. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Power tipy XXVI - Přenos vysokofrekvenční energie vodičem

Power tipy XXVI - Přenos vysokofrekvenční energie vodičem

Další díl ze série článků Power Tipů se zaměřuje na vedení vysokofrekvenční energie vodičem a rozložení proudu.

V dalším pokračování seriálu Power Tip bych se rád zaměřil na skutečný odpor vodiče ve volném prostoru a rozložení proudu. Na obr. 1 je hned uveden první příklad. Jedná se o průřez jedním vodičem, umístěným ve volném prostoru a vedoucím vysokofrekvenční energii. Pokud by vodičem protékal pouze stejnosměrný (DC) proud, byl by jeho průřez po celé ploše zaplněn stejnou barvou. Nicméně tím, jak se frekvence zvyšuje, dochází k pohybu elektronů směrem ven z vodiče, tedy do míst, které jsou označeny červenou a oranžovou barvou. Toto "vytěsnění" se nazývá Skin efekt, nebo česky povrchový jev. Hloubka průniku se definuje jako vzdálenost od vnějšího okraje vodiče až do bodu, kdy proudová hustota klesá na hodnotu 1/e proudové hustoty na vnějším povrchu. Pro měď se hloubka průniku definována jako:

kde f je frekvence v MHz a hloubka je v cm.


Obr. 1: Rozložení vysokofrekvenčního proudu inklinuje k povrchu vodiče

Na obr. 2 je uvedeno rozložení proudu v plochém vodiči, umístěném ve volném prostoru. Spíše než po celém povrchu vodiče, je největší část proudu umístěna po krajích, v úzkých hranách vodiče. Nicméně, i zde je hloubka průniku stejná jako v případě kruhového průřezu. Bohužel se tím výrazně zvyšuje odpor vodiče, neboť velká plocha má pouze malou hustotu proudu.


Obr. 2: V plochém vodiči je vysokofrekvenční proud soustředěn do úzkých krajů

V případě vedení proudu v plochých vodičích, jsou tyto obvykle umístěny přímo nad sebou, nebo v blízkosti umělé země, kde tentýž proud teče v opačném směru. Obrázek 3 ukazuje rozložení proudů v tomto případě, kde opačný proud protéká ve dvou navzájem sousedících plochých vodičích. Hloubka průniku zůstává stále stejná. Největší proud však většinou protéká v oblasti ohraničené hloubkou průniku a šířkou vodiče, spíše než hloubkou tloušťky vodiče jako na obr. 2. Proto vysokofrekvenční odpor těchto vodičů je nižší, než v případě jejich vedení ve volném prostředí.


Obr. 3: Rozložení proudu ve dvou souběžných plochých vodičích

Obrázek 4 ukazuje průřez vícevrstvou strukturou plochých vodičů. Dva horní vodiče (3 a 4) mají stejné rozložení proudu v jednom směru, jako dva spodní vodiče (1 a 2), které mají shodné rozložení proudu v opačném směru. Takové uspořádání může představovat například jednotlivé vrstvy vodičů v transformátoru s převodním poměrem 2:2. Stejně jako v předchozím příkladu, mají proudy v jednotlivých vinutích opačný směr. Nicméně zde nastává jeden zajímavý jev. Ve vinutích 1 a 4, je proud soustředěn na vnitřní straně vodičů, čímž zároveň podporuje tok proudu na povrchu vinutí 2 a 3, vedených v opačném směru. Celkový proud ve vinutích 2 a 3, který teče v opačném směru, je tedy díky vyšší hustotě proudu na vnitřním povrchu mnohem větší. Tento jev je nazýván proximity efektem a tvoří strukturu vrstev, působících na vysokých frekvencích značné problémy. Jedním ze způsobů, jakým lze tento problém vyřešit, je souběžné uspořádání vhodných typů vodičů. Místo použití dvou přilehlých vrstev vinutí s proudem, který teče ve stejném směru, je možné použít prokládání vinutí tak, že proud teče ve správném směru na obou stranách vinutí.


Obr. 4: Rozložení proudu v přilehlých vinutích vede k výraznému zvýšení ztrát

Dowell1 vyvinul analytický model, určený pro výpočet AC odporu vodičů s různými tloušťkami a konfiguracemi jednotlivých vrstev [1]. Na obr. 5 jsou prezentovány dosažené výsledky. Osa X představuje normalizované hloubky průniku proudu do vodičů a osa Y představuje dynamický odpor, normalizovaný na stejnosměrný odpor vodiče. Skupina křivek je uvedena v závislosti na počtu vrstev ve vinutí. Jakmile se počet vrstev zvyšuje, omezuje se vliv průniku proudu do jednotlivých vodičů a rozdíl mezi AC/DC odporem je výrazně menší. Rovněž si všimněte spodní křivky s polovinou vrstvy. V tomto případě jsou jednotlivá vinutí prokládána a odolnost proti průniku je výrazně menší než v případě jedné vrstvy.


Obr. 5: Výsledek Dowellova analytického modelu ukazuje vliv počtu vrstev na velikost průniku

Z uvedeného tedy vyplývá, že při vyšší frekvenci je přenos proudu v ploše jednotlivých vodičů značně omezen. Ve volném prostředí má kruhový vodič při vysokých frekvencích mnohem nižší dynamický odpor, než shodný plochý vodič. Nicméně plochý vodič je naproti tomu mnohem lepší při použití v blízkosti umělé země, nebo pokud se nachází v blízkosti jádra konstrukce, vedoucího proud opačným směrem.

V příštím díle seriálu Power Tip budeme diskutovat o paralelním řazení napájecích zdrojů s využitím Droop metody.

Pro více informací o tomto a dalších řešeních napájení, navštivte adresu: www.ti.com/power-ca.

Reference:
1) P.L. Dowell, “Effects of eddy currents in transformer windings,” Proceedings of the IEEE, vol 113, no 8, pp. 1387-1384, Aug. 1966.
2) Lloyd Dixon, “Coupled Filer Inductors in Multi-Output Buck Regulators,” Texas Instrument, section 3, page 4.

Autor: Robert Kollman, Texas Instruments







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk
Příbuzné články:
Power tipy I - Výběr správné pracovní frekvence spínaného zdroje
Power tipy II - Jak omezit vliv rušení zdroje
Power tipy III - Tlumení vstupního filtru - Díl 1 z 2
Power tipy IV - Tlumení vstupního filtru - Díl 2 z 2
Power tipy V - Záporné napětí ze snižujícího regulátoru
Power tipy VI - Správné měření napájecího zdroje
Power tipy VII - Efektivní napájení výkonových LED
Power tipy VIII - Omezení EMI technikou rozprostřeného spektra
Power tipy IX - Odhad nárůstu teploty výkonových součástek
Power tipy X - Přechodová odezva napájecího zdroje
Power tipy XI - Řešení ztrát v obvodu napájení
Power tipy XII - Maximalizování účinnosti napájecího zdroje
Power tipy XIII - Omezte ztráty v jádře indukčnosti
Power tipy XIV - Zdroj topologie SEPIC zajišťuje vyšší účinnost
Power tipy XV - Levný a výkonný budič LED
Power tipy XVI - Tlumení propustného měniče
Power tipy XVII - Komutační obvod u Flyback regulátoru
Power tipy XVIII - Jednoduché zlepšení stability regulátoru
Power tipy XIX - Snadné získání více záporných napětí
Power tipy XX - Parazitní rezonance v napájecím zdroji
Power tipy XXI - Hlídejte RMS proud kondenzátorů
Power tipy XXII - Vyhněte se častým problémům s chybovým zesilovačem
Power tipy XXIII - Zlepšení regulační odezvy zdroje - část 1
Power tipy XXIV - Převod paralelní impedance na sériovou
Power tipy XXV - Zlepšení regulační odezvy zdroje - část 2
Power tipy XXVI - Přenos vysokofrekvenční energie vodičem
Power tipy XXVII - Paralelní řazení napájecích zdrojů
Power tipy XXIIX - Krátkodobé zvýšení teploty v obvodech MOSFET - část 1
Power tipy XXIX - Krátkodobé zvýšení teploty v obvodech MOSFET - část 2
Power tipy XXX - Síťový zdroj s obyčejným obvodem
Power tipy XXXI - Poměr vnitřních odporů v synchronním regulátoru
Power tipy XXXII - Pozor na proudy v regulátorech SEPIC – část 1
Power tipy XXXIII - Pozor na proudy v regulátorech SEPIC – část 2
Power tipy XXXIV - Jednoduchý izolovaný napájecí zdroj
Power tipy XXXV - Omezení parazitní kapacity v transformátorech

Komentáře (4):

Zobrazit starší 30 dnů (4)...

host
4. Dne 08. 11. 2011 v 00:04 zaslal host
Chyba?
Neni nahodou v tom vzorecku chyba? Pro f=0,5MHz mi podle neho vychazi hloubka vniku 10cm coz je nesmysl, spravne by to melo byt 100x mene.


Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
PU232F - převodník USB-UART, modul
Modul s obvodem CP2102 od Silicon Labs - převodník USB-UART pro vývoj a malosériovou výrobu.
Skladem od 290 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007