Um design de transformador personalizado precisa de uma poderosa ponte de LCR

Sua tarefa

O impacto da indutância de fuga nos transformadores de fonte de alimentação no modo chaveado depende de vários fatores. Realizar o design de um transformador para obter maior indutância de magnetização tende a aumentar a indutância de fuga, especialmente se for necessário isolamento entre o enrolamento primário e o secundário. Essa indutância de fuga pode causar perdas de energia e influenciar as emissões de EMI, especialmente em frequências mais altas de comutação do conversor.

Se o transformador for projetado para operar em um conversor flyback, a chave do conversor principal será sensível ao retorno de tensão a partir da indutância de fuga quando o transistor de acionamento desligar. A energia armazenada na indutância de fuga requer circuitos de amortecimento para limitar a tensão nos dispositivos de comutação. Durante o processo de design, uma medição precisa da indutância de fuga no lado do transformador primário é essencial no design de um circuito de amortecimento otimizado. Isso garante proteção suficiente para o elemento de comutação principal, mas também reduz perdas e problemas de EMI.

Além da indutância de fuga, outros parâmetros como indutância de magnetização, capacitância do enrolamento e resistência do enrolamento são relevantes e necessários para designs de alta qualidade.

Um modelo de simulação preciso também pode ser derivado dos valores medidos do transformador parasita para acelerar o processo de design.

A solução da Rohde & Schwarz

O medidor de LCR R&S®LCX pode medir com precisão todos os parâmetros decisivos do transformador. A tensão senoidal com uma frequência adequada é necessária para medições de indutância do transformador. A frequência de teste necessária é derivada da frequência de comutação do conversor. O medidor de LCR fornece o sinal de CA, enquanto o enrolamento secundário está na configuração de circuito aberto. A indutância primária L_Total pode, então, ser medida.

O resultado da medição combina a indutância de magnetização L_M com a indutância de fuga L_L. A indutância do transformador primário é determinada pela permeabilidade do núcleo e pelo número de voltas no enrolamento. Um elemento de resistência em série R_S também é resultante dos enrolamentos de cobre. Este valor também pode ser medido ao aplicar um sinal de CA ou como simples CC. O valor ajuda a calcular as perdas do cobre.

Como a indutância de fuga é definida pelo design do transformador, ela não pode ser medida diretamente. Um método adequado para indutância de fuga deve eliminar a indutância de magnetização da indutância primária. Isso pode ser feito com um curto-circuito nos terminais secundários. Um curto-circuito resulta em zero volts nos terminais de saída e zero volts na indutância de magnetização no lado primário. Então a indutância medida nos terminais primários é a indutância de fuga.

Exemplo de aplicação

O design de transformador personalizado para medir os parâmetros relevantes é colocado em um conversor de potência offline com uma tensão de saída de 5 V a 2 A usando o princípio de flyback.

Tarefas de medição

• Execute a compensação (medição aberta/curta sem o dispositivo em teste conectado)
  • Para compensar os parâmetros residuais, como cabeamento
• Defina a frequência de operação desejada e um nível de teste de tensão adequado
  
• Selecione um modo de impedância adequado (Z baixa ou Z alta)
  • Para obter a maior precisão
• Escolha uma configuração de faixa adequada, selecione a configuração de parâmetro correta (L_s e R_s/L_s e R_CC), conecte o dispositivo em teste e inicie a medição

A captura de tela abaixo revela uma indutância primária de 745,3 µH, que está em conformidade com as especificações da ficha técnica.

Solução de teste e medição

Também mostra resistência em série de 1,283 Ω. A resistência de CC é especificada em uma ficha técnica de transformador típica e deve ser medida em CC. Isso também pode ser medido com o medidor LCR, selecionando o parâmetro R_CC. A resistência de CC resultante é de aproximadamente 1,41 Ω.

A captura de tela abaixo mostra a indutância de fuga de aproximadamente 6,08 µH, que também está dentro das especificações da ficha técnica. Depois de medir a indutância de fuga, a indutância de magnetização pode ser calculada.

L_M = L_Total − L_L = 745,26 µH – 6,08 µH = 739,2 µH

Resumo

O medidor de LCR R&S®LCX combina recursos poderosos e alta precisão, que o tornam um ótimo instrumento para dar suporte a designs de transformadores em vários conversores de comutação. Na maioria dos designs de conversores, a indutância de fuga deve ser controlada independentemente de a energia de fuga ser dissipada em um circuito de amortecimento ou reutilizada para comutação de tensão zero em conversores ressonantes. A capacidade de medir vários parasitas de transformadores permite que os designers configurem um modelo de simulação muito preciso. Em uma linha de produção, uma medição de indutância de fuga garante a qualidade em designs de transformadores personalizados em inspeções recebidas.