Determination of the basic parameters of the high-frequency planar transformer

• Autorzy: Barlik R. , Grzejszczak P. , Zdanowski M.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2016.06.13

Warianty tytułu

PL

Wyznaczanie podstawowych parametrów modelu obwodowego wysokoczęstotliwościowego transformatora planarnego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The study is dedicated to the experimental and analytical determination of the parameters of the π-shape circuit models of high-frequency two-winding planar transformers used in various types of power electronic converters. For determining the winding capacitance, magnetizing and leakage inductances, waveforms of the voltage and current in the primary winding of a no-loaded and short-circuit transformer were used. The resistances of both windings for alternating current and the resistance corresponding to power losses in magnetic core were determined analytically based on Dowell’s and Steinmetz’s formulas, while considering the effect of temperature. The subject under consideration was a 5600 VA planar ferrite-core transformer designed for operating with a rectangular-wave primary voltage of 360 V and a frequency equal 100 kHz.

PL

Pracę poświęcono eksperymentalnemu i analitycznemu wyznaczaniu parametrów modeli obwodowych kształtu π wysokoczęstotliwościowych dwuuzwojeniowych transformatorów planarnych stosowanych w różnego rodzaju przekształtnikach energoelektronicznych. Do wyznaczania pojemności uzwojeń, indukcyjności magnesującej i indukcyjności rozproszenia wykorzystano oscylogramy napięcia i prądu uzwojenia pierwotnego transformatora pracującego bez obciążenia i w stanie zwarcia. Rezystancje obu uzwojeń dla prądu przemiennego oraz rezystancję odpowiadającą stratom mocy w rdzeniu wyznaczono analitycznie na podstawie wzorów Dowell’a i Steinmetz’a, uwzględniając przy tym wpływ temperatury. Przedmiotem rozważań był transformator z planarnym rdzeniem ferrytowym o mocy 5600 VA przeznaczony do pracy przy prostokątnym napięciu pierwotnym 360 V i częstotliwości 100 kHz.

Słowa kluczowe

EN

high-frequency planar transformer; transformer circuit model; transformer electrothermal model

PL

transformator wysokoczęstotliwościowy; model obwodowy transformatora; model elektrotermiczny transformatora

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 92, nr 6
• Strony: 71--78
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Barlik R.

• Politechnika Warszawska, Instytut Sterowania i Elektroniki Przemysłowej, ul. Koszykowa 75, 00-662 Warszawa

autor

Grzejszczak P.

• Politechnika Warszawska, Instytut Sterowania i Elektroniki Przemysłowej, ul. Koszykowa 75, 00-662 Warszawa

autor

Zdanowski M.

• Politechnika Warszawska, Instytut Sterowania i Elektroniki Przemysłowej, ul. Koszykowa 75, 00-662 Warszawa

Bibliografia

• [1] Billings K. H., Switch mode power supply handbook, Mc Graw-Hill Publishing, New York, 1989
• [2] Pittini R., Zhang Z., Ouyang, Andersen M. A. E, Thomsen O. C., Analysis of planar E+I and ER+I transformers for lowvoltage high-current DC/DC converters with focus on windings losses and leakage inductance, in Proc. IEEE 7th International Power Electronics and Motion Control Conference – ECCE Asia, Harbin, China, June 2-5, (2012), 488-493
• [3] Ouyang Z., Thomsen O. C., Andersen M. A. E., Optimal Design and Tradeoff Analysis of Planar Transformer in High – Power DC-DC Converters, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 59 (2012), n.7, 2800-2810
• [4] Blaabjerg F., Chen Z., Kjaer B. S., Power electronics as efficient interface in dispersed power generation systems, IEEE Transactions on Power Electronics, 19 (2004), n.5, 1184-1194
• [5] Barlik R., Nowak M., Grzejszczak P., ”Power transfer analysis in a single phase dual active bridge,” Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences, 61 (2013), n.4, 809-828
• [6] Yousefpoor N., Narwal A., Bhattacharya S., Control of DCfault-resilient voltage source converter-based HVDC transmission system under DC fault operating condition, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 62 (2015), n.6, 3683-3690
• [7] Ranstad P., Nee H.-P., On the distribution of AC and DC winding capacitances in high-frequency power transformers with rectifier loads, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 58 (2011), n.5, 1789-1798
• [8] Citko T., Energoelektronika. Układy wysokiej częstotliwości. Wydawnictwo Politechniki Białostockiej, Białystok, 2007
• [9] Jałbrzykowski S., Citko T., Bridge configuration of class-E converters, Archives of Electrical Engineering, 52 (2003), n.2, 221-237
• [10] Kaczmarczyk Z., Poprawa właściwości energetycznych falowników klasy E przez maksymalizację wykorzystania tranzystora, Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Elektryka, n. 200, Gliwice, 2007
• [11] Biela J., Kolar W. Using transformer parasitic for resonant converters – A review of the calculation of the stray capacitance of transformers, IEEE Transactions on Industry Applications, 44 (2008), n.1, 223–233
• [12] Górecki K., Zarębski J., Modeling nonisothermal characteristics of switch-mode voltage regulators, IEEE Trans. Power Electronics, 23 (2008), n.4, 1848-1858
• [13] Mućko J. Wybrane zastosowania technologiczne falowników rezonansowych, Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review), 85 (2009), n.9, 273-278
• [14] Łyskawiński W., Field approach to power loss analysis of pulse transformer, Archives of Electrical Engineering, 56 (2007), n.2, 103-114.
• [15] Łyskawiński W., Polowa analiza wpływu konfiguracji uzwojeń na straty mocy w transformatorze impulsowym, Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review), 86 (2010), n.4,201-204
• [16] Han Y., Eberle W., Liu Y-F., A practical cooper loss measurement method for the planar transformer in high frequency switching converters, IEEE Trans. Industrial Electronics, 54 (2007), n.4,2276-2287
• [17] Villar I., Viscarret U., Etxeberria-Otaudi I., Rufer A., Global loss evaluation methods for nonsinusoidally fed medium-frequency power transformers, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 56 (2009), n.10,4132-4140
• [18] Sippola M., Sepponen R. S., Accurate prediction of high – frequency power transformer losses and temperature rise, IEEE Trans. Power Electronics, 25 (2010), n.4, 850-862
• [19] Nowak M., Grzejszczak P., Zdanowski M., Barlik R., The thermovision method for windings power losses assessment of high frequency planar transformer, Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review), 88 (2012), n.11,60-63
• [20] Lu H. Y., Zhu J. G., Ramsden V. S., Hui S. Y. R., Measurement and modeling of stray capacitances in high frequency transformers, in Proc. 30-th Annu. IEEE Power Electron. Spec. Conf. (PESC’99), Charleston, SC, June 27 – July 1 1999, 763-769
• [21] Lu H. Y., Zhu J. G., Hui S. Y. R., Experimental determination of stray capacitances in high frequency transformers, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 18 (2003), n.5, 1105-1112
• [22] Dalessandro L., Cavalcante F. S., Kolar J. W., Selfcapacitance of high-voltage transformers, IEEE Trans. Power Electronics, 22 (2007), n.5, 2081-2092,
• [23] Van den Bossche A., Valcher V. C., Inductors and transformers in power electronics, Taylor & Francis Group, Boca Raton, LLC, 2005
• [24] Dowell P. L., Effects of eddy currents in transformer windings, IEE (UK), 113 (1966), n.8, 1387-1394

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.