¿Cómo un inductor de PSU de conmutación supera el problema de la corriente de saturación?

Si abre un convertidor reductor de conmutación como el que se usa en su computadora de escritorio, solo encontrará que un transformador toroidal relativamente pequeño finalmente proporciona la energía al usuario.

Claro, el flyback opera a alta frecuencia, lo que aumenta enormemente la impedancia, y hay un mecanismo de regulación completo, pero ese no es el punto: estas PSU pueden proporcionar fácilmente 7A o mucho más (15A no es inusual). Esta alta corriente la proporciona en última instancia el pequeño transformador. Sin el efecto magnético, nada pasaría.

Mi pregunta es: ¿cómo estos transformadores pueden manejar una corriente tan alta sin saturarse?

Creo que su primera oración del segundo párrafo responde a su propia pregunta. Y: Realmente no estoy de acuerdo con la declaración de "inductor relativamente pequeño".
Supongo que quiere decir pequeño en relación con el tamaño de los transformadores o inductores de baja frecuencia que transportan la misma cantidad de corriente.
Lo que significa que tienes que recalibrar tus sentimientos sobre el tamaño de las cosas, cuando se usan en ciertas frecuencias, que tienen una construcción interna que no conoces. Básicamente, si sucede, debe ser cierto. Ahora, hazte a la idea. Desarma uno, mídelo, acostúmbrate a cómo se comporta, lee sobre él.
Cuando dice "inductor", ¿está hablando del transformador en la fuente de alimentación?
Sí, es lo que quise decir. Perdón por la oración de "inductor relativamente pequeño". Solo quiero decir que si toma este transformador, alimenta el primario con una corriente alterna de 50 Hz, luego encontrará que el secundario hará su trabajo hasta aproximadamente 0.5 A rms (probablemente menos de hecho), y luego la corriente disminuye más o menos en una proporción inversa a la corriente primaria (bueno, esto es lo que encontré por medidas directas, esto puede ser falso).

Respuestas (1)

Operar a alta frecuencia significa: -

  • transfieres una energía más pequeña más veces por segundo = el mismo manejo de potencia que un transformador convencional.
  • evita la saturación del núcleo asociada con el funcionamiento a una frecuencia más baja

La saturación del núcleo está relacionada con la densidad de flujo máxima del material del núcleo. Para una ferrita típica, esto es alrededor de 0,35 teslas: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

Para acero al silicio (transformadores convencionales) esto podría ser alrededor de 1,3 teslas: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

Entonces, a primera vista, la ferrita es peor que los laminados de acero al silicio convencionales porque se satura en un campo H más bajo. Sin embargo, esta no es la historia completa. Como indican los gráficos, la densidad de flujo magnético se "mapea" con el campo H a través de la permeabilidad magnética del núcleo. El objetivo de cualquier diseño de inductor o transformador es evitar generar un campo H pico que pueda saturar demasiado el núcleo.

Dado que la corriente en un inductor aumenta linealmente con el tiempo (para un voltaje aplicado fijo), no puede aplicar ese voltaje de CC durante mucho tiempo o producirá un campo H que satura demasiado el núcleo. Aquí es donde operar a altas frecuencias beneficia a la fuente de alimentación moderna.

Entonces, a una frecuencia más alta, puede hacer que la inductancia sea proporcionalmente más pequeña. Esto significa que puede tener menos turnos (si todo lo demás es igual) y, con menos turnos, obtiene un campo H proporcionalmente más pequeño.

Esto significa un inductor/transformador proporcionalmente más pequeño.

EDITAR: con respecto a las matemáticas de un transformador flyback simple, considere una inductancia primaria de 1 mH que cada 10 us se mantiene en un riel de CC de 300 voltios durante 5 us (servicio 50:50). En 5 us, la corriente del inductor aumenta linealmente a 1,5 amperios según la fórmula V = L di/dt.

La energía almacenada se convierte en 1.125 mJ ( L I 2 / 2 ) y esto se transfiere 100.000 veces por segundo. Esa es una transferencia de potencia continua de 112,5 vatios. Si observa muchas especificaciones de núcleos de ferrita, probablemente encontrará que para obtener 1 mH necesitaría alrededor de 30 vueltas y esto significa que la fuerza magnetomotriz (amperios vueltas) sería 1.5 x 30 = 45.

Un núcleo de ferrita debería poder hacer frente a un campo H de aproximadamente 400 amperios vueltas por metro y el bit "por metro" define la longitud del núcleo; esto significa una longitud del núcleo de 45/400 metros o 113 mm, o, si se trata de un Si se utiliza un núcleo de forma cuadrada, será de unos 28 mm x 28 mm a lo largo de la línea central. Teniendo en cuenta que el núcleo debe tener un área de sección transversal decente, las dimensiones exteriores pueden ser de 33 mm x 33 mm.

Este es solo un ejemplo trabajado fuera de la manga.

Gracias por tu respuesta Andy. Está bien por el hecho de que con menos vueltas, puede obtener la misma inductancia que un gran inductor de baja frecuencia. Pero esto está lejos de ser suficiente (según mis medidas) para proporcionar una alta corriente de saturación: a bajas frecuencias, tales transformadores pierden su potencia a menos de 1A. Tal vez la solución esté en su oración intermedia: "Como indican los gráficos, la densidad de flujo magnético "se asigna" al campo H a través de la permeabilidad magnética del núcleo. Esto significa que intenta evitar generar el campo H máximo que saturaría el centro." puedes elaborar ?
Lo malinterpretas: menos vueltas no equivalen a la misma inductancia. Esto nunca puede ser verdad. Las frecuencias más altas significan que la corriente nunca puede aumentar a los valores vistos en frecuencias más bajas. Esto evita la saturación del núcleo.
Oh, por supuesto, quise decir impedancia (como escribí en mi pregunta).
Si la corriente no puede subir a valores altos como dices, ¿cómo puede el transformador transmitir 15A a los terminales?
Modifiqué las palabras que citaste para que sean más legibles en caso de que te lo estés preguntando. Se trata de la transferencia de energía: la cantidad de veces que transfiere energía por segundo se relaciona con la transferencia de energía. Si transfiere 1 mJ por segundo, es una potencia de carga de 1 mW (lamentable). Si transfiere 1 mJ, 100 000 veces por segundo, entonces es una transferencia de energía de 100 vatios. Por lo tanto, usted diseña el devanado primario para almacenar un nivel decente de energía magnética, luego carga y descarga (transfiere) esa energía a la velocidad más alta posible para obtener una potencia de salida decente.
Humm. Ok, puedo entender esto, pero esto todavía no es del todo satisfactorio, porque esto no explica cómo esto reduce la corriente en el transformador: después de todo, para cualquier transformador, la relación de las corrientes entre primario y secundario es fija, no importa cual es la frecuencia Y si los terminales finales emiten 10 A CC, debería haber 10 A rms fluyendo a través del secundario del transformador, ¿no?
1 mH a 1,5 amperios significa una energía almacenada de 1,125 milijulios. 100 kHz significa que la energía se convierte en una potencia utilizable (ignorando las pérdidas) de 112 vatios. Entonces, si aplica 300 voltios a un inductor de 1 mH durante 5 microsegundos y la corriente aumenta hasta 1,5 amperios (fórmula de inductor estándar), obtendrá 112 vatios a 100 kHz.
¡Los transformadores Flyback no funcionan como los transformadores convencionales a pesar de que son de la misma construcción! Ya no puede pensar en términos de relación de vueltas: el diseño flyback es equivalente a un transformador de relación de vueltas variable.
Gracias a tus indicaciones, empiezo a entender. Todavía tengo que sumergirme en la teoría para entenderla completamente. También creo que puede editar su respuesta para incluir sus últimos comentarios que respondan a la pregunta mucho más que la respuesta actual.
¿Cómo un inductor de PSU de conmutación supera el problema de la corriente de saturación?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v