Transformatoren vs. Induktoren

Eine großartige Antwort auf eine Frage, die Sie nicht gestellt haben

Erstens sehe ich in dieser Schaltung nichts das kann man einen Transformator nennen. Transformatoren befinden sich in Vorwärtswandlern und übertragen Energie direkt von der Primär- zur Sekundärseite. Sie speichern keine Energie, daher muss ihr Magnetkern nur groß genug sein, um dem Magnetfluss standzuhalten, der durch die Volt-Sekunden-Differenz verursacht wird, die sich zwischen der Wicklungsspannung und dem um 90 Grad phasenverschobenen Magnetfluss entwickelt. Je höher die Frequenz, desto kleiner ist diese für die gleiche Spannung, weshalb Vorwärtswandler (1 Schalter vorwärts, 2 Schalter vorwärts, Gegentakt, Vollbrücke) im Vergleich zu ihren komisch großen Cousins ​​mit 50/60 Hz sehr kleine Transformatoren haben .

Dies ist andererseits ein invertierender Buck-Boost-Wandler oder, wie es in dieser Variante besser bekannt ist, ein Flyback-Wandler. Sie sind jedoch genau die gleiche Schaltung. Auf den ersten Blick scheint dies aufgrund der Schalterposition nicht der Fall zu sein. Wenn Sie jedoch einen gekoppelten Induktor mit isolierten Spulen auf einem gemeinsamen Kern verwenden, können Sie den Eingangsschalter in Bezug auf den Induktor beliebig polarisieren und den Ausgangsschalter ( eine Diode in diesem Fall) kann dank der Isolation in beide Richtungen gehen, da es keine gemeinsame Masse in Bezug auf den Eingang gibt. Wenn Sie also einen Buck-Boost-Wandler verwenden, verwenden Sie einen Schalter vom Typ NPN / NMOS anstelle eines Schalters vom Typ PNP / PMOS und vertauschen Sie die Diode am Ausgang, verehrt und schon haben Sie sie. Sie haben gerade einen Buck-Boost in einen Flyback verwandelt. In Wirklichkeit haben Sie jedoch nur dieselbe Schaltung konfiguriert, ansonsten sind sie topologisch und betrieblich identisch.

Ihr Teilschema zeigt keine Wicklungsphase. Wenn Sie es weglassen, ist dieses Schema unvollständig, da es sich um wichtige Informationen handelt. Wenn es jedoch eine Wicklungsphase zeigen würde, würden Sie sehen, dass die Ausgangswicklung der Eingangswicklung entgegengesetzt ist. Dies liegt daran, dass es tief im Inneren nie aufgehört hat, ein invertierender Buck-Boost-Wandler zu sein. Um die richtige Polarität für die Diodenkonfiguration zu erhalten, wird die Wicklung in die entgegengesetzte Richtung gewickelt.

Transformatorkerne sind keine Induktorkerne

Dies beantwortet die Frage, die Sie gestellt haben! Hurra!

In dieser Schaltung befindet sich kein Transformator, sondern ein gekoppelter Induktor, der zumindest prinzipiell physikalisch genauso aufgebaut sein kann wie Transformatoren. Was sich unterscheidet, ist, dass es immer noch ein Induktor ist, kein Transformator, und daher ein Energiespeicher, kein Energieübertragungsgerät. Selbst im kontinuierlichen Leitungsmodus muss es kontinuierlich Energie speichern, es führt kein Weg daran vorbei. Und der Kern Ihres neuen gekoppelten Induktors kann nicht die notwendige Energie speichern, die beim Laden benötigt wird. Daher funktioniert er ohne oder mit geringer Last einwandfrei. Bei schwereren Lasten ist der Kern jedoch gesättigt und das Magnetfeld steigt nicht mehr so ​​stark an wie der Strom, sondern weniger Energie gespeichert, und die Induktivität fällt. Dies führt zu einer Erhöhung des Stroms in der gekoppelten Induktivität aufgrund einer geringeren Induktivität, um der Schaltwellenform Reaktanz zu verleihen, und mehr Strom in der Eingangswicklung fließt meist nur in die Erwärmung der gekoppelten Induktivität und führt nicht zu viel mehr magnetischer Energie Wenn die Ausgangswicklung gespeichert wird, erhält sie nicht genügend Energie, um die gewünschte Ausgangsspannung aufrechtzuerhalten, und fällt daher auf die Spannung ab, die sie verwalten kann.

Die Sättigung ist in Ferritkernen äußerst nichtlinear. Es sättigt sich wie Flan Pudding, der gegen eine Mauer schlägt. Hergestellt aus massiven Diamantsteinen. Ähm, du kommst auf die Idee. Durch die Sättigung eines Induktors kann seine Induktivität schnell um Größenordnungen abfallen.

Wenn Sie versuchen, es mit einem niedrigeren Ausgangsstrom zu laden, werden Sie feststellen, dass sich das Netzteil nach dem Reduzieren um einen bestimmten Betrag plötzlich wieder korrekt verhält, aber nur, wenn Sie unter diesem Strom bleiben.

Nun, die Kernsättigung ist definitiv die Ursache für Ihr Problem.

Aber warum ist das passiert, wenn die Kerne so ähnlich groß sind? Es gibt nur wenige Möglichkeiten, und ich kann mir der richtigen Antwort ohne die tatsächlichen Teilenummern dieser Kerne nicht sicher sein, damit ich mir ihre Datenblätter ansehen kann, aber wenn ich raten müsste ... liegt das an:

Luftspalte

"Glaubst du, Magnetics sind schon hart genug?" Ich fragte. "Nein", antwortete die Natur.

Wenn der ursprünglich arbeitende gekoppelte Induktor einen Luftspaltkern hatte (was mit ziemlicher Sicherheit der Fall ist) und die neuen Kerne mit niedrigem Profil keine oder eine kleinere Luft haben Lücke, dann sogar ähnlich groß, würden die neuen Kerne in dieser Anwendung gesättigt sein und die Probleme zeigen, die Sie sehen.

Ein Kern kann mehr Energie im Luftspalt speichern, aber weil der Luftspalt die Menge des Magnetflusses verringert, der für die gleiche Anzahl von Windungen erzeugt wird. Die Induktivität pro Quadratwindung ist also geringer, und Sie müssen die Windungen (oder die Frequenz) erhöhen. Glücklicherweise steigt die Induktivität mit dem Quadrat der Anzahl der Windungen, während der Verlust der Induktivität pro Quadratquadrat linear ist. Dies ist einer der sehr seltenen Fälle in der Natur, in denen wir tatsächlich ein kostenloses Mittagessen erhalten. Mit Luftspalten können Sie sogar noch mehr Energie pro Kern speichern, solange Sie Platz für mehr Wicklungen haben. Durch Halbieren der Permeabilität (also eines riesigen Luftspalts) und Verdoppeln der Windungen würde derselbe Kern doppelt so viel Energie speichern wie zuvor.

Im Allgemeinen sind die Luftspalte nicht sehr groß, häufig 1 mm oder 0,6 mm oder 1 mm, und ändern sich. So etwas kann sehr leicht unbemerkt bleiben, aber selbst eine kleine Lücke kann den Unterschied zwischen korrektem Betrieb und Sättigungs-Traurigkeit ausmachen. Wenn Sie jedoch nur einen Transformatorkern verwenden, der für eine Flyback-Anwendung im Allgemeinen keinen Luftspalt aufweist, benötigen Sie einen wesentlich größeren Kern. Aus diesem Grund haben in Flybacks verwendete Kerne immer einen Luftspalt, um mehr Energie zu speichern, während für Transformatoren bestimmte Kerne keine Lücke aufweisen. Ein Luftspalt hat keinen Einfluss auf die Kernsättigung eines Transformators (da er nicht mit Energiespeichern betrieben wird - daher handelt es sich um unterschiedliche Geräte und die Unterscheidung ist wichtig), aber ein Luftspalt verringert die Energie, die er für einen bestimmten Transformator übertragen kann Kerngröße. Sie sind nichts anderes als schädlich für Transformatoren, obwohl manchmal sehr kleine Luftspalte in Transformatoren zur Herstellung oder zur Einstellung der Primärinduktivität eingeführt werden. Die gleichen Kerngrößen kommen in einem ganzen Bereich vor, von keinem Spalt bis zu Lücken von mehreren mm. Ich vermute daher, dass Ihre neuen Transformatoren im Vergleich zum ursprünglichen EE-16 einen Luftspalt mit falscher Größe (oder keinen Luftspalt) verwenden.

Wenn Sie Teilenummern angeben können, kann ich Ihnen sicher sagen, ob dies die Ursache ist, und Ihnen helfen, einen geeigneten Kern zu finden (es wird dieselbe Größe und dieselbe Spule haben, nur ein bisschen Kern Das Material wird in der Mitte des Kerns entfernt, wo sich die beiden Hälften treffen. Für Prototyping-Zwecke können Sie auch einen Transformator „ghetto-lücken“ (wir sprechen davon, wenn Sie diese Welpen von Hand aufwickeln), indem Sie ein paar Schichten Papier oder etwas in die Mitte der Spule einlegen, damit sie sich dazwischen einwickelt die beiden Kernhälften und schafft einen kleinen Luftspalt. Nun, Papierlücke. Papier ist fast so gut wie Luft.

Das ist leider eine so vollständige Antwort, wie es ohne weitere Informationen möglich ist. Magnete sind kompliziert und sehr materialabhängig, so dass eine andere Möglichkeit darin besteht, dass unterschiedliche Kernmaterialien schuld sind. Ferrit ist eine Materialklasse, kein einziges Material. Ferrit kann von Formulierung zu Formulierung erheblich variieren. Einige sind sogar schwach leitend - prüfen Sie einen Kern mit einem Multimeter, und oft werden Sie feststellen, dass er einen Widerstand von kΩ hat, aber nicht der hochwertige Isolator ist, von dem man oft annimmt, dass er es ist. Andere Materialien sind zu widerstandsfähig, als dass ein normales Multimeter sie messen könnte. Und sie haben definitiv unterschiedliche Energiespeichereigenschaften.

Wie auch immer, kommentieren oder bearbeiten Sie Ihre Frage, wenn Sie Teilenummern erhalten können, und ich werde sehen, ob ich ein bisschen mehr helfen kann, aber ansonsten viel Glück!