Beddelka yaraanaya: Sida GaN iyo SiC dib u hagaajiyaan cabbirka Magnetik

Hordhac

Shaqada Transformer-ku isma bedelin 140 sano gudahood: waxay tamar u kala dhex martaa wareegyada iyadoo la isku xirayo birlab waxayna beddeshaa tamarta inta ay socoto. Waxa si weyn isu beddelay cabbirkiisa. Transformer 100 W ah oo ku shaqeeya dhexda dhexe ee 50–60 Hz waa bir culus oo miisaankeedu yahay 2 kg. Isla 100 W ee uu gacanta ku hayo dabaylaha taleefoonka casriga ah ayaa ah qayb thumbnail le'eg oo ferrite ah oo aad si dhib leh u dareemi karto. Sababtu maaha sixir - waa beddelka soo noqnoqda, iyo fasal cusub oo semiconductors ah oo loo yaqaan aaladaha bandgap-ballaadhan ayaa riixaya soo noqnoqoshada sare sannad kasta.

Mabda'a iyo Noocyada

Transformer kastaa wuxuu u hogaansamaa sharciga Faraday. Isla'egta naqshadeynta ee la yaqaan, V ≈ 4.44 · f · N · B · A, isku xirka danab (V), soo noqnoqda (f), leexashada (N), cufnaanta qulqulka ugu sarreysa (B), iyo qaybta iskutallaabta (A). Ku hay koronto iyo cufnaanta qulqulka oo go'an, iyo inta jeer ee soo noqnoqda waxay la mid tahay leexashada iyo cabbirka xudunta labadaba. Laban laab inta jeer ee waxaad qiyaas ahaan kala bar kartaa birta iyo naxaasta. Taasi waa sababta warshadu ay uga guurtay 50/60 Hz "xariiqda-soo noqnoqda" transformers si ay u beddesho magnetics-ka shaqeeya 20 kHz ilaa 1 MHz.

Awood-bixiyehu waa furaha laftiisa. MOSFET-yada siliconka caadiga ah iyo IGBTs waxay luminayaan waxtarkooda si dhakhso ah oo ka sarreeya qiyaastii 100 kHz, sidaas darteed malabyadu ma sii yaraan karaan iyada oo aan la kululayn transistor-ka. Semiconductors-bandgap-ballaaran ayaa beddela xisaabta. Silicon carbide (SiC, bandgap ≈ 3.2 eV) iyo gallium nitride (GaN, ≈ 3.4 eV) waxay u beddelaan si ka dheer oo ka qabow silikoon (≈ 1.1 eV). Marka loo eego hagayaasha naqshadaynta korantada-elektarooniga, Dabaylaha firfircoon ee-clamp-flyback ee GaN waxay hadda ku shaqeeyaan 1.2–1.8 MHz oo leh 96–98% hufnaanta iyo cufnaanta awoodda ee ka sarreysa 30 W/in³; SiC oo lagu daray totem-pole PFC waxay gaartaa 99% waxtarka 3 kW. Silsiladdu waa sahlan tahay: si fiican u beddel → soo noqnoqoshada wax ku ool ah oo sarreeya → beddelo yar yar. Ogsoonow in wax kastaa aysan wada miisaan hoos u dhigin: badbaadada qulqulka iyo fogaanta nadiifinta waxaa lagu hagaajiyaa jaangooyooyinka, iyo daaqada dabaysha weli waa inay haysaa dahaarka, markaa faa'iidooyinka cabbirka dhabta ah waxay ka hooseeyaan sharciga 1/f ee ku habboon.

Tusaalaha Codsiga

Fiiri 65 W USB-C GaN charger. Nooca silikon ee dhaqameedku wuxuu u baahday beddelka weyn, xudunta ferrite ka culus, iyo heatsink weyn. Nooca GaN wuxuu adeegsadaa koronto-dhaliye yar, oo soo noqnoqonaya oo sarreeya iyo hagaajin wax-ku-ool ah oo isku-dhafan, sidaa darteed magnetics-ka, qalabka qaboojinta, iyo xayndaabku dhammaantood way isu-soo baxaan. Xulashada transistor-ka ma aha oo kaliya waxtarkeeda - waxay dib u qaabaysaa wax kasta oo ku xeeran.

Isla caqligal isku mid ah ayaa kor u qaadaya: dabaylaha korantada-baabuurta saaran waxay adeegsadaan SiC si ay u riixaan heerka go'doominta ee soo noqnoqda, sahayda xarunta xogta waxay u isticmaashaa GaN marxaladaha cufnaanta sare ee is haysta, iyo rogayaasha qoraxda waxay isticmaalaan SiC si ay u yareeyaan kor u qaadistooda iyo magnetics rogayaasha. Xaalad kasta transformer-ku wuu sii yaraanayaa wuuna sii fududaanayaa, laakiin culayska naqshaduhu waxa uu ka beddelaa birta iyo naxaasta xagga maamulka kulaylka iyo xakamaynta EMI.

Faham-xumada Guud iyo Xaqiiqda Madadaalada

Fikirka khaldan: "Si dhakhso ah u beddel oo taransfooriyuhu wuu baaba'aa." Qalabka dhabta ah wuxuu leeyahay jilibka soo noqnoqda . Meel ka sarraysa barta la taaban karo (qiyaastii 400 kHz ee heerka 3 kW LLC, mid kasta oo soo saarayaasha magnetic), luminta xudunta ah (kor u kaca qiyaasta f^ 1.4-1.7), maqaarka iyo saamaynta u dhowaanshaha dabaysha, iyo kulaylka-mugga dhammaan waxay koraan si ka dhakhso badan faa'iidada cabbirka. Aad u fog u riix oo qaybta "yar" ayaa kulushahay oo kharash badan.

Xaqiiqo xiiso leh: Bood joogta ah oo 10x ah ma siinayso 10x transformer ka yar - qalooca luminta ayaa simman faa'iidada. Taasi waa sababta inta badan nashqadaha tamarta sare ay u urursan yihiin ilaa dhowr boqol oo kHz halkii ay ku quusi ​​lahaayeen xadka megahertz, in kasta oo transistor-ku uu dhaqso u socon karo.