¿Cómo cambia el flujo de polaridad en el transformador SMPS de puente completo?

Tome un circuito de conmutación de puente completo conectado al primario de un transformador.

Asumir:

Sin carga en el secundario. El voltaje en el puente completo es CC. El ciclo de trabajo de la conmutación es del 50%.

En t = 0, el puente completo conecta el voltaje al primario, llamémoslo "positivo".

La ley de Faraday dice que la pendiente del flujo será de magnitud opuesta, y el flujo aumentará (negativamente) linealmente hasta que termine el medio ciclo y el voltaje cambie. En ese punto, el flujo aumentará (positivamente), y así sucesivamente.

Lo que veo aquí es que el flujo comienza en 0 y alcanza un pico negativo, luego regresa a cero. Nunca cruza a territorio positivo y nunca cambia de signo.

En el diseño típico de SMPS de puente completo, ¿cómo se hace que el flujo sea bipolar y realmente cambie la polaridad?

Supongo que es deseable y posiblemente necesario que haga esto para evitar que el flujo fluya y también porque si la corriente cambia de polaridad en el secundario, el flujo también debe cambiar de polaridad.

Respuestas (1)

Lo que veo aquí es que el flujo comienza en 0 y alcanza un pico negativo, luego regresa a cero. Nunca cruza a territorio positivo y nunca cambia de signo.

Esto ciertamente sucede y es un problema real con los transformadores de potencia.

Ocurre porque la corriente a través del elemento inductivo es la integral del voltaje aplicado y esta es la razón principal por la cual los primarios del transformador pueden alcanzar altos niveles de saturación en el núcleo cuando se aplica voltaje inicialmente. Otro nombre para esto es corriente de "irrupción".

Si simuló el circuito inicialmente con un pulso de medio ancho al principio, todo estaría bien y vería el flujo distribuido por igual tanto negativa como positivamente.

Para otra respuesta , el año pasado dibujé la siguiente imagen. Estaba relacionado con un transformador de potencia regular que se "encendía" cuando la onda sinusoidal de voltaje pasaba por cero voltios: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

Como puede ver, la corriente (roja) comienza desde cero amperios y aumenta inicialmente a un valor mayor de lo normal. Este es el mismo efecto que estás describiendo y las matemáticas respaldan totalmente la situación. Sin embargo, para un transformador real con pérdidas, la forma de onda actual puede adquirir un valor promedio de cero después de algunos ciclos y eso es lo que la imagen intenta mostrar. Finalmente, la corriente se estabiliza en la imagen inferior de la imagen.

Vale la pena señalar que en lugar de activar inicialmente el transformador cuando el voltaje de onda sinusoidal (azul) pasaba por 0 voltios, se activó en el pico del voltaje, la forma de onda actual pasaría naturalmente por 0 amperios y no vería este efecto. Y eso es exactamente lo mismo que conducirlo inicialmente con medio pulso como se mencionó anteriormente.

En realidad, estos problemas desaparecen debido a pérdidas reales en el núcleo y el cobre. Intente simular con una pequeña resistencia en serie con el primario o una carga en el secundario y vea qué sucede.

Pregunta relacionada

Gracias Andy. He visto tus otras respuestas aquí y han sido útiles. Sospeché que este problema era esencialmente la corriente de entrada del transformador, pero mi intención es más una aplicación SMPS y no quería enturbiar las aguas. Por lo que puedo decir al leer libros blancos sobre transformadores industriales (como los transformadores en las fábricas), este problema es común incluso hoy en día. Sin embargo, creo que en una aplicación SMPS, algo como esto se abordaría fácilmente ya que la conmutación está controlada, pero parece que no puedo encontrar nada al respecto. Como un SMPS de puente completo que alimenta un primario. ¿Algunas ideas?
También me gustaría decir que sospeché que su respuesta era la forma, pero mirando las formas de onda, no he podido asimilar cómo finalmente se estabiliza con pérdidas reales, como usted describe, pero ese es mi problema, solo tengo para seguir pensando en ello. He visto a otras personas señalar que esa también es la solución.
Creo que varios chips de amperios tienen limitación de corriente, especialmente los que se usan en los controladores flyback.
¿Cómo cambia el flujo de polaridad en el transformador SMPS de puente completo?
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