Calcular el aumento de temperatura en un inductor en una fuente de alimentación de modo conmutado

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Estoy un poco confundido acerca de este asunto. Tengo un cargador de batería de modo conmutado (básicamente, una fuente de alimentación) basado en el LT3650. Quiero saber cuánto aumentará la temperatura del inductor porque un diseño anterior lo hizo muy caliente. El inductor seleccionado fue un Bourns SRR1280-330M (33µH). He descargado la simulación LTSpice para el chip y estoy realizando las siguientes medidas: 

.MEAS L2_POWER RMS V(LNET1,LNET2)*I(L2) TRIG v(out) VAL=6 TARG v(out) VAL=7
.MEAS L2_AVG AVG V(LNET1,LNET2)*I(L2) TRIG v(out) VAL=6 TARG v(out) VAL=7
.MEAS L2_P2P PP I(L2) TRIG v(out) VAL=6 TARG v(out) VAL=7

LNET1 y LNET2 son los dos nodos de inducción, y v (out) = 6 a 7 es el rango significativo de voltaje de carga de la batería. Supongo que el resto del modelo no es relevante ya que solo estamos interesados en el inductor.

Me estoy poniendo: 

l2_power: RMS(v(lnet1,lnet2)*i(l2))=18.6632 FROM 0.000174199 TO 0.000645851
l2_avg: AVG(v(lnet1,lnet2)*i(l2))=0.074568 FROM 0.000174199 TO 0.000645851
l2_p2p: PP(i(l2))=0.748642 FROM 0.000174199 TO 0.000645851
    * (FROM/TO is the time range the measurements were taken from)

No sé qué valor tomar como disipación de poder; Entiendo que los inductores no son resistencias y las cosas se complican con ellos. Mis instintos me dicen que use el valor de potencia RMS (l2_power), pero 18 vatios suena bastante, y no parece cambiar sin importar qué inductor elijo (diferente µH o DCR). El valor promedio (74mW) suena muy poco para el aumento de temperatura que he observado. Pico a pico fue solo para las patadas.

Sé que tengo una corriente total de 2 amperios, y la corriente de rizado es aproximadamente el 25% de eso. Ahora, el fabricante del inductor menciona un aumento de temperatura que depende solo de la corriente RMS (no de la potencia), y generalmente es de 40 ° C por Irms (máx.).

La pregunta es: ¿debo usar los cálculos del fabricante como base para las expectativas de aumento de temperatura (excluyendo la disipación de PCB)? Si paso la mitad de Irms (máx.), ¿Debo esperar un aumento de temperatura de 20 ° C? De lo contrario, ¿qué método debo usar para estimar que usando LTSpice?

¡Gracias!

    
pregunta Guillermo Prandi

1 respuesta

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RMS solo es válido para la entrada o el voltaje en una carga puramente resistiva. Para la potencia disipada por un componente reactivo, debe calcular el promedio de todos los valores de energía instantáneos, ya que esto tiene en cuenta a dónde va la potencia durante cada ciclo.

Un inductor almacena y libera energía magnética a medida que la corriente a través de ella aumenta y disminuye, lo que hace que la tensión a través de ella se balancee positiva y negativa. A lo largo de un ciclo completo, la energía 'negativa' total que sale de un inductor puro debe ser igual a la energía 'positiva' que entra, por lo que la pérdida de potencia total es cero. Los cálculos de RMS toman las raíces cuadradas individuales de los componentes de voltaje y corriente cuadrados, perdiendo el signo y produciendo una pérdida de potencia aparente que en realidad no existe. Calcular el poder instantáneo primero y luego promediar los resultados produce el valor correcto.

Los inductores reales tienen resistencia en serie en los devanados y resistencia paralela en el núcleo, lo que convierte parte de la energía en calor. Por lo general, el componente de la serie domina, por lo que si la fluctuación de la corriente es baja, simplemente multiplicando la corriente promedio del inductor por su resistencia en serie puede proporcionar una medida bastante precisa de la pérdida de potencia.

Una vez que conozca la pérdida de potencia, puede calcular el aumento de temperatura utilizando la " resistencia térmica '(que es análoga a Resistencia en un circuito eléctrico, pero con la potencia como "corriente" y la diferencia de temperatura como "voltaje") del inductor y para lo que se sumerge con calor.

Tenga en cuenta que la resistencia térmica total depende de cómo se monta el componente, el área de cobre de PCB, la circulación de aire, etc. Si estas cifras no están disponibles, es posible que deba realizar algunas mediciones de temperatura física para caracterizarlas. Podría ser más conveniente pasar una corriente de CC pura a través del inductor mientras se hace esto, porque entonces el cálculo de la potencia es mucho más simple porque la inductancia no tiene efecto.

    
respondido por el Bruce Abbott

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