Une conception de transformateur personnalisée nécessite un pont RLC puissant

Votre tâche

L'impact de l'inductance de fuite des transformateurs SMPS dépend de plusieurs facteurs. La conception d'un transformateur pour obtenir une inductance de magnétisation supérieure tend à augmenter l'inductance de fuite, en particulier si l'isolation est nécessaire entre l'enroulement du primaire et du secondaire. Cette inductance de fuite peut causer des pertes et influencer les émissions EMI en particulier à des fréquences de commutation de convertisseur élevées.

Si le transformateur est conçu pour fonctionner dans un convertisseur flyback (alimentation à découpage), la principale commutation du convertisseur sera sensible au rebond de tension de l'inductance de fuite quand le transistor s'éteint. L'énergie stockée dans l'inductance de fuite nécessite des circuits snubber pour limiter la tension dans les appareils à commutation. Au cours du processus de conception, une mesure précise de l'inductance de fuite sur le côté primaire du transformateur est essentielle pour une conception de circuit snubber optimisée. Cela garantit une protection suffisante pour l'élément de commutation principal, mais réduit également les pertes et les quelques problèmes EMI.

Outre l'inductance de fuite, d'autres paramètres tels que l'inductance de magnétisation, la capacité d'enroulement et la résistance d'enroulement sont pertinents et nécessaires pour des conceptions haute qualité.

Un modèle de simulation précis peut aussi être dérivé des valeurs de parasites du transformateur mesurées pour accélérer le processus de conception.

Solution Rohde & Schwarz

Le pont RLC R&S®LCX peut mesurer précisément tous les paramètres sensibles du transformateur. Une tension sinusoïdale avec une fréquence adaptée est nécessaire pour les mesures d'inductance du transformateur. La fréquence de test requise est dérivée de la fréquence de commutation du convertisseur. Le pont RLC fournit le signal AC, tandis que l'enroulement secondaire est en configuration de circuit ouvert. L'inductance du primaire L_Total peut alors être mesurée.

Le résultat de mesure combine l’inductance de magnétisation L_M avec l'inductance de fuite L_L. L'inductance du primaire du transformateur est déterminée par la perméabilité du cœur et le nombre de spires dans l'enroulement. Un élément de résistance série R_S résulte également des enroulements cuivre. Cette valeur peut aussi être mesurée tout en appliquant un signal AC ou également mesurée comme DC pure. Cette valeur permet de calculer les pertes cuivre.

Comme l'inductance de fuite est définie par la conception du transformateur, elle ne peut pas être mesurée directement. Une méthode adaptée pour l'inductance de fuite doit éliminer l'inductance de magnétisation de l'inductance du primaire. Cela peut être fait avec un court-circuit entre les bornes du secondaire. Un court-circuit engendre une tension nulle sur les bornes de sortie et pour l'inductance de magnétisation sur le primaire. L'inductance mesurée aux bornes du primaire est alors l'inductance de fuite.

Exemple d'application

La conception de transformateur personnalisé pour la mesure des paramètres pertinents est placée dans un convertisseur de puissance hors ligne avec une tension de sortie de 5 V à 2 A utilisant le principe flyback (à découpage).

Tâches de mesure

• Effectuez la compensation (mesure ouverte / court-circuit sans connecter le DUT)
  • Pour compenser les paramètres résiduels tels que le câblage
• Réglez la fréquence de fonctionnement désirée et un niveau de test de tension adapté
  
• Sélectionnez un mode d'impédance adéquat (lowZ ou highZ)
  • Pour obtenir la meilleure précision
• Choisissez un réglage de gamme adapté, sélectionnez la bonne configuration du paramètre (L_s et R_s/L_s et R_DC), connectez le DUT et démarrez la mesure

La capture d'écran ci-dessous révèle une inductance au primaire de 745,3 µH qui correspond aux spécifications de la fiche technique.

Solution T&M

Elle montre aussi une résistance série de 1,283 Ω. La résistance DC est spécifiée dans une fiche technique propre au transformateur et devrait être mesurée en DC. Cela peut également être mesuré avec le pont RLC en sélectionnant le paramètre R_DC. La résistance DC résultante est d'environ 1,41 Ω.

La capture d'écran ci-dessous montre une inductance de fuite d'environ 6,08 µH, qui est également dans les spécifications de la fiche technique. Après la mesure de l'inductance de fuite, l'inductance de magnétisation peut être calculée.

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

Conclusion

Le pont RLC R&S®LCX combine des capacités puissantes et une précision élevée, en faisant un instrument idéal pour prendre en charge des conceptions de transformateurs dans divers convertisseurs à commutation. Dans la plupart des conceptions de convertisseurs, l'inductance de fuite doit être contrôlée, peu importe si l'énergie de fuite est dissipée dans un circuit snubber ou réutilisée pour la commutation à tension zéro dans des convertisseurs à résonance. La capacité à mesurer divers parasites de transformateur permet au concepteurs de configurer un modèle de simulation très précis. Dans une ligne de production, une mesure de l'inductance de fuite garantit la qualité dans les conceptions de transformateur personnalisées pour les inspections.