Devanando mi propia resistencia de inductor

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Estoy creando un convertidor de refuerzo 12VDC-24VDC con una corriente de salida de \ $ I_ {out} = 250 \: \ mathrm {mA} \ $ y una corriente de entrada de alrededor de \ $ I_ {in} = 600 \: \ mathrm {mA} \ $ y necesita diseñar un inductor para ello. He calculado que la inductancia tiene que ser \ $ L = 125 \: \ mathrm {\ mu H} \ $, la frecuencia de conmutación es de 400 kHz.

Tengo un núcleo de ferrita con un diámetro de 5 mm y una longitud de 20 mm (puedo cortarlo si es necesario) y una permeabilidad de 12. También estoy usando un cable de 32 AWG (debido al efecto de la piel) que tiene un diámetro de 0.2 mm y \ $ R = 538.3 \: \ Omega \ $ para 1000 m.

La ecuación de la bobina cilíndrica es \ $ L = \ frac {N ^ 2 \ cdot \ mu_o \ cdot \ mu \ cdot A} {l} \ $ donde \ $ N \ $ es el número de vueltas, \ $ \ mu_o \ $ es la permeabilidad del espacio libre \ $ \ mu \ $ es la relativa permeabilidad del núcleo, \ $ A \ $ es el área de la sección transversal de la bobina y \ $ l \ $ es la longitud de la bobina.

Hay docenas de formas en que uno puede diseñar un indutor basado en el número de giros y la longitud de la bobina, pero al aumentar la longitud también aumenta la resistencia del inductor.

Entonces, ¿cuál es la resistencia máxima que puede tener el inductor en estas circunstancias, cómo puedo calcularlo? Así que luego sabré qué longitud tomar, y de ahí el número de vueltas.

EDIT:

He calculado la inductancia en función de las ecuaciones encontradas en este sitio web , página 40.

Corriente de entrada: \ $ \ Delta I = 0.2 * 0.6 = 0.12A \ $

Ciclo de trabajo: \ $ D = \ frac {24-12} {24} = 0.5 \ $

Inductancia: \ $ L = \ frac {12 * 0.5} {0.12 * 400000} = 125 \ mu H \ $

    
pregunta Golaž

4 respuestas

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El efecto de piel no significa que tengas para usar un cable delgado, solo significa que no obtienes todos los beneficios de usar un cable más grueso.

Su inductancia calculada suena demasiado alta para una operación de 400 kHz (tal vez un orden de magnitud más o menos). Le sugiero que vuelva a comprobar el cálculo.

Puede obtener una menor resistencia de CC de dos maneras: use un cable más grueso (pero solo se beneficia con el diámetro del cable en lugar del diámetro al cuadrado sobre la profundidad de la piel) o puede usar múltiples cables delgados en paralelo (idealmente en una Litz , pero un simple giro lento es mucho mejor que nada).

Si su inductor es de alta resistencia, obtendrá pérdidas I ^ 2R del cable (resistencia en serie efectiva) además de las pérdidas del núcleo (que parecen una resistencia paralela dependiente de la frecuencia) y su eficiencia DC-DC sufrirá .

    
respondido por el Spehro Pefhany
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Si conoce el diámetro del núcleo y el inductor está enrollado en él, la longitud por vuelta es $$ Lt = \ pi \ times (D + d), \ $$ donde:

\ $ Lt \ $ es la longitud del turno,

\ $ \ pi \ $ es aproximadamente 3.14,

\ $ D \ $ es el diámetro del núcleo, y

\ $ d \ $ es el diámetro del alambre.

La longitud del cable utilizado para enrollar el núcleo será:

$$ Lw = n \ times Lt $$

donde \ $ n \ $ es el número de turnos,

y la resistencia del devanado será la resistencia del cable por unidad de longitud por la longitud del cable en la bobina.

En general, sin embargo, le preocupa principalmente la resistencia de la bobina en términos de su efecto en la Q de la bobina, y mide la longitud del cable necesario enrollar la bobina, independientemente de su resistencia, y un poco más, por si acaso.

    
respondido por el EM Fields
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Las pérdidas por resistencia se reducen al aumentar el diámetro de cable de su cable inductor.

Por lo tanto, elija el cable más grueso que aún le permita alcanzar la inductancia necesaria.

El uso de Litz wire reducirá aún más sus pérdidas.

Por cierto, el libro absolutamente imprescindible sobre la inductancia es Grover , pero es un lectura muy dura .

    
respondido por el neonzeon
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La resistencia máxima está probablemente limitada por la temperatura. Una mayor resistencia significará mayores pérdidas en el núcleo, lo que significa más calentamiento. Si el núcleo se calienta demasiado sus propiedades magnéticas cambiarán y tendrá un mal momento.

Las pérdidas serán aproximadas por el calentamiento de Joule:

$$ P = I ^ 2 R $$

La forma en que esto afecta la temperatura dependerá de la resistencia térmica de su inductor. Sin una hoja de datos tendría que ser determinada experimentalmente.

Sin embargo, se encontrará con otros problemas mucho antes de alcanzar este máximo absoluto. La resistencia significa pérdidas y las pérdidas significan ineficiencia. Probablemente quieras que tu convertidor sea razonablemente eficiente. Si el convertidor es bueno, las pérdidas serán lo suficientemente bajas como para que la temperatura no sea un problema. De lo contrario, lo que has construido es un calentador , no un convertidor de refuerzo.

    
respondido por el Phil Frost

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