¿Puedo construir un estrangulador SMPS de alta frecuencia con una bobina de cable arbitraria?

Supongamos que quiero construir un convertidor elevador que funcione a 100 kHz, con un voltaje de entrada de 600 VCC y una corriente de entrada de 100 amperios. (Esto es hipotético, sé que los semiconductores involucrados serían exóticos). Necesitaría un estrangulador bastante personalizado para hacer eso; el acero laminado probablemente no manejará ese tipo de frecuencia, y no hay mucho disponible en este rango de potencia y frecuencia. ¡Así que construiré el mío propio! ¿Qué podría salir mal?

Una forma posible de construir un estrangulador para manejar esto es usar un núcleo de aire. ¡No hay pérdidas de núcleo si no hay núcleo! Sin problemas de abastecimiento de componentes, se requiere menos conocimiento del magnetismo. Las desventajas obvias son que necesitaré muchas más vueltas de cable, más volumen en mi chasis, habrá una mayor caída de resistencia en el camino... así que tal vez no sea un enfoque rentable. Pero supongamos que es por un momento.

Así que ahora estoy construyendo un estrangulador de núcleo de aire con algo así como un cable de soldadura 6AWG. Por supuesto, el efecto piel me matará, por lo que realmente necesito algún tipo de alambre plano equivalente o papel de aluminio pesado. Los cálculos de inductancia son sencillos, solo una cuestión de giros y geometría. Pero, ¿qué sucederá cuando realmente intente ejecutar eso en mi hipotético convertidor de impulso? ¿Soy propenso a la ruptura del aislamiento? ¿Necesito impregnar al vacío todo con barniz para evitar eso? ¿Hay algún otro problema de confiabilidad con lo que estoy describiendo?

Básicamente, estoy preguntando, ¿con qué magia negra soy propenso a encontrarme cuando ejecuto altas corrientes, altos voltajes y altas frecuencias?

bueno, ciertamente el voltaje le dirá qué grosor mínimo de aislamiento necesitará, pero seguramente puede hacer un convertidor de retorno basado en un transformador loco.
Bueno, en este hipotético realmente no tengo un objetivo en mente para el convertidor. Es solo un ejemplo para que pueda comprender los efectos físicos inesperados en el cable cuando se abusa de él de esa manera.
mi consejo es dejar esto a los profesionales! Los fabricantes de componentes magnéticos estarán encantados de crearle una solución personalizada que se ajuste a su aplicación. Simplemente proporcione su frecuencia de operación, modo de operación (DCM, CCM, etc.) y varios otros parámetros con los que quizás no esté familiarizado. Honestamente, esa es su mejor apuesta, de lo contrario, corre el riesgo de destruir muchos dispositivos electrónicos y tiempo.
Las resistencias de CA (piel y proximidad) y CC serían un asesino para un núcleo de aire. La ferrita estaría bien a 100 kHz, pero aún necesitaría un núcleo realmente grande. Sin embargo, un impulso probablemente no sea la topología óptima aquí. Los núcleos de aire se utilizan a veces en convertidores de frecuencia realmente altos (por ejemplo, 10 MHz), pero los niveles de potencia son mucho más bajos.
@StephenCollings ¿Cuál es su voltaje de salida deseado? Además, una forma de lidiar con el efecto piel es enrollar varios cables en paralelo en lugar de un solo cable de gran calibre. También hay alambre Litz .
Lo siento, pero "Power Inductor" != "Choke". Para SMPS, el parámetro más importante es el almacenamiento de energía, LI^2. Necesita alguna variedad de núcleo de ferrita. El núcleo de aire generalmente no funciona bien para SMPS.
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@NickAlexeev ah, pero el efecto de la piel se contrarresta (o se restaura como un problema) por el efecto de proximidad. PE es probablemente tan malo como SE en este tipo de inductor.

Respuestas (2)

Sí, podría usar una bobina con núcleo de aire. PERO hay algunos problemas. 1 querrá protegerla debido a EMC y podría ensuciar otras partes de su circuito. Las bobinas con núcleo de aire son peores para la radiación que las bobinas de ferrita. haga una bobina con núcleo de aire toroidal que no he hecho, obtendrá una peor relación de resistencia a inductancia que a 100 KHz será paralizante.2 Su bobina SMPS real transporta la corriente de carga de CC y algo de corriente de CA. La corriente de CA calienta el cable más de lo esperado debido a los efectos de piel y proximidad. De hecho, es posible diseñar una bobina que tenga una resistencia de CA de 10 a 100 veces su resistencia de CC. Por lo tanto, debe diseñar para una resistencia de CA baja. el diámetro del cable son algunas de las formas aceptadas de minimizar la resistencia de CA.La importancia de estas cosas de resistencia de CA depende de la forma de onda de su convertidor. Puede configurar su convertidor para mantener la proporción de corrientes de CA a CC razonable.3 su bobina será más grande que una ferrita, lo que puede no ser un problema cuando el tamaño de su el producto hipotético está determinado por los disipadores de calor de todos modos. Por cierto, hice un dólar de 36 a 12 V con una bobina con núcleo de aire que produjo 5 amperios. Estuvo bien.

Para aplicaciones de alta potencia, la tubería de cobre es el método más popular para reconocer las pérdidas por efecto pelicular en el núcleo del alambre.

Los detalles en el diseño a menudo se pasan por alto con la geometría y los efectos dieléctricos del aislamiento, lo que da como resultado una capacitancia entre devanados. Esto se puede controlar mediante formas de bobinado, alambre magnético simple o Litz.

Todos estos se consideran para hacer SMPS resonantes de alta Q, alta f y baja impedancia con conmutación de valle cero.

Los efectos extraviados de EMI pueden ser problemáticos, por lo que se consideran la orientación, los escudos y los estranguladores de ferrita para la inmunidad.

Los calentadores de inducción a menudo usan bobinas de alambre Litz para calentar ollas de hierro o aluminio a una frecuencia más alta con tapas de película de plástico especiales para manejar la corriente de ondulación.

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