12 passi per la progettazione di trasformatori di azionamento per gate

L'osservanza di questi 12 passaggi nella progettazione dei trasformatori di azionamento dei gate garantirà una lunga durata dei componenti e prestazioni ottimali.

I seguenti parametri sono essenziali per la progettazione di GDT:

• Campo di tensione d'ingresso
• Livello di potenza
• Rapporto di rotazione
• Frequenza operativa
• Ciclo di lavoro
• Rigidità dielettrica
• Requisiti di sicurezza
• Temperatura ambiente
• Requisiti di dimensione

Fase 1: Scelta e forma del nucleo

Il primo compito è quello di scegliere la dimensione del nucleo. Il progettista può effettuare la scelta preliminare del nucleo in base ai requisiti di potenza dell'applicazione e alla frequenza. La scelta di un nucleo appropriato è importante per ottenere prestazioni ottimali dal trasformatore. I nuclei in ferrite o avvolti su nastro (con elevata permeabilità e alta B_sat) sono la scelta migliore per le applicazioni ad alta frequenza che operano in intervalli di KHz. Le forme più diffuse sono i toroidi, i pot e i nuclei RM, ma funzionano anche molte altre forme. Di solito si preferiscono i nuclei non tagliati, poiché l'inserimento di spazi d'aria corrisponde a una diminuzione della permeabilità equivalente del materiale e a un aumento dell'induttanza di dispersione.

Dimensione del nucleo

La stima della dimensione appropriata del nucleo è soggetta a numerose variabili.

• Un modo per selezionare l'anima giusta è quello di consultare la guida alla scelta dell'anima del produttore.
• Il prodotto dell'area centrale (W_aA_c), ottenuto moltiplicando l'area della sezione trasversale del nucleo per l'area della finestra disponibile per l'avvolgimento, è ampiamente utilizzato per una stima iniziale delle dimensioni del nucleo per una determinata applicazione.

K_f = fattore di forma; per l'onda quadra Kf = 4
K_u = Fattore di utilizzo della finestra
J = densità di corrente
B_massimo = Densità di flusso operativo
F = Frequenza di commutazione
P_o = Potenza di uscita

Fase 2: Valore del prodotto Volt-Tempo (V-µSec)

Determinare il valore V-T in base al ciclo di lavoro massimo consentito e alla frequenza.

T = Periodo di commutazione
F = Frequenza operativa
V_PICCO = Tensione di pilotaggio di picco
D = Ciclo di lavoro

Fase 3: Impostare B_PICCO Valore ΔB

È necessario prevedere un margine adeguato tra la densità di flusso di picco del caso peggiore e la densità di flusso di saturazione; in genere è auspicabile un margine di 1:3.

Esempio: Densità di flusso di saturazione di un materiale in ferrite

B_sat = 0,30T @ 100°C, B_PICCO selezionato = 0,10T & = 0,20T

B_PICCO = Densità di flusso di picco nel funzionamento a regime
ΔB = Densità di flusso di picco-picco nel funzionamento a regime.

Fase 4: Giri primari

Determinare il numero minimo di spire primarie necessarie per supportare il prodotto volt-tempo del caso peggiore (V-T).

V.T = prodotto volt-tempo in V-sec
ΔB = densità di flusso da picco a picco in Tesla

Fase 5: Giri secondari

Scegliere le spire secondarie in base al rapporto di rotazione.

Il rapporto di spire è solitamente 1:1/1:1,5/1:2 e < 30 spire per avvolgimento è preferibile per migliorare l'accoppiamento. Per ridurre al minimo l'induttanza di dispersione e la resistenza di avvolgimento CA, ogni avvolgimento deve occupare un solo strato.

Passo 6: Induttanza primaria

Calcolare l'induttanza magnetizzante necessaria.

Fase 7: corrente di magnetizzazione e corrente RMS

Calcolare la corrente magnetizzante richiesta

Passo 8: Dimensione del filo

Una volta determinate tutte le spire dell'avvolgimento, la dimensione del filo deve essere scelta correttamente per ridurre al minimo la perdita di conduzione e l'induttanza di dispersione dell'avvolgimento. La perdita dell'avvolgimento dipende dal valore della corrente RMS, dalla lunghezza e dalla sezione del filo, nonché dalla struttura del trasformatore. Si supponga che la densità di corrente sia tipicamente di 3 ~ 6 A/mm².

Fase 9: perdita del nucleo

Per stimare la perdita del nucleo è necessario determinare il livello di densità di flusso operativo. Una volta noti la frequenza e il livello B, la perdita del nucleo può essere stimata dalle curve di perdita del nucleo del materiale.

P_v = Watt / mm³
V_e = Volume effettivo del nucleo mm³

Fase 11: perdita di rame

In un trasformatore, la perdita di rame è funzione delle resistenze CA e CC.

Fase 12: aumento della temperatura

L'aumento della temperatura è importante per l'affidabilità complessiva del circuito, la stima dell'aumento della temperatura.

Perdita totale in watt e superficie in cm²