Espacio de aire en el transformador de fuente de alimentación de conmutación

Un artículo que he leído sobre fuentes de alimentación conmutadas ( https://sound-au.com/articles/smps-primer.html ) dice que las fuentes de conmutación push-pull, medio puente y puente completo no utilizan un aire brecha en el transformador.

Ahora, los convertidores flyback necesitan un espacio de aire ya que su operación unidireccional pone un componente de CC en la corriente primaria del transformador.

Pero, ¿sería ventajoso usar un espacio de aire en un transformador de salida de convertidor de puente completo de alta potencia (digamos 24 V CC a 50 amperios) o muy alta potencia (340 V CC a 800 amperios para un ionizador de aire de alta potencia)? Parece que sería genial hacerlo, ya que el transformador sería mucho más resistente a la saturación si el microcontrolador alguna vez dispara los transistores de conmutación en un lado más que en el otro, pero ¿cuáles son las desventajas?

No hay tal cosa como prevenir cualquier componente de CC. Puede calcular la renuencia, pero generalmente solo la veo como Al inferior. Entonces, para su puente completo, reduzca el Al, introduzca CC y comience a integrar su área de voltaje-tiempo para ver dónde termina su nivel de flujo.
Dije que evitaba que el componente de CC saturara el núcleo, no que no hubiera componente de CC...
La misma cosa. Puede construir un convertidor flyback (o cualquier topología con excitación de núcleo unidireccional) sin espacio de aire si lo desea. Punto de funcionamiento desfavorable sí, pero sin saturación a pesar del componente de CC si se diseña en consecuencia.
¡Gracias! Actualmente estoy buscando un núcleo con huecos en un transformador para un convertidor de puente completo de alta potencia.
Extraño punto de operación. ¿Tiene un voltaje de entrada súper bajo y una frecuencia muy alta?
250 kW a 340 V CC, frecuencia de conmutación de 250 kHz. Convertidor de puente completo. Entrada trifásica de 170-660 V CA.
¡Interesante! ¿Fueron por intercalado?
No. Es solo un suministro único. 4 pares de 3 Mosfets en paralelo con transformador. Luego un puente rectificador, inductor y banco de condensadores. Aparentemente fue hecho a la medida.

Respuestas (2)

Agregar un espacio de aire al transformador flyback aumenta la reluctancia del circuito magnético. Hacer esto hace algunas cosas:

  • Disminuye la permeabilidad efectiva del núcleo.
  • La disminución de la permeabilidad (también la disminución de la inductancia) aumenta la cantidad de corriente que se puede suministrar al transformador antes de saturarse.

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Estas ecuaciones muestran cómo la introducción de un espacio cambia la permeabilidad efectiva (z es el 'factor de espacio'). Lg es la longitud del espacio introducido y Le es la longitud de la trayectoria que recorre el campo magnético (sin incluir Lg). Aquí hay una imagen de cómo la brecha afecta la curva BH. Puede ver que puede aplicar un campo H más grande antes de que el campo B desaparezca y el núcleo se sature.

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Dado que se puede usar una corriente del lado primario más grande antes de que ocurra la saturación, se puede almacenar efectivamente más energía en la inductancia de magnetización del lado primario.

Otras topologías no necesitan un espacio de aire como el flyback, ya que están transfiriendo energía durante el tiempo de encendido y apagado de la conmutación. La energía no se almacena en la inductancia magnetizante de la misma manera. El flyback es diferente ya que almacena energía cuando el interruptor del lado primario está encendido y transfiere energía al tamaño secundario durante el tiempo de apagado.

Te recomendaría que construyas un flyback (con precauciones de seguridad). Puede enrollar su propio transformador y limar el núcleo usted mismo si así lo desea.

¿Es posible construir un convertidor push-pull/medio puente/puente completo donde la energía se almacena en el transformador cuando los transistores están encendidos y luego, cuando el transistor está apagado, la energía se libera al lado secundario? Una especie de convertidor que hace lo que hace el flyback en un ciclo, y luego lo mismo en la dirección opuesta.
Si tomamos el convertidor directo como ejemplo, realmente no necesitamos el transformador para el almacenamiento de energía ya que este convertidor tiene un inductor de salida. La energía se almacena en este inductor de la misma manera que se almacena la energía en el transformador flyback. Incluso si introdujéramos un espacio de aire en el transformador para almacenar energía, no podemos recuperarlo con esta topología durante el tiempo de inactividad como lo hacemos con el flyback. Esto tiene que ver con la configuración de los diodos del lado secundario. Para este tipo de topología, la inductancia de magnetización se hace grande para reducir el almacenamiento de energía desperdiciada.

El espacio de aire solo agrega más renuencia: aumento de la resistencia magnética. Como agregar una resistencia en el circuito para limitar la corriente (flujo) con el alcance para evitar la saturación del núcleo.

Agregar el espacio no filtra el componente de CC, también se comporta de la misma manera con la CA.

Tome algunos ejemplos de cómo calcular el núcleo HF paso a paso, luego llegará al punto de cuándo usar o no el espacio de aire. No hay contras/pros, una vez que tiene que agregar la brecha, simplemente no puede funcionar sin ella. Y tiene que ser bastante exacto, también.

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