Lavorare a frequenze di commutazione più alte riduce i costi degli elementi passivi. Per incrementare ulteriormente la densità di potenza possiamo cercare di migliorare il filtro induttivo. Dopo aver verificato le caratteristiche di diversi materiali abbiamo scelto un nuovo core cut-out fabbricato con Vitroperm 500 F, un sottile laminato nanocristallino che produce bassi livelli di perdite, garantisce un buon funzionamento alle alte frequenze e opera con elevati valori di flusso di saturazione, il che significa che può essere più piccolo rispetto a un corrispondente core in ferrite (lato destro della Figura 2). Il core in Vitroperm permette di ottenere un filtro induttivo grande circa un quarto del nostro sistema di riferimento.
La Figura 2 rappresenta le dimensioni dell’induttore come funzione della frequenza di commutazione per diversi materiali sotto un livello massimo di ripple di corrente (40%). Si presume che il volume dell’induttore possa essere approssimato dal valore dell’induttanza, che a sua volta dipende dal picco della densità di flusso e dalla frequenza di switching. Dopo aver raggiunto un determinato punto critico con perdite specifiche definite a 100 mW/cm3, il picco di flusso deve essere ridotto per evitare il surriscaldamento, così che il funzionamento oltre tale punto non porti a una significativa riduzione delle dimensioni. Tra tutti i materiali analizzati, il Vitroperm 500F garantisce le migliori prestazioni alla frequenza selezionata.
Figura 2. Dimensioni dell’induttore per core di differenti materiali come funzione della frequenza, e dimensioni comparative dei core in Vitroperm e in ferrite.
La Figura 3 indica i livelli di efficienza misurati, incluse le perdite nel driver che avvengono con la soluzione a due stadi. Una distribuzione delle perdite, secondo i calcoli, viene presentata sotto le curve. Il sistema può raggiungere elevati carichi di corrente senza raggiungere livelli di saturazione o temperatura critici. La soluzione a due stadi ha abbassato le perdite nel driver fino a circa lo 0,02% della potenza di ingresso. Il livello inferiore delle perdite complessive ha permesso di ridurre le dimensioni del dissipatore, e la superiore frequenza di commutazione ha consentito di utilizzare filtri più piccoli. Tutti questi accorgimenti contribuiscono a ridurre il costo complessivo del sistema.
Figura 3. Efficienza a 48 kHz con perdite nel driver, e una fotografia del prototipo