Outils d'ingénierie pour la conception de fils de litz

Les caractéristiques électriques et mécaniques doivent être parfaitement accordées pour minimiser les pertes et maximiser la durée de vie. Des calculs précis sont le fondement de toute ingénierie réussie.

La sélection du fil de litz approprié dépend principalement des exigences du composant ou de l'électronique de puissance prévue. Les facteurs clés incluent la section du conducteur, la construction spécifique (nombre et diamètre des brins), le matériau conducteur et le type d'isolation. La capacité de charge de courant, le rayon de courbure, la plage de température ainsi que les effets de peau et de proximité jouent également un rôle crucial.

Le LiWiCalc® est un calculateur haute fréquence développé par l'Institut Fraunhofer IISB. En collaboration avec Fraunhofer, PACK LitzWire a créé un environnement spécifique pour calculer en temps réel les pertes de puissance et les densités de courant des fils de litz HF PACK.

La conception de composants passifs pour l'électronique de puissance exige d'équilibrer une multitude de paramètres. Les ingénieurs doivent harmoniser les exigences électriques, mécaniques et thermiques pour garantir un fonctionnement optimal. La sélection du fil de litz HF approprié est une tâche complexe, car de nombreux facteurs influencent les performances du conducteur. Il existe des compromis inhérents entre différentes configurations de fils de litz et leur impact sur les performances.

Le configurateur permet aux utilisateurs de saisir deux des trois paramètres clés suivants : diamètre du fil individuel, nombre de brins ou section de cuivre souhaitée ; le système calcule alors la troisième valeur. De plus, le type d'isolation extérieure est toujours une saisie obligatoire.

Les ingénieurs débutent généralement leur étude par les spécifications électriques du convertisseur de puissance (tensions, courants, fréquence de commutation, rendement cible). La conception du bobinage comprend la détermination du nombre de spires et du type de fil. Pour les applications haute fréquence, la sélection du fil de litz devient primordiale. Les ingénieurs doivent tenir compte de contraintes telles que l'espace de bobinage disponible, la gestion thermique et les coûts. L'utilisation du RuPaFox® et du LiWiCalc® offre un support essentiel dans ce processus intégré de conception d'inductances et de transformateurs.

Nous utilisons les unités métriques standards : millimètre (mm) pour le diamètre, millimètre carré (mm²) pour la section et ampère (A) pour l'intensité du courant.

Cette valeur indique combien de mètres d'un fil de litz pèsent un kilogramme. Elle est calculée à partir de la section et de la densité du matériau – une donnée essentielle pour les calculs techniques et la logistique.

Section = nombre de brins × (π × (diamètre du brin/2)²). 

Le résultat détermine la capacité de charge de courant et la résistance totale.

La longueur de pas est la distance nécessaire à un conducteur pour s'enrouler une fois complètement (360°) autour de la circonférence du fil de litz. Elle est généralement spécifiée en mm ou en cm.

En plus de nos calculateurs HF phares, nous proposons des calculateurs de diamètre, de section, de longueur de pas et de ratio longueur/poids – utilisables directement en ligne ou sous forme de tableaux techniques PDF.

En règle générale, des longueurs de pas plus longues augmentent la flexibilité, tandis que des pas plus courts la réduisent.

Pour le calcul du diamètre extérieur, veuillez utiliser le configurateur RuPaFox®. Pour chaque calcul, il affiche les résultats suivants :

• Diamètre total : Le diamètre extérieur calculé du fil de litz, avec et sans isolation.
• Section conductrice (cuivre) : La surface de cuivre totale de tous les brins, convertible en AWG.
• Résistance CC (min) : La résistance minimale en courant continu à 20°C, basée sur la résistance minimale du brin.
• Résistance CC (nom) : La résistance nominale à 20°C, propriété fondamentale pour l'évaluation des pertes ohmiques.
• Résistance CC (max) : La résistance maximale à 20°C, incluant une marge pour les ruptures potentielles de brins pour les configurations de plus de 25 fils.
• Mètres/kg : La longueur totale de fil par kilogramme de produit fini, essentielle pour les estimations de poids et de matériaux.
• Nombre de brins : Le nombre total de fils individuels, affiché lorsqu'il est dérivé d'une section ou d'un diamètre cible.

Veuillez utiliser notre configurateur RuPaFox® à cet effet.

Oui. Notre recueil comprend des tableaux de référence pour les sections, résistances et poids types. De plus, nos outils en ligne permettent des calculs interactifs.

Les calculs conventionnels sont indispensables pour approximer les pertes électriques, les effets de peau et de proximité, l'élévation de température ou la capacité de charge. Ils constituent une base essentielle pour la présélection des sections et des concepts de toronnage.

Cependant, leurs limites résident dans le fait qu'ils reposent sur des hypothèses idéalisées. En pratique, de nombreux facteurs influencent le comportement réel d'un fil de litz et ne peuvent pas toujours être calculés avec une précision absolue. En font partie :

• La géométrie de toronnage concrète et ses tolérances de fabrication.
• L'interaction entre le fil de litz, l'isolation et l'application spécifique.
• Les influences mécaniques lors de la transformation (pliage, bobinage, pressage).
• Les conditions thermiques en fonctionnement réel.
• Les interactions avec les conducteurs adjacents, les noyaux ou les blindages.

Particulièrement aux fréquences et puissances élevées, ces effets peuvent amener les valeurs calculées à s'écarter des performances réelles. C'est pourquoi, outre la conception théorique, l'expérience dans la fabrication est cruciale. Nous considérons les calculs comme une partie d'un processus de conception global, alliant savoir-faire théorique et décennies d'expertise pratique.

Non. Les calculs actuels sont basés sur les paramètres de matériaux spécifiques du cuivre.

Toute modification de paramètre (fréquence, température, structure) doit entraîner un nouveau calcul, car de petits changements peuvent avoir des impacts majeurs sur les pertes et les performances thermiques.