Veel elektronici worden vroeg of laat voor de opgave gesteld een geschakelde voeding te ontwikkelen. Tegenwoordig is dat geen groot probleem meer, want voor bijna alle toepassingen zijn er geschikte IC’s met online ontwerp-hulpmiddelen en simulatoren van de chipfabrikant. Maar als het gaat om inductieve componenten, die we gezien hun complexiteit bijna met ontzag bekijken, is er veel minder te vinden. Maar nu is een nieuw tool online: REDEXPERT van Würth Elektronik eiSos, de specialist in inductieve componenten.
 
Vermogensverliezen treden bij schakelende voedingen vooral op in de vermogenshalfgeleiders en de inductieve componenten. Verliezen in inductieve componenten ontstaan in de kern en in de wikkelingen. Het exact bepalen van deze verliezen wordt voor het ontwikkelen van betrouwbare systemen met hoog rendement steeds belangrijker. Voor de inschatting van de kernverliezen bij schakelende voedingen kunnen complexe meetopstellingen nodig zijn, maar toch kunnen we niet garanderen dat deze schattingen relevant zijn voor een specifieke toepassing.

Kernverliezen werden vroeger berekend met de Steinmetzvergelijking en de verschillende uitbreidingen daarop. Maar deze vergelijkingen zijn alleen betrouwbaar onder bepaalde voorwaarden en voor bepaalde materialen. Daarom is door Würth Elektronik eiSos een nieuw model ontwikkeld naar de huidige stand van de techniek, waarmee kernverliezen effectief en nauwkeurig zijn te bepalen. Dit model is geïmplementeerd in het nieuwe tool REDEXPERT.

 
Voorbeeld met een buck-converter

In de Elektor van september 2017 is nu een Artikel van Ranjith Bramanpalli verschenen met een inleiding in het gebruik van REDEXPERT. Het bovenstaande screenshot hoort bijvoorbeeld bij een down-converter. Als ingangsspanning is 8...12 V aangenomen en als uitgangsspanning 5 V. Verdere parameters zijn: schakelfrequentie = 800 kHz, rimpelstroom = 40 % en uitgangsstroom = 1 A. Voor deze waarden berekent REDEXPERT een optimale zelfinductie Lopt van 9,6 μH, een inschakelduur van 550 ns en een duty-cycle van 0,44. Voor dit voorbeeld worden meer dan 200 producten gepresenteerd om uit te kiezen. Als we een heel kleine en verliesarme opslagspoel willen, dan is een exemplaar uit de WE-MAPI-serie aan te raden.

Het model van Würth Elektronik is ruimschoots empirisch gevalideerd en vergeleken met bestaande modellen en gemeten data. Wisselstroomverliezen voor verschillende materialen zoals WE-Superflux, ijzerpoeder, NiZn, MnZn enz. zijn over grote duty-cycle- en frequentiegebieden gemeten en vergeleken met theoretische modellen.