Angenommen, ich möchte einen Aufwärtswandler bauen, der mit 100 kHz läuft, mit einer Eingangsspannung von 600 VDC und einem Eingangsstrom von 100 Ampere. (Dies ist hypothetisch, ich weiß, dass die beteiligten Halbleiter exotisch wären.) Dazu bräuchte ich eine hübsche kundenspezifische Drossel; Laminierter Stahl wird diese Art von Frequenz wahrscheinlich nicht verarbeiten, und in diesem Leistungs- und Frequenzbereich gibt es nicht viel von der Stange. Also baue ich mir selbst! Was könnte möglicherweise falsch laufen?
Eine Möglichkeit, eine Drossel zu bauen, um dies zu handhaben, ist die Verwendung eines Luftkerns. Keine Kernverluste, wenn kein Kern vorhanden ist! Keine Probleme bei der Komponentenbeschaffung, weniger Kenntnisse über Magnetik erforderlich. Die offensichtlichen Nachteile sind, dass ich viel mehr Drahtwindungen brauche, mehr Volumen in meinem Chassis, es wird einen höheren Widerstandsabfall im Pfad geben ... also ist es vielleicht kein kosteneffektiver Ansatz. Aber nehmen wir an, es ist für einen Moment.
Also baue ich jetzt eine Luftdrossel aus so etwas wie einem 6AWG-Schweißkabel. Natürlich bringt mich der Skin-Effekt um, also brauche ich wirklich einen gleichwertigen Flachdraht oder eine schwere Folie. Die Induktivitätsberechnungen sind einfach, nur eine Frage der Windungen und der Geometrie. Aber was wird passieren, wenn ich tatsächlich versuche, das in meinem hypothetischen Aufwärtswandler zu betreiben? Bin ich anfällig für Isolationsschäden? Muss ich das Ganze mit Lack vakuumimprägnieren, um das zu vermeiden? Gibt es ein anderes Zuverlässigkeitsproblem mit dem, was ich beschreibe?
Grundsätzlich frage ich mich, auf welche schwarze Magie ich stoße, wenn ich hohe Ströme, hohe Spannungen und hohe Frequenzen verwende?
Ja, Sie könnten eine Luftspule verwenden. ABER es gibt einige Probleme Wenn Sie eine toroidale Luftspule verwenden, die ich noch nicht gemacht habe, erhalten Sie ein schlechteres Verhältnis von Widerstand zu Induktivität, das bei 100 kHz lähmend sein wird.2 Ihre echte SMPS-Spule führt den Gleichstromlaststrom und etwas Wechselstrom. Der Wechselstrom erwärmt den Draht mehr als erwartet aufgrund von Haut- und Näherungseffekten. Tatsächlich ist es möglich, eine Spule zu entwerfen, die einen Wechselstromwiderstand hat, der das 10- bis 100-fache ihres Gleichstromwiderstands beträgt. Sie müssen also für einen niedrigen Wechselstromwiderstand entwerfen Drahtdurchmesser sind einige der akzeptierten Methoden zur Minimierung des AC-Widerstands.Die Bedeutung dieses Wechselstromwiderstands hängt von Ihrer Wandlerwellenform ab. Sie können Ihren Wandler so einrichten, dass das Verhältnis von Wechsel- zu Gleichstromströmen angemessen bleibt.3 Ihre Spule wird größer als ein Ferrit sein, was bei Ihrer Größe möglicherweise kein Problem darstellt Das hypothetische Produkt wird sowieso durch Kühlkörper bestimmt. Übrigens habe ich einen 36- bis 12-V-Buck mit einer Luftspule gemacht, die 5 Ampere erzeugte. Es war in Ordnung.
Für Hochleistungsanwendungen ist Kupferrohr die beliebteste Methode, um die Skin-Effekt-Verluste im Drahtkern zu erkennen.
Details im Design werden oft mit der Geometrie und den dielektrischen Effekten der Isolierung übersehen, was zu einer Kapazität zwischen den Wicklungen führt. Dies kann durch Wickelformen, Einzel- oder Litzenmagnetdraht gesteuert werden.
Es wird davon ausgegangen, dass diese alle SMPS mit hohem Q, hohem f und niedriger Impedanz resonant mit Nulltalschaltung machen.
EMI-Streueffekte können problematisch sein, daher werden Ausrichtung, Abschirmungen und Ferritdrosseln für die Immunität berücksichtigt.
Induktionsheizungen verwenden oft Litzendrahtspulen, um Eisen- oder Aluminiumtöpfe bei höherer Frequenz mit speziellen Kunststofffolienkappen zu erhitzen, um den Welligkeitsstrom zu handhaben.
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