Application Notes

Un progetto di trasformatore personalizzato ha bisogno di un potente ponte LCR

Un trasformatore ad alta frequenza è un componente chiave nella progettazione di alimentatori a commutazione (SMPS) isolati. La valutazione dell'induttanza di dispersione è essenziale nel controllo di molti parametri di progettazione, tra cui l'efficienza, la massima tensione nominale per gli elementi di commutazione e l'interferenza elettromagnetica quando si tratta di progetti che utilizzano trasformatori personalizzati. La misura accurata di questo elemento parassita è indispensabile. Il misuratore LCR R&S®LCX è ideale per effettuare questo impegnativo tipo di misura.

Attività da eseguire

L'impatto dell'induttanza di dispersione dei trasformatori usati negli alimentatori a commutazione dipende da diversi fattori. Quando si progetta un trasformatore per ottenere una maggiore induttanza magnetizzante, si tende ad aumentare l'induttanza di dispersione, specialmente se è richiesto l'isolamento tra l'avvolgimento primario e secondario. Questa induttanza di dispersione può causare perdite di potenza e influenzare l'emissione di interferenze elettromagnetiche, specialmente a frequenze di commutazione del convertitore più alte.

Se il trasformatore è progettato per funzionare in un convertitore flyback, l'interruttore principale del convertitore sarà sensibile al contraccolpo di tensione dovuto all'induttanza di dispersione quando il transistor di pilotaggio si spegne. L'energia immagazzinata nell'induttanza di dispersione richiede circuiti snubber (smorzatori) per limitare la tensione nei dispositivi di commutazione. Durante il processo di progettazione, una misura accurata dell'induttanza di dispersione sul lato primario del trasformatore è essenziale per progettare correttamente il circuito snubber. Ciò garantisce una protezione sufficiente per l'elemento di commutazione principale, ma anche perdite ridotte e meno problemi di interferenze elettromagnetiche.

Oltre all'induttanza di dispersione, per progetti di alta qualità diventano rilevanti e sono necessari da conoscere altri parametri, come l'induttanza di magnetizzazione, la capacità dell'avvolgimento e la resistenza dell'avvolgimento.

Per accelerare il processo di progettazione, è possibile definire un modello di simulazione accurato derivato dai valori misurati dei parametri parassiti del trasformatore.

Principio di misura dell'induttanza primaria e di dispersione
Principio di misura dell'induttanza primaria e di dispersione
Ingrandisci immagine

Soluzione Rohde & Schwarz

Il misuratore LCR R&S®LCX è in grado di misurare accuratamente tutti i parametri critici del trasformatore. Per le misure di induttanza è necessario generare una tensione sinusoidale con una frequenza adatta. La frequenza di prova richiesta è derivata dalla frequenza di commutazione del convertitore. Il misuratore LCR fornisce il segnale di corrente alternata, mentre l'avvolgimento secondario è in configurazione a circuito aperto. A questo punto è possibile misurare l'induttanza primaria LTotal.

Il risultato di misura combina l'induttanza magnetizzante LM con l'induttanza di dispersione LL. L'induttanza primaria del trasformatore è determinata dalla permeabilità del nucleo e dal numero di giri nell'avvolgimento. Gli avvolgimenti in rame aggiungono anche un componente resistivo in serie RS. Questo valore può essere misurato applicando un segnale di prova in corrente alternata oppure misurato in corrente continua. Il valore determinato aiuta a calcolare le perdite dovute agli avvolgimenti in rame.

Poiché l'induttanza di dispersione è definita dal progetto del trasformatore, non può essere misurata direttamente. Un metodo adatto per misurare l'induttanza di dispersione deve eliminare l'induttanza magnetizzante dall'induttanza primaria. Ciò può essere ottenuto mettendo in corto circuito i terminali del secondario. Un corto circuito impone une tensione nulla sui terminali di uscita e zero volt per l'induttanza di magnetizzazione sul lato primario. L'induttanza misurata ai terminali dell'avvolgimento primario, quindi, è l'induttanza di dispersione.

Esempio applicativo

Il design personalizzato del trasformatore per misurare i parametri rilevanti è inserito in un convertitore di potenza offline con una tensione di uscita di 5 V a 2 A utilizzando il principio del flyback.

Attività di misura

  • Eseguire la compensazione (misura a circuito aperto/cortocircuito senza dispositivo in prova collegato)
    • per compensare i parametri residui come il cablaggio
  • Impostare la frequenza operativa desiderata e un livello di tensione di prova adeguato
  • Selezionare una modalità di impedenza adeguata (lowZ o highZ)
    • Per ottenere la massima accuratezza
  • Scegliere una portata adeguata, selezionare la corretta configurazione dei parametri (Ls e Rs/Ls e RDC), collegare il dispositivo in prova e iniziare la misura

La schermata qui sotto rivela un'induttanza primaria di 745,3 µH, che è conforme alle specifiche della scheda tecnica.

Misura dell'induttanza primaria a 10 kHz e 100 mV (RMS)
Misura dell'induttanza primaria a 10 kHz e 100 mV (RMS)

Soluzione di misura

Mostra anche una resistenza in serie di 1,283 Ω. La resistenza in corrente continua è specificata in una scheda tecnica tipica del trasformatore e dovrebbe essere misurata in corrente continua. Può essere misurata anche con il misuratore LCR selezionando il parametro RDC. La resistenza in corrente continua risultante è di circa 1,41 Ω.

La schermata qui sotto mostra un'induttanza di dispersione di circa 6,08 µH, che anch'essa ricade all'interno delle specifiche riportate nella scheda tecnica. Dopo aver misurato l'induttanza di dispersione, è possibile calcolare l'induttanza magnetizzante.

LM = LTotal − LL = 745.26 µH – 6.08 µH = 739.2 µH

Misura dell'induttanza di dispersione a 10 kHz e 100 mV (RMS)
Misura dell'induttanza di dispersione a 10 kHz e 100 mV (RMS)

Riassunto

Il misuratore LCR R&S®LCX abbina potenti capacità a grande accuratezza, diventando così un ottimo strumento per supportare i progetti di trasformatori utilizzati in vari tipi di convertitori a commutazione. Nella maggior parte dei progetti di convertitori, l'induttanza di dispersione deve essere controllata indipendentemente dal fatto che l'energia di dispersione sia dissipata in un circuito snubber o riutilizzata per la commutazione a tensione zero nei convertitori risonanti. Un dispositivo in grado di misurare varie capacità parassite del trasformatore permette ai progettisti di definire un modello di simulazione molto accurato. In una linea di produzione, una misura dell'induttanza di dispersione assicura la qualità nei progetti di trasformatori personalizzati per le ispezioni in entrata.

Designazione Tipo N. d'ordine
Misuratore LCR, 300 kHz R&S®LCX100 3629.8856.02
Misuratore LCR, 500 kHz R&S®LCX200 3629.8856.03
Cavo per Kelvin clip R&S®LCX-Z2 3638.6446.02