Alimentazione: alcuni suggerimenti (parte 26) – Distribuzione della corrente nei conduttori ad alta frequenza

Dalla rivista:
Elettronica Oggi

 

Questo articolo esamina la resistenza effettiva di conduttori nel vuoto e in strutture con avvolgimenti. La figura 1 mostra il primo esempio: la sezione trasversale di un singolo conduttore nel vuoto percorso da corrente ad alta frequenza. Se la corrente fosse continua, la densità di corrente, illustrata con vari colori, sarebbe uguale in tutti i punti; invece all’aumentare della frequenza la corrente si sposta verso la superficie del conduttore, come indicato dai colori rosso e arancione. Questo “addensamento” è detto effetto pelle. La profondità di penetrazione è definita come la distanza dalla superficie al punto in cui la densità di corrente è diminuita a 1/e del valore alla superficie stessa. Per il rame, questa profondità è pari a:

dove f è in megahertz e la profondità è in cm.

Fig. 1 – Ad alte frequenze la corrente è maggiore alla superficie

 

 

 

 

 

 

 

Fig. 2 – La corrente si concentra presso le estremità del conduttore alla profondità di penetrazione

Fig. 3 – Correnti opposte si attraggono reciprocamente verso le superfici adiacenti

Fig. 4 – Correnti opposte in avvolgimenti adiacenti aumentano notevolmente le perdite

Dowell¹ ha sviluppato un modello analitico per il calcolo dell’aumento della resistenza CA di conduttori di vario spessore e configurazione degli strati. La figura 5 presenta i risultati. Lungo l’asse x è tracciato lo spessore dello strato normalizzato rispetto alla profondità di penetrazione, mentre l’asse y rappresenta la resistenza CA normalizzata rispetto a quella CC. Viene generata una famiglia di curve che dipende dal numero di strati degli avvolgimenti; a mano a mano che lo spessore dei conduttori si avvicina alla profondità di penetrazione, tale numero diventa piccolo per un rapporto CA/CC ragionevole. Si noti anche la curva inferiore, corrispondente a metà di uno strato; in questo caso, gli avvolgimenti sono intercalati e l’aumento di resistenza è notevolmente ridotto rispetto al caso dello strato singolo.

Fig. 5 – Il modello di Dowell mostra le perdite di strutture con avvolgimenti

Il prossimo argomento della rubrica sarà il collegamento in parallelo di alimentatori con il metodo della riduzione di tensione.

Per ulteriori informazioni su questa e altre soluzioni per gli alimentatori, visitare: www.ti.com/power-ca

Per contattare Robert Kollman: powertips@list.ti.com

Bibliografia

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.

Robert Kollman, Texas Instruments

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