Sızıntı Endüktansı: Transformatörlerin Değiştirilmesinde Kaybolmayan Parazit

Nereden geliyor?

Bir sargının akısı iki bölümden oluşur: her iki sargıyı birbirine bağlayan karşılıklı akı (bu yararlı işi yapar) ve yalnızca bir sargıyı bağlayan kaçak akı. Sızıntı akısı devrede etkilenen sargı üzerinde L_lk seri endüktansı olarak görünür. Onu ortadan kaldıramazsınız; yalnızca küçültebilirsiniz. Analog Devices'a göre, pratik geri dönüş transformatörleri birincil endüktansın yaklaşık %1-2'si kadar sızıntı sergiler; Monolitik Güç tipik olarak %1-5 aralığını not eder. Sargı geometrisi ana kaldıraçtır: sandviç veya çift telli sarma (birincil ve ikincil dönüşlerin araya girmesi) sızıntıyı aşağı çeker, ancak asla sıfıra ulaşmaz.

Mühendisler neden önemsiyor?

Geri dönüşlü dönüştürücüde, anahtar kapatıldığında mıknatıslanma enerjisi ikincil devreye aktarılır ve yükü besler. Ancak kaçak endüktansta depolanan enerji,

E_lk = ½ · L_lk · I_pk²

gidecek hiçbir yeri yok. Anahtar düğümüne akar ve keskin bir voltaj yükselmesine neden olur (kabaca V = L_lk · di/dt). Kontrol olmadan, 100 V'luk bir MOSFET, kapanma ve arıza sırasında 150 V'u görebilir. Tasarımcılar, her döngüde sızıntı enerjisini emen bir RCD kelepçesi veya RC sönümleyici ile bu durumu düzeltiyorlar. Sızıntı aynı zamanda verimliliği de sınırlar ve LLC rezonans dönüştürücülerde rezonans endüktansını ayarlar. İki uyarı: anahtarlama frekansında gerçek prototip üzerinde L_lk'yi ölçün (temel Lm'nin %1'i bunun yerine geçmez) ve bastırma direncini ~ 1/3 oranında azaltın - kelepçe ayrıca yalnızca kaçak enerjiden değil, giriş akımından da pay alır.

Somut bir örnek

Telefon şarj cihazının geri dönüş aşamasında, transformatördeki sızıntı, her kapanmada birincil tarafın çınlamasına neden olur. Bir RCD kelepçesi drenajı güvenli bir seviyeye sabitlerken, sandviç sarımlı transformatör L_lk'yi ~%1–2'de tutarak kelepçe kaybını sınırlar. Bunu ölçmek için: ikincil devreyi kısa devre yapın ve bir LCR ölçerde birincil endüktansı okuyun; geri kalan L_lk'tir.

Yaygın yanlış kanı ve eğlenceli gerçek

"Daha sıkı bağlantı her zaman daha iyidir." Tam olarak değil: LLC rezonans tasarımlarında seri rezonans indüktörü olarak tanımlanmış bir sızıntı kasıtlı olarak kullanılır, bu nedenle çok az sızıntı aslında tasarımı bozar. Ayrıca, kaçak endüktansın kendisi bir kayıp değildir; yalnızca her döngüde içinde depolanan enerji kelepçede boşa harcanır.

Standartlar

Kaçak endüktans bir güvenlik parametresi değil, bir performans parametresidir. Ancak güvenlik izolasyonlu anahtarlama transformatörleri için kullanıcıyı güvende tutan izolasyondan asla taviz verilmemelidir. IEC 61558-2-16 — "Anahtarlamalı güç kaynağı birimlerinin ve anahtarlamalı güç kaynağı birimleri için transformatörlerin güvenliği" - 500 Hz'den 100 MHz'e (SMPS aralığı) kadar dahili çalışma frekansları için IEC 61558 ailesinin uygulanabilir bir parçasıdır ve yalıtım sistemini, sızıntıyı/açıklığı ve birincil-ikincil izolasyonu kapsar. IEC 61558-1 genel güvenlik çerçevesini sağlar. IT/AV ekipmanı için IEC 62368-1 daha sık uygulanır; iki standart tamamlayıcıdır.