Transformador y calefacción IC en diseño Viper22a SMPS

Transformadores vs Inductores

Una gran respuesta a una pregunta que no hiciste.

Primero, no veo nada en ese circuito que pueda llamarse transformador. Los transformadores se encuentran en convertidores de tipo directo y transfieren energía directamente del primario al secundario. No almacenan energía, por lo que su núcleo magnético solo necesita ser lo suficientemente grande como para soportar el flujo magnético causado por la diferencia de voltios por segundo que se desarrolla entre el voltaje del devanado y el flujo magnético que está desfasado 90 grados. Cuanto mayor sea la frecuencia, menor será para el mismo voltaje, por lo que los convertidores de tipo directo (1 interruptor hacia adelante, 2 interruptores hacia adelante, contrafase, puente completo) tienen transformadores muy pequeños en comparación con sus primos cómicamente grandes de 50/60 Hz. .

Este, por otro lado, es un convertidor inversor elevador, o como se le conoce mejor en esta variación, un convertidor flyback. Sin embargo, son exactamente el mismo circuito. Puede que no lo parezca al principio debido a la ubicación del interruptor, pero al usar un inductor acoplado con bobinas aisladas en un núcleo común, eso le permite colocar el interruptor de entrada en cualquier polaridad con respecto al inductor que desee, y el interruptor de salida ( un diodo en este caso), gracias al aislamiento, puede ser en cualquier dirección porque no hay tierra común con respecto a la entrada. Entonces, si toma un convertidor buck-boost, use un interruptor de tipo NPN/NMOS en lugar de un tipo PNP/PMOS, e invierta el diodo en la salida, reverenciado y ahí lo tiene. Acabas de convertir un buck-boost en un flyback. Pero en realidad, acabas de configurar el mismo circuito,

Su esquema parcial no muestra la fase de liquidación y omitirlo hace que este esquema esté incompleto, ya que es información crítica. Pero, si mostrara la fase de devanado, vería que el devanado de salida es opuesto al de entrada. Esto se debe a que, en el fondo, nunca dejó de ser un convertidor elevador reductor inversor, por lo que para obtener la polaridad correcta para la configuración del diodo, el devanado se enrolla en la dirección opuesta.

Los núcleos de transformadores no son núcleos de inductores

¡Esto responde a la pregunta que hiciste! ¡Hurra!

No hay transformador en este circuito, sino un inductor acoplado, convenientemente puede construirse físicamente igual que los transformadores, al menos en principio. Lo que difiere es que sigue siendo un inductor, no un transformador y, por lo tanto, es un dispositivo de almacenamiento de energía, no un dispositivo de transferencia de energía. Incluso en el modo de conducción continua, aún debe almacenar energía continuamente, no hay forma de evitarlo. Y el núcleo de su nuevo inductor acoplado no puede almacenar la energía necesaria cuando está cargado, por lo que funciona bien sin cargas o con cargas ligeras, pero bajo cargas más pesadas, el núcleo se satura, el campo magnético deja de aumentar tanto con respecto a la corriente, se consume menos energía. almacenado, y la inductancia cae. Esto da como resultado un aumento en la corriente en el inductor acoplado debido a una menor inductancia para dar reactancia a la forma de onda de conmutación,

La saturación es extremadamente no lineal en los núcleos de ferrita. Se satura como flan golpeando una pared de ladrillos. Hecho de ladrillos de diamante macizo. Eh, entiendes la idea. Saturar un inductor puede hacer que su inductancia caiga rápidamente en varios órdenes de magnitud.

Si intenta cargarlo con una corriente de salida más baja, creo que encontrará que una vez que se reduce una cierta cantidad, de repente la fuente de alimentación se comportará correctamente nuevamente, pero solo si permanece por debajo de esa corriente.

Ahora, la saturación del núcleo es definitivamente la causa de su problema.

Pero, ¿por qué sucedió esto cuando los núcleos son de tamaño tan similar? Hay pocas posibilidades, y no puedo estar seguro de la respuesta correcta sin los números de pieza reales de esos núcleos, así que puedo mirar sus hojas de datos, pero si tuviera que adivinar... se debe a:

espacios de aire

"¿Crees que el magnetismo es lo suficientemente difícil todavía?" Yo pregunté. "No", respondió la naturaleza.

Si el inductor acoplado de trabajo original tenía un núcleo con espacio de aire (lo cual es casi seguro que tiene) y los nuevos núcleos de bajo perfil no lo tienen, o tienen un espacio de aire más pequeño, incluso con un tamaño similar, los nuevos núcleos se saturarían en esta aplicación y exhibirían los problemas que estás viendo.

Un núcleo puede almacenar más energía en el entrehierro, pero debido a que el entrehierro reduce la cantidad de flujo magnético que se genera para el mismo número de vueltas. Entonces, la inductancia por vuelta al cuadrado será menor y tendrás que aumentar las vueltas (o la frecuencia). Afortunadamente, la inductancia aumenta con el cuadrado del número de vueltas, mientras que la pérdida de inductancia por vueltas al cuadrado es lineal, por lo que este es uno de los casos muy raros en la naturaleza en los que realmente tenemos un almuerzo gratis. Usando espacios de aire, en realidad puede almacenar aún más energía en un núcleo siempre que tenga espacio para más devanados. Reducir a la mitad la permeabilidad (es decir, un enorme espacio de aire) y duplicar las vueltas permitiría que el mismo núcleo almacenara el doble de energía que antes.

Generalmente, los espacios de aire no son muy grandes, a menudo de 1 mm o 0,6 mm o 1 mm y cambian. Es el tipo de cosa que fácilmente puede pasar desapercibida, pero incluso una pequeña brecha puede ser la diferencia entre el funcionamiento correcto y la tristeza de saturación. Pero si solo usa un núcleo de transformador, que generalmente no tendrá un espacio de aire para una aplicación de retorno, necesitará un núcleo sustancialmente más grande. Por esa razón, los núcleos que se utilizan en los flyback siempre tienen un espacio de aire para almacenar más energía, mientras que los núcleos destinados a los transformadores no tendrán espacio. Un espacio de aire no tiene ningún efecto sobre la saturación del núcleo de un transformador (ya que no funcionan con el almacenamiento de energía, por lo que son dispositivos diferentes y la distinción es importante), pero un espacio de aire REDUCIRÁ la cantidad de energía que puede transferir para un determinado tamaño del núcleo. No son más que perjudiciales para los transformadores, aunque a veces se introducen espacios de aire muy pequeños en los transformadores con fines de fabricación o de ajuste de inductancia primaria. Los mismos tamaños de núcleo vienen en un rango completo, desde sin espacio hasta espacios de varios mm, por lo que sospecho que sus nuevos transformadores están usando un espacio de aire del tamaño incorrecto (o sin espacio de aire) en comparación con el EE-16 original.

Si puede proporcionar los números de pieza, puedo decirle con certeza si esa es la causa, así como ayudarlo a encontrar un núcleo adecuado (será del mismo tamaño y la misma bobina, solo se elimina un poco de material del núcleo en el centro de el núcleo donde se unen las dos mitades). Para fines de creación de prototipos, también puede 'abrir un gueto' en un transformador (estamos hablando si está enrollando a mano estos cachorros) insertando unas pocas capas de papel o algo en el centro de la bobina, para que termine intercalado entre las dos mitades del núcleo y crea un pequeño espacio de aire. Bueno, brecha de papel. El papel es casi tan bueno como el aire.

Esa es una respuesta tan completa como es posible dar sin más información, desafortunadamente. Los imanes son complicados y dependen mucho del material, por lo que otra posibilidad es que los materiales del núcleo sean diferentes. La ferrita es una clase de materiales, no un material. La ferrita puede variar considerablemente de una formulación a otra. Algunos incluso son levemente conductores: pruebe un núcleo con un multímetro y, a menudo, encontrará que tiene kΩ de resistencia, pero no es el aislante de alto grado que a menudo se cree que es. Otros materiales serán demasiado resistentes para que los pueda medir cualquier multímetro normal. Y definitivamente tienen diferentes características de almacenamiento de energía.

De todos modos, comente o edite su pregunta si puede obtener los números de pieza, y veré si puedo ayudar un poco más, pero de lo contrario, ¡buena suerte!