Bir Telden Daha Fazlası: Transformatör Sargılarında Kaplama ve Yakınlık Etkileri

İki Gizli Efekt

Cilt etkisi: Alternatif akım iletkenin yüzeyini tercih eder. Akım yoğunluğu içe doğru katlanarak azalır ve karakteristik "yüzey derinliği" δ - 1/e'ye (%37) düştüğü derinlik - şu şekildedir:

δ = √(ρ / (π · f · μ))

— EngiCalcsHub dış görünüm derinliği referansı; TI Uygulama Notu SLUP197 (Lloyd Dixon)

20°C'de bakır için bu, 50/60 Hz'de yaklaşık 8,5 mm'dir ancak 100 kHz'de kabaca 0,21 mm'ye küçülür (passive-components.eu; EngiCalcsHub). Yani 100 kHz'deki standart 1 mm'lik bir telde, akımın neredeyse tamamı ince bir dış kabuktan geçer ve telin çekirdeği yararlı hiçbir şey yapmaz.

Yakınlık etkisi sinsi kuzenidir. Bir sargıdan gelen alternatif manyetik alan, komşularında girdap akımlarına neden olur. Bu indüklenen döngüler, akımı komşuya bakan yüzeylere doğru iter; yani sıkı bir şekilde sarılmış, çok katmanlı bir bobinde, her katmanın birbirine bakan taraflarında akım kalabalıkları oluşur. Alan birbirini takip eden her katman boyunca oluştuğundan, yakınlık kaybı kabaca katman sayısının karesiyle birlikte büyür: 4 katmanlı bir sargı, aynı akımda tek bir katmanın yaptığının yaklaşık 16 katına kadar kaybedebilir (passive-components.eu). Dowell'in klasik 1966 modeli, her iki etkiyi de tek bir AC/DC direnç oranına dönüştürür: F _R = R _ac / R _dc .

Gerçek Dünyadan Örnek: Bir USB-C Şarj Cihazı

100 kHz'e yakın geçiş yapan 65 W USB-C telefon şarj cihazında bir geri dönüş veya LLC transformatörü düşünün. 1 mm'lik sağlam bir emaye bakır tel, kesitinin çoğunu boşa harcar; AC direnci DC değerinin 3–5 katı olabilir, bu da parçayı ısıtır ve verimliliği azaltır.

Tasarımcıların aradığı çözüm Litz telidir ; her biri yüzey derinliğinin iki katından daha ince olan, ayrı ayrı yalıtılmış çok sayıda tel. Genel bir kural, tel çapının ≤ 2δ, yani 100 kHz'de ≤ ~0,42 mm olmasını sağlar (LP Sargı Teli teknik kılavuzu). Serpiştirmeyi sarmak (birincil ve ikincil katmanları değiştirmek) ve katman sayısını azaltmak da yardımcı olur.

Yaygın Yanlış Kanı ve Eğlenceli Gerçek

Yanlış kanı: "Sargı direnci sadece ρ·L/A'dır, dolayısıyla kabloyu DC ohm'a göre boyutlandırabilirim."

AC manyetiklerinde bu formül katlarla kapalı olabilir. Çalışma frekansınız ve iletken boyutunuz için daima R _ac / R _dc'yi kontrol edin.

Eğlenceli gerçek: Frekansı 1 MHz'e ittiğinizde bakırın yüzey derinliği yaklaşık 65 µm'ye iner; bu da insan saçından daha incedir. Radyo frekansı bobinlerinin katı tel yerine saç teli inceliğinde demetlere benzemesinin nedeni tam olarak budur.