Transformateurs Haute Fréquence Multi-Enroulements

MdC 2009, Faculté Polytechnique de Mons
Transformateurs Haute Fréquence Multi Enroulements
Schémas à Constantes Localisées et Procédures d’Identification
Z. De Grève1,2, O. Deblecker1, J. Lobry1
de Génie Électrique – Faculté Polytechnique de Mons, Bd Dolez,
Dolez, 31 BB-7000 Mons
2Fonds National de la Recherche Scientifique F.R.S/FNRS – Rue d’Egmont 5, BB-1000 Bruxelles
[email protected]
1Service
(Buck + PushPush-Pull)
Contexte
Enjeux
Montée en fréquence (qqs
(qqs 100 kHz)
kHz) : réduction
des volumes
Conversion DC/DC : alimentations à découpage
Semi
Semi--conducteurs = interrupteurs
U = ω Φ = ω BS → ω ր, S ց à B et U donnés
fonctionnement à haut rendement (≅
(≅90%)
Noyaux en ferrite (pertes par courants induits)
Régulation de la tension de sortie (MLI)
Sollicitation non sinusoïdale du noyau
(harmoniques de découpage !)
Isolation galvanique : transformateurs haute
fréquence multi enroulements
Interêt : modélisation des composants
magnétiques
Transistors MOSFET TFO multi enroulements
Large plage de variation de température (-40 à
+80°C)
Objectifs : développer des modèles à constantes localisées (RLC
RLC)) de transformateurs en ferrite multi enroulements :
de paramètres aisément identifiables (méthode
(méthode des éléments finis,
finis, mesures)
de paramètres variables avec la fréquence
de paramètres variables avec la température
Topologies
Identification des paramètres
Hypothèses
Formulation
intégrale des
équations de
Maxwell
Bsat : 0, 5T et 50mT ≤ Bin ≤ 450mT en pratique
Séparation de la partie électrostatique :
1
ZC =
:
jωC
Z C ց quand ω ր
Schémas orthogonaux
[ L ] = [η ]
L 12
L1 3
L
L 22
L23
L
L 23
L 33
L
M
M
O
(Cholewski)
  1 η
12
 
1
 =  0
 
0
  0
  M M
η 13
η 23
1
M
L
L
L
O
  L '1

 0
 0

  M
[η ]
0
0
L
L '1
0
L
0
L '1
L
M
M
O
 1

  η 12
 η
  13
  M
0
1
0
0
L
L
η 23
1
L
M
M O






Valeurs propres > 0 !
+ Aucun couplage
oublié
+ Récursivité
+ Paramètres > 0
≠ rapport
nbre spires
Physique !
+ Implantation
SPICE aisée
R : passer aux impédances
C : idem L (nbre paramètres augmente ! )
Méthode aux énergies :
R’3
Elément
Solution
[Kéradec], D 3 058,
058, 2008
[L ' ]
T
Approximation
de l’inconnue
sur des
éléments
Résolution d’un système
(linéaire ou non)
L : orthogonalisation de la matrice inductance
 L 11

 L 12
 L
13

 M
TFO 3 enroulements, noyau E4242-3F3
Méthode des éléments finis
Linéarité du noyau ferrimagnétique :
Exemple: magnétomagnéto-harmonique 2D
( )
( )
( )

Calculables par éléments
L ' = f Lij
finis :


Méthodes
aux
 R' = f Rij
énergies/puissances

 C ' = f Cij Méthodes aux flux/charges

Formulations rencontrées :
Electrostatique (2D-3D) : calcul des C
Magnétoharmonique (2D-3D) : calcul des
R et L
Epaisseur δ =
de peau
1
ωµσ
 R' = R ' ( f )

 L ' = L ' ( f )
Maillages incompatibles à fréquence élevée !
homogénéisation des conducteurs
Couplage magnétomagnéto-thermique : variation
en température des paramètres
L’3
Limitations
Fréquences > 2 MHz
Vers des circuits à constantes réparties
Non linéarité des ferrites (température) ?
Pour l’instant : inclusion des pertes fer a posteriori
via une résistance de magnétisation parallèle Rm
Vers une modélisation fine de l’hystérésis
Modèles RLC