12 Schritte zur Konstruktion von Gate Drive Transformatoren

Die Beachtung dieser 12 Schritte bei der Konstruktion von Gate-Drive-Transformatoren gewährleistet eine lange Lebensdauer der Komponenten und eine optimale Leistung.

Die folgenden Parameter sind für den Entwurf von GDTs wesentlich:

• Eingangsspannungsbereich
• Leistungsstufe
• Übersetzungsverhältnis
• Betriebsfrequenz
• Arbeitszyklus
• Durchschlagsfestigkeit
• Sicherheitsanforderungen
• Temperatur in der Umgebung
• Anforderungen an die Größe

Schritt 1: Auswahl und Form des Kerns

Die erste Aufgabe besteht darin, die Kerngröße zu wählen. Der Konstrukteur kann seine vorläufige Kernauswahl auf der Grundlage der Leistungsanforderungen der Anwendung und der Frequenz treffen. Die Auswahl eines geeigneten Kerns ist wichtig, um eine optimale Leistung des Transformators zu erreichen. Ferrit- oder bandgewickelte Kerne (mit hoher Permeabilität und hohem B_satt) sind die beste Wahl für Hochfrequenzanwendungen, die im KHz-Bereich arbeiten. Die beliebtesten Formen sind Toroide, Pot- und RM-Kerne, aber auch viele andere Formen sind geeignet. Ungekappte Kerne werden in der Regel bevorzugt, da das Einfügen von Luftspalten zu einer Verringerung der äquivalenten Permeabilität des Materials führt und die Streuinduktivität erhöht.

Kerngröße

Es gibt viele Variablen, die bei der Schätzung der geeigneten Kerngröße eine Rolle spielen.

• Eine Möglichkeit, den richtigen Kern auszuwählen, ist die Kernauswahlhilfe des Herstellers.
• Das Kernflächenprodukt (W_aA_c), die sich aus der Multiplikation der Kernquerschnittsfläche mit der für die Wicklung verfügbaren Fensterfläche ergibt, wird häufig für eine erste Schätzung der Kerngröße für eine bestimmte Anwendung verwendet.

K_f = Formfaktor; für Rechteckwellen Kf = 4
K_u = Fensternutzungsfaktor
J = Stromdichte
B_max = Betriebliche Flussdichte
F = Schalthäufigkeit
P_o = Ausgangsleistung

Schritt 2: Wert des Spannungs-Zeit-Produkts (V-µSec)

Bestimmen Sie den V-T-Wert auf der Grundlage des maximal zulässigen Arbeitszyklus und der Frequenz.

T = Schaltdauer
F = Betriebsfrequenz
V_PEAK = Spitzenansteuerspannung
D =Duty Cycle

Schritt 3: B einstellen_PEAK & ΔB-Wert

Es muss eine angemessene Spanne zwischen der Spitzenflussdichte im ungünstigsten Fall und der Sättigungsflussdichte vorgesehen werden; normalerweise ist eine Spanne von 1:3 wünschenswert.

Beispiel: Sättigungsflussdichte von Ferritmaterial

B_satt = 0,30T @ 100°C, B_PEAK ausgewählt = 0,10T & = 0,20T

B_PEAK = Spitzenwert der Flussdichte im stationären Betrieb
ΔB = Spitze-Spitze-Flussdichte im stationären Betrieb

Schritt 4: Primäre Drehungen

Bestimmen Sie die Mindestanzahl der Primärwindungen, die erforderlich ist, um das Spannungs-Zeit-Produkt im ungünstigsten Fall (V-T) zu unterstützen.

V.T = Spannungs-Zeit-Produkt in V-Sek.
ΔB = Spitzenwert zu Spitzenwert Flussdichte in Tesla

Schritt 5: Sekundäre Drehungen

Wählen Sie die Sekundärwindungen anhand des Windungsverhältnisses.

Das Windungsverhältnis beträgt normalerweise 1:1/1:1,5/1:2 und < 30 Windungen pro Wicklung, um die Kopplung zu verbessern. Um die Streuinduktivität und den Wechselstrom-Wickelwiderstand zu minimieren, sollte jede Wicklung nur eine einzige Lage einnehmen.

Schritt 6: Primäre Induktivität

Berechnen Sie die erforderliche Magnetisierungsinduktivität.

Schritt 7: Magnetisierungsstrom und Effektivstrom

Berechnen Sie den erforderlichen Magnetisierungsstrom

Schritt 8: Drahtgröße

Sobald alle Windungen der Wicklung bestimmt sind, sollte die Drahtgröße richtig gewählt werden, um den Leitungsverlust und die Streuinduktivität der Wicklung zu minimieren. Der Wicklungsverlust hängt vom Effektivstromwert, der Länge und dem Querschnitt des Drahtes sowie von der Transformatorstruktur ab. Nehmen wir an, die Stromdichte beträgt typischerweise 3 ~ 6 A/mm².

Schritt 9: Kernverlust

Zur Abschätzung des Kernverlustes muss der Betriebsflussdichtepegel bestimmt werden. Wenn die Frequenz und der B-Pegel bekannt sind, kann der Kernverlust anhand der Materialkernverlustkurven geschätzt werden.

P_v = Watt / mm³
V_e = Effektives Volumen des Kerns mm³

Schritt 11: Kupferverlust

In einem Transformator ist der Kupferverlust eine Funktion der AC- und DC-Widerstände.

Schritt 12: Temperaturanstieg

Der Temperaturanstieg ist wichtig für die Zuverlässigkeit des gesamten Schaltkreises, schätzen Sie den Temperaturanstieg.

Gesamtverlust in Watt & Oberfläche in cm²