Resonanzkreis-Transformatoren mit 96% Wirkungsgrad

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Der integrierte Resonanztrafo nutzt dispergierende Induktivität

Die eigens entwickelten Transformatoren, so genannte integrierte Resonanztransformatoren, basieren auf der Ausnutzung der dispergierenden Induktivität, die im Allgemeinen einen unerwünschten parasitären Effekt aufweist. Der Transformator ersetzt die diskrete Induktivität, wobei in diesem Falle zwei der drei Elemente des Resonanz-Tanks in einer einzigen magnetischen Komponente integriert werden.

Zusätzlich zu den Vorteilen in Bezug auf Kosten und Raumbedarf ist hervorzuheben, dass der magnetische Fluss der dispergierenden Induktivität sich vornehmlich in der Luft entwickelt, wobei jedes mit der Kernsättigung im Zusammenhang stehende Problem beseitigt wird, während dies hingegen beim Einsatz diskreter Induktivitäten stets berücksichtigt werden muss.

Um optimale Resultate zu erzielen, müssen sowohl die Struktur als auch alle das Projekt betreffenden Details mit der erforderlichen Fachkenntnis gehandhabt werden, um einen zweckmäßigen Wert der dispergierenden Induktivität unter Beachtung aller anderen Projektparameter sowie unter minimalen Verlustbedingungen zu erreichen.

Während man sich in anderen Situationen auf empirische Erfahrungen und einfache Berechnungsmethoden stützt, wobei dies zu mehr oder weniger akzeptablen oder sogar ungenauen Näherungswerten in vielen Lastenheften führt, ist darauf hinzuweisen, dass bei hoch leistungsfähigen Anwendungen manchmal sogar der Verlust eines Bruchteils eines Watts eine sichtbare Wirkung auf die allgemeine Leistungsfähigkeit der Versorgungsvorrichtung hat und demzufolge das Risiko besteht, die während der Planung des Konverters mit Umsicht getroffenen Wahlen zu beeinträchtigen.

Um die beste Leistungsfähigkeit der magnetischen Komponenten zu erhalten, müssen einige vereinfachte Projektmethoden überwunden werden, wie beispielsweise die gleichmäßige Unterteilung der Target-Verluste im Kern und im Kupfer. Die einschlägige Literatur und die auf diesem Gebiet gesammelten Erfahrungen lehren, dass der Punkt der besten Effizienz mittels einer genauen Definition der Verluste in Abhängigkeit vom Induktionswert zu bestimmen ist (Bild 3).

Im besonderen Fall der integrierten Transformatoren besteht eine Reihe von Auflagen, die bei der Entwicklung des elektronischen Projekts eine enge Zusammenarbeit mit dem Hersteller von magnetischen Komponenten vorschreiben. Die Festlegung von optimalen Parametern für einen Resonanz-Tank darf nicht ohne Berücksichtigung der Vorschriften in Bezug auf die strukturellen Elemente eines jeden Transformators erfolgen, wobei die Kurve, die das Verhältnis zwischen Induktivität und dispergierende Induktivität beschreibt, eine besondere Beachtung erfordert (Bild 4).

In Ermanglung eines derartigen Dialogs ist man bestenfalls gezwungen, mit einem ungeeigneten Induktionswert zu arbeiten, mit dem Resultat einer äußerst schlechten Leistung sowohl in Bezug auf die Energie als auch in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit.

Der kritischste Punkt bei der Projektierung der genannten Transformatoren ist die realistische Berechnung der Verluste in den Wicklungen, wobei ohne eine derartige Berechnung jede Projektoptimierung unmachbar wird. In der Berechnung ist nicht nur der Skin-Effekt zu berücksichtigen - eine bekannte und relativ leicht kontrollierbare Erscheinung - sondern auch die Wirbelstrom-Verluste infolge des sogenannten Proximity-Effekts. Im Falle von Wicklungen mit Litz-Draht, deren Einsatz aufgrund der üblicherweise genutzten Arbeitsfrequenzen (min. 100 KHz) unvermeidbar ist, sind diese Berechnungen von beachtlicher Komplexität.

Diese Aspekte, zusammen mit anderen weniger wichtigen Faktoren, zeigen, dass man viele Transformatoren antrifft, die von den idealen Bedingungen für eine hohe Leistungsfähigkeit sowohl unter dem Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit und der Dimensionierung als auch der Energie weit entfernt sind.

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