaltmak için söndürücüler ekler ve sargı serpiştirme (örn. P–S–P) kullanır. Ancak bir LLC rezonans dönüştürücüsünde hikaye tersine döner. Sızıntı endüktansı, tankın rezonans indüktörü Lr olur ve mıknatıslama endüktansı Lm , diğer rezonans elemanıdır - her ikisi de transformatörün kendisinin "serbest" özellikleridir (TI; EE Times). Bu, fazladan bir manyetik bileşeni ortadan kaldırır, yumuşak anahtarlamayı mümkün kılar ve verimliliğin %90'ların ortalarına ulaşmasını sağlar.

Yaygın yanlış kanı/eğlenceli gerçek

Yanlış kanı: "Kaçak endüktans sadece bir kusurdur; onu sıfıra getirin." Gerçekte, sızıntıyı sıfıra doğru zorlamak, parazitik sargılar arası kapasitansı artıran ve EMI'yi kötüleştiren ağır serpiştirmeyi gerektirir (kabaca C ∝ 1/ω²Lk). LLC tasarımlarında ise önemli olan büyük, kontrollü sızıntıdır.

Eğlenceli gerçek: İyi tasarlanmış bir LLC transformatörü, 2 pF'nin altında birincil-ikincil kapasitansa sahip olabilir - tipik bir geri dönüşten yaklaşık on kat daha düşük - tam da sargıları sızıntıyı yüksek (TI) tutmak için aralıklı olduğundan . Bir zamanlar savaştığınız parametre, en iyi özelliğiniz haline gelir.