Transformator und IC-Heizung im Viper22a SMPS-Design

Transformatoren vs. Induktivitäten

Eine großartige Antwort auf eine Frage, die Sie nicht gestellt haben

Erstens sehe ich in dieser Schaltung nichts, was man als Transformator bezeichnen könnte. Transformatoren befinden sich in Durchlasswandlern und übertragen Energie direkt von der Primärseite zur Sekundärseite. Sie speichern keine Energie, daher muss ihr Magnetkern nur groß genug sein, um dem Magnetfluss standzuhalten, der durch die Volt-Sekunden-Differenz verursacht wird, die sich zwischen der Wicklungsspannung und dem Magnetfluss entwickelt, der um 90 Grad phasenverschoben ist. Je höher die Frequenz, desto kleiner ist sie bei gleicher Spannung, weshalb Vorwärtswandler (1 Schalter vorwärts, 2 Schalter vorwärts, Gegentakt, Vollbrücke) im Vergleich zu ihren komisch großen 50/60-Hz-Vettern sehr kleine Transformatoren haben .

Das wiederum ist ein invertierender Buck-Boost-Converter oder besser bekannt in dieser Variante ein Flyback-Converter. Sie sind jedoch genau die gleiche Schaltung. Aufgrund der Schalterposition scheint es zunächst nicht so zu sein, aber durch die Verwendung einer gekoppelten Induktivität mit isolierten Spulen auf einem gemeinsamen Kern können Sie den Eingangsschalter beliebig in Bezug auf die Induktivität und den Ausgangsschalter ( eine Diode in diesem Fall) kann dank der Isolierung in beide Richtungen gehen, da es keine gemeinsame Masse in Bezug auf den Eingang gibt. Wenn Sie also einen Buck-Boost-Wandler nehmen, verwenden Sie einen NPN/NMOS-Typ-Schalter anstelle eines PNP/PMOS-Typs und kehren Sie die Diode am Ausgang um, verehrt und fertig. Sie haben gerade einen Buck-Boost in einen Flyback verwandelt. Aber in Wirklichkeit haben Sie gerade dieselbe Schaltung konfiguriert,

Ihr partieller Schaltplan zeigt keine Wicklungsphase und das Weglassen macht diesen Schaltplan unvollständig, da es sich um wichtige Informationen handelt. Aber wenn es eine Wicklungsphase anzeigen würde, würden Sie sehen, dass die Ausgangswicklung der Eingangswicklung gegenüberliegt. Dies liegt daran, dass es tief im Inneren nie aufgehört hat, ein invertierender Abwärts-Aufwärts-Wandler zu sein. Um also die richtige Polarität für die Diodenkonfiguration zu erhalten, wird die Wicklung in die entgegengesetzte Richtung gewickelt.

Transformatorkerne sind keine Induktorkerne

Dies beantwortet die Frage, die Sie gestellt haben! Hurra!

In dieser Schaltung gibt es keinen Transformator, sondern eine gekoppelte Induktivität, die praktischerweise zumindest im Prinzip physikalisch genauso aufgebaut sein kann wie Transformatoren. Der Unterschied besteht darin, dass es sich immer noch um eine Induktivität handelt, nicht um einen Transformator, und daher um einen Energiespeicher, nicht um eine Energieübertragungsvorrichtung. Auch im Dauerleitungsmodus muss es immer noch kontinuierlich Energie speichern, daran führt kein Weg vorbei. Und der Kern Ihres neuen gekoppelten Induktors kann nicht die notwendige Energie speichern, die beim Laden benötigt wird, und funktioniert daher gut mit keinen oder leichten Lasten, aber unter stärkeren Lasten wird der Kern gesättigt, das Magnetfeld steigt nicht mehr so ​​stark in Bezug auf den Strom an, weniger Energie ist gespeichert, und die Induktivität fällt. Dies führt zu einem Anstieg des Stroms in der gekoppelten Induktivität aufgrund einer geringeren Induktivität, um der Schaltwellenform eine Reaktanz zu verleihen.

Die Sättigung ist in Ferritkernen außerordentlich nichtlinear. Es sättigt wie Pudding, der auf eine Mauer trifft. Hergestellt aus massiven Diamantziegeln. Äh, Sie haben die Idee. Die Sättigung eines Induktors kann dazu führen, dass seine Induktivität schnell um Größenordnungen abfällt.

Wenn Sie versuchen, es mit einem niedrigeren Ausgangsstrom zu laden, werden Sie feststellen, dass sich das Netzteil plötzlich wieder korrekt verhält, sobald es um einen bestimmten Betrag reduziert ist, aber nur, wenn Sie unter diesem Strom bleiben.

Nun, die Kernsättigung ist definitiv die Ursache Ihres Problems.

Aber warum ist das passiert, wenn die Kerne so ähnlich groß sind? Es gibt nur wenige Möglichkeiten, und ich kann mir der richtigen Antwort ohne die tatsächlichen Teilenummern dieser Kerne nicht sicher sein, damit ich mir ihre Datenblätter ansehen kann, aber wenn ich raten müsste ... liegt es an:

Luftspalte

„Denkst du, Magnetik ist schon hart genug?“ Ich fragte. "Nein", antwortete die Natur.

Wenn der ursprüngliche arbeitende gekoppelte Induktor einen Kern mit Luftspalt hätte (was mit ziemlicher Sicherheit der Fall ist) und die neuen Kerne mit niedrigem Profil keinen haben oder einen kleineren Luftspalt haben, dann würden die neuen Kerne selbst bei ähnlicher Größe in dieser Anwendung sättigen und zeigen die Probleme, die Sie sehen.

Ein Kern kann mehr Energie im Luftspalt speichern, aber da der Luftspalt die Menge an magnetischem Fluss reduziert, der für die gleiche Anzahl von Windungen erzeugt wird. Die Induktivität pro Windung im Quadrat ist also geringer, und Sie müssen die Windungen (oder die Frequenz) erhöhen. Glücklicherweise steigt die Induktivität mit dem Quadrat der Anzahl der Windungen, während der Verlust der Induktivität pro Windung im Quadrat linear ist, also ist dies einer der sehr seltenen Fälle in der Natur, in denen wir tatsächlich ein kostenloses Mittagessen bekommen. Mit Luftspalten können Sie sogar noch mehr Energie in einem Kern speichern, solange Sie Platz für mehr Windungen haben. Eine Halbierung der Permeabilität (also ein riesiger Luftspalt) und eine Verdoppelung der Windungen würde dazu führen, dass derselbe Kern doppelt so viel Energie speichert wie zuvor.

Im Allgemeinen sind Luftspalte nicht sehr groß, oft 1 mm oder 0,6 mm oder 1 mm und ändern sich. So etwas kann sehr leicht unbemerkt bleiben, aber selbst eine kleine Lücke kann den Unterschied zwischen korrektem Betrieb und gesättigter Traurigkeit ausmachen. Wenn Sie jedoch nur einen Transformatorkern verwenden, der normalerweise keinen Luftspalt für eine Flyback-Anwendung hat, benötigen Sie einen wesentlich größeren Kern. Aus diesem Grund haben Kerne, die in Flybacks verwendet werden, immer einen Luftspalt, um mehr Energie zu speichern, während Kerne für Transformatoren keinen Spalt haben. Ein Luftspalt hat keinen Einfluss auf die Kernsättigung eines Transformators (da sie nicht mit Energiespeichern arbeiten - daher handelt es sich um unterschiedliche Geräte und die Unterscheidung ist wichtig), aber ein Luftspalt WERDEN reduzieren, wie viel Energie er für einen bestimmten Betrag übertragen kann Kerngröße. Sie sind nichts als schädlich für Transformatoren, obwohl manchmal sehr kleine Luftspalte zu Herstellungszwecken oder zum Einstellen der Primärinduktivität in Transformatoren eingeführt werden. Die gleichen Kerngrößen gibt es in einem ganzen Bereich, von keinem Spalt bis zu mehreren mm großen Spalten, daher vermute ich, dass Ihre neuen Transformatoren im Vergleich zum ursprünglichen EE-16 den Luftspalt der falschen Größe (oder keinen Luftspalt) verwenden.

Wenn Sie Teilenummern angeben können, kann ich Ihnen mit Sicherheit sagen, ob dies die Ursache ist, und Ihnen helfen, einen geeigneten Kern zu finden (es wird dieselbe Größe und dieselbe Spule haben, nur ein bisschen Kernmaterial wird in der Mitte entfernt). der Kern, wo sich die beiden Hälften treffen). Für Prototyping-Zwecke können Sie einen Transformator auch mit einer Ghetto-Lücke versehen (wir sprechen davon, wenn Sie diese Welpen von Hand aufwickeln), indem Sie ein paar Lagen Papier oder etwas anderes in die Mitte der Spule einlegen, sodass sie dazwischen eingeklemmt wird die beiden Kernhälften und erzeugt einen kleinen Luftspalt. Nun, Papierlücke. Papier ist fast so gut wie Luft.

Das ist eine so vollständige Antwort, wie sie leider ohne weitere Informationen gegeben werden kann. Magnetik ist kompliziert und sehr materialabhängig, so dass eine andere Möglichkeit darin besteht, dass unterschiedliche Kernmaterialien schuld sind. Ferrit ist eine Klasse von Materialien, nicht ein Material. Ferrit kann von einer Formulierung zur anderen erheblich variieren. Einige sind sogar leicht leitfähig - prüfen Sie einen Kern mit einem Multimeter, und oft werden Sie feststellen, dass er einen Widerstand von kΩ hat, aber nicht der hochwertige Isolator ist, für den er oft gehalten wird. Andere Materialien sind für die Messung mit einem normalen Multimeter zu widerstandsfähig. Und sie haben definitiv unterschiedliche Energiespeichereigenschaften.

Wie auch immer, kommentieren oder bearbeiten Sie Ihre Frage, wenn Sie Teilenummern bekommen können, und ich werde sehen, ob ich ein bisschen mehr helfen kann, aber ansonsten viel Glück!