Перейти к содержанию

Почему греется дроссель в DC-DC преобразователе?

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Через дроссель понижающего преобразователя течёт весь ток нагрузки плюс треугольные пульсации. Тепло в нём выделяется в двух местах, и у каждого своя причина.

Потери в обмотке

Медный провод обмотки имеет сопротивление постоянному току — DCR. Потери считают по действующему току; для треугольной пульсации размахом ΔI:

IRMS=Iвых2+ΔI212,PDCR=IRMS2⋅DCRI_\text{RMS} = \sqrt{I_\text{вых}^2 + \frac{\Delta I^2}{12}}, \qquad P_\text{DCR} = I_\text{RMS}^2 \cdot \text{DCR}

Наш расчёт для тока 3 А и пульсаций 30 % (0,9 А): IRMS ≈ 3,01 А, пульсации почти не добавляют.

DCRПотери в обмотке при 3 А
14 мОм (дроссель из примера в даташите LMR33630)0,13 Вт
50 мОм0,45 Вт
100 мОм0,9 Вт

Потери в обмотке растут с квадратом тока: при 1,5 А они вчетверо меньше. Но это относится только к обмотке — потери в сердечнике зависят от пульсаций, а не от среднего тока, и при меньшей нагрузке почти не уменьшаются.

Потери в сердечнике

Пульсации тока перемагничивают сердечник с частотой преобразователя — это потери в сердечнике. Они растут с размахом пульсаций и с частотой и сильно зависят от материала: по TI, у порошкового железа они больше, чем у феррита, особенно выше 1 МГц.

Когда нагрев — признак проблемы

  • Ток больше номинала. Сравните средний ток нагрузки с IRMS дросселя.
  • Насыщение. Если пиковый ток выше тока насыщения, индуктивность падает, пульсации и нагрев резко растут. Как это увидеть осциллографом, рассказано в ответе «Как проверить насыщение дросселя».
  • Не тот сердечник. Дроссель для 150 кГц на преобразователе 2 МГц греется сердечником даже без нагрузки.

Похожие вопросы

Какая температура дросселя нормальна?

Номинальный ток дросселя часто определяют как ток, при котором он нагревается на 40 °C, — так, например, указаны дроссели в даташите TPS62130. Значит, на номинальном токе в комнате корпус около 65 °C — это штатно; если при вашем токе нагрев заметно больше, дроссель мал для этой нагрузки.

Почему дроссель греется даже на малой нагрузке?

В непрерывном режиме размах пульсаций тока от нагрузки не зависит — это прямо отмечено в даташите LM2596, — поэтому потери в сердечнике остаются и при малом токе. Если они велики, сердечник не подходит для этой частоты.

Поможет ли дроссель с большей индуктивностью?

Пульсации уменьшатся, и потери в сердечнике тоже, но в том же типоразмере у большей индуктивности больше витков и выше DCR. Обычно помогает дроссель того же номинала в большем корпусе или с меньшим DCR.

Источники

  1. Texas Instruments. TPS6213x 3-V to 17-V 3-A Step-Down Converter (SLVSAG7F, revised November 2021) — табл. 9-3 List Of Inductors, примечание 1: ток дросселя указан как меньшее из IRMS при нагреве на 40 °C и ISAT при спаде индуктивности на 30 %; ток насыщения рекомендовано брать с запасом около 20 % к максимальному току дросселя
  2. Texas Instruments. LMR33630 SIMPLE SWITCHER 3.8-V to 36-V, 3-A Synchronous Step-down Voltage Converter (SNVSAN3F, revised November 2020) — разд. 9.2.2.4 Inductor Selection: пульсации 20–40 % тока, лучше 30 %; ферритовые сердечники насыщаются резко, но имеют меньшие потери в сердечнике, чем порошковое железо; у порошкового железа потери больше на частотах выше примерно 1 МГц; табл. 9-4 — пример дросселя 6,8 мкГн с DCR 14 мОм
  3. Texas Instruments. LM2596 SIMPLE SWITCHER Power Converter 150-kHz 3-A Step-Down Voltage Regulator (SNVS124G, revised March 2023) — разд. 9.1.5 и описание непрерывного режима: при заданных входном и выходном напряжениях размах пульсаций тока дросселя постоянен, с нагрузкой меняется только среднее значение

Нашли ошибку?

Смотрите также