Un diseño de transformador personalizado necesita un potente puente LCR

Su misión

El impacto de la inductancia de fuga de transformadores SMPS depende de diversos factores. Cuando se diseña un transformador para obtener una mayor inductancia magnética suele aumentar la inductancia de fuga, especialmente si se necesita aislamiento entre la bobina primaria y secundaria. Esta inductancia de fuga puede provocar energía disipada y tener repercusiones en las emisiones EMI, especialmente con frecuencias de conmutación del convertidor elevadas.

Si el transformador está diseñado para funcionar en un convertidor de transferencia indirecta, el conmutador principal del convertidor será sensible al retorno de tensión de la inductancia de fuga cuando se apaga el transistor de control. La energía almacenada en la inductancia de fuga requiere circuitos snubber para limitar la tensión en los dispositivos de conmutación. Durante el proceso de diseño resulta esencial medir con precisión la inductancia de fuga en el lado primario del transformador para conseguir un diseño optimizado del circuito snubber. De este modo se garantiza la protección suficiente para el elemento de conmutación principal, pero también se reducen las pérdidas y los problemas de EMI.

Además de la inductancia de fuga, otros parámetros como la inductancia magnética, la capacidad eléctrica de la bobina y su resistencia son importantes y necesarios para obtener diseños de alta calidad.

A partir de los valores parásitos medidos del transformador también se puede derivar un modelo de simulación de alta precisión para acelerar el proceso de diseño.

Solución Rohde & Schwarz

El medidor LCR R&S®LCX puede medir con precisión todos los parámetros críticos del transformador. Para las medidas de inductancia en transformadores se requiere tensión sinusoidal con una frecuencia adecuada. La frecuencia de medida necesaria se deduce de la frecuencia de conmutación del convertidor. El medidor LCR proporciona la señal de corriente alterna, mientras que la bobina secundaria tiene una configuración de circuito abierto. De este modo se puede medir la inductancia primaria L_Total.

El resultado de la medida combina la inductancia magnética L_M con la inductancia de fuga L_L. La inductancia primaria del transformador se determina a través de la permeabilidad del núcleo y el número de espiras de la bobina. Un elemento de resistencia serie R_S resulta también de los devanados de cobre. Este valor se puede medir igualmente aplicando una señal de CA o medirse también como CC pura. Este valor ayuda a calcular las pérdidas de cobre.

Puesto que la inductancia de fuga viene definida por el diseño del transformador, no se puede medir directamente. Un método apropiado para la inductancia de fuga debe eliminar la inductancia magnética de la inductancia primaria. Esto se consigue con un cortocircuito a lo largo de los terminales secundarios. Un cortocircuito resulta en cero voltios en los terminales de salida y cero voltios para la inductancia magnética en el lado primario. La inductancia medida en los terminales primarios es en ese caso la inductancia de fuga.

Ejemplo de aplicación

El diseño de transformador personalizado para medir los parámetros relevantes está colocado en un convertidor de potencia fuera de línea con una tensión de salida de 5 V y 2 A según el principio de transferencia indirecta.

Tareas de medida

• Realizar la compensación (medida open/short sin estar conectado el DUT)
  • Para compensar parámetros residuales como el cableado
• Ajustar la frecuencia de operación deseada y un nivel de medida de tensión adecuado
  
• Seleccionar un modo de impedancia apropiado (lowZ o highZ)
  • Para alcanzar la máxima precisión
• Seleccionar un ajuste de rango apropiado, seleccionar la configuración de parámetros correcta (L_s y R_s/L_s y R_CC), conectar el DUT e iniciar la medida

La captura de pantalla de abajo muestra una inductancia primaria de 745,3 µH, que cumple las especificaciones de la hoja de datos.

Solución de test y medida

Asimismo, muestra la resistencia serie de 1,283 Ω. La resistencia de CC se especifica en la hoja de datos habitual del transformador y debería medirse en CC. Esta medida también se puede realizar con el medidor LCR seleccionando el parámetro R_DC. La resistencia de CC resultante es de alrededor de 1,41 Ω.

La captura de pantalla de abajo muestra una inductancia de fuga de alrededor de 6,08 µH, que se encuentra igualmente dentro de las especificaciones de la hoja de datos. Tras medir la inductancia de fuga se puede calcular la inductancia magnética.

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

Resumen

El medidor LCR R&S®LCX combina potentes funciones y alta precisión, y representa de este modo un excelente instrumento para facilitar el diseño de transformadores en diversos convertidores de conmutación. En la mayoría de los diseños de convertidores es necesario controlar la inductancia de fuga independientemente de si la energía de fuga se disipa en un circuito snubber o se reutiliza para la conmutación de tensión cero en convertidores resonantes. Gracias a la posibilidad de medir varios elementos parásitos de los transformadores, los diseñadores pueden generar un modelo de simulación de muy alta precisión. En una línea de producción, la medida de la inductancia de fuga garantiza la calidad en diseños de transformadores personalizados para inspecciones de entrada.