Перейти к содержанию

Индуктивность рассеяния

Если в обратноходовом блоке питания на стоке ключа видны выбросы выше расчётного напряжения, виновата обычно индуктивность рассеяния трансформатора. Это энергия, которая не дошла до вторичной обмотки и должна куда-то деться в момент выключения.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Индуктивность рассеяния (leakage inductance) — индуктивность той части магнитного потока обмотки, которая не сцеплена с другой обмоткой трансформатора. Поток рассеяния замыкается через немагнитные промежутки между обмотками, и энергия в нём не передаётся в нагрузку (TI SLUP126, с. 4-1). На схеме замещения это индуктивность, включённая последовательно с обмоткой; её энергия пропорциональна квадрату тока нагрузки.

Что она делает

  • Выбросы и потери. При выключении ключа энергия рассеяния выбрасывает напряжение на стоке. TI предупреждает о ЭМП и выходе из строя ключей и выпрямителей, поэтому ставят снабберы и ограничители, в которых эта энергия теряется (SLUP126). В прямоходовом преобразователе с обмоткой сброса напряжение на ключе из-за рассеяния выходит больше удвоенного входного (Microchip AN1114, с. 9).
  • Просадка выходного напряжения. Рассеяние задерживает переход тока между ключами и выпрямителями пропорционально току нагрузки — TI называет это главной причиной проблем стабилизации и перекрёстной стабилизации многовыходных источников.
  • В сетевом трансформаторе рассеяние вместе с сопротивлением обмоток даёт падение вторичного напряжения под нагрузкой — об этом в статье «Трансформаторы».

Как её уменьшают

ПриёмИсточник
Окно сердечника шире — меньше слоёв: при вдвое более широком окне рассеяние вдвое меньшеTI SLUP125, с. 3-5
Чередование: половина первичной, вторичная, вторая половина первичнойTI SLUP125, onsemi HBD853
Бифилярная намотка обмоток, между которыми не нужна изоляцияMicrochip AN1114
Тороидальный сердечник с равномерно распределёнными обмоткамиTI SLUP126, с. 4-8

Те же приёмы снижают потери от эффекта близости. Обратная сторона — растёт ёмкость между обмотками. В обратноходовом преобразователе рассеяние особенно заметно, потому что его трансформатор запасает энергию в каждом периоде.

Не путать

С индуктивностью намагничивания: та включена на схеме замещения параллельно обмотке, её энергия зависит от вольт-секунд на виток и не зависит от тока нагрузки.

Частые вопросы

Откуда берутся выбросы на ключе обратноходового преобразователя?

Из энергии индуктивности рассеяния. Пока ключ открыт, ток первичной обмотки запасает энергию и в ней; когда ключ закрывается, эта часть не может уйти во вторичную обмотку и выбрасывает напряжение на стоке. TI указывает, что такие выбросы вызывают ЭМП и могут разрушить ключи и диоды, поэтому нужны снабберы или ограничители (SLUP126, с. 4-1).

Можно ли использовать рассеяние с пользой?

Иногда: TI упоминает схемы с переключением при нулевом напряжении (ZVT), где энергию рассеяния и намагничивания пускают в дело. Но тут же предупреждает: при малой нагрузке эта энергия исчезает, потому что она пропорциональна квадрату тока нагрузки (SLUP126, с. 4-1). Схема, рассчитанная на рассеяние, должна работать и без него.

Можно ли сделать рассеяние нулевым?

Нет, но его можно уменьшить в разы. Помогают сердечник с широким окном и обмотка в один слой — в примере TI вдвое более широкое окно вдвое уменьшает рассеяние (SLUP125, с. 3-5), — чередование первичной и вторичной обмоток, бифилярная намотка обмоток, между которыми не нужна изоляция (Microchip AN1114), и тороидальный сердечник (SLUP126).

Источники

  1. Dixon L. H. Magnetics Design Handbook, Section 4: Power Transformer Design (Texas Instruments SLUP126) — с. 4-1: индуктивность рассеяния — энергия в немагнитных промежутках между обмотками из-за неполной связи, последовательна с обмотками, энергия ∝ квадрату тока нагрузки; задерживает переход тока при переключении и вызывает проблемы стабилизации; выбросы, ЭМП, нужны снабберы и ограничители; энергия рассеяния исчезает при малой нагрузке; с. 4-8: тороид даёт наименьшее рассеяние
  2. Dixon L. H. Magnetics Design Handbook, Section 3: Windings (Texas Instruments SLUP125) — с. 3-2: энергия поля между обмотками называется индуктивностью рассеяния; с. 3-5: обмотка в окне вдвое шире — индуктивность рассеяния вдвое меньше; чередование обмоток
  3. Microchip. AN1114: Switch Mode Power Supply (SMPS) Topologies (Part I), DS01114A (2007) — с. 9–10: напряжение на ключе прямоходового преобразователя больше удвоенного входного из-за рассеяния; обмотку сброса мотают бифилярно для малого рассеяния; без рассеяния напряжение на ключах двухключевой схемы не превысило бы VIN
  4. onsemi. Power Factor Correction (PFC) Handbook, HBD853/D (2014) — рассеяние трансформатора влияет на работу, ЭМП и КПД; «сэндвич» первичной обмотки уменьшает рассеяние; оно сильнее при низком выходном напряжении

Нашли ошибку?

Смотрите также