What?! There is a capacitor in my transformer?

Get a quick tutorial from James Tabbi, our Deputy Vice President of Exxelia's Magnetics Business Units, explaining what's interwinding capacitance


Exxelia recently designed an auxiliary transformer for a spacecraft application, where interwinding capacitance was of concern to the customer.  The controller chip they were using in their power supply was noted to be “rather sensitive to excess capacitance.”

Exxelia has also supplied thousands of driver transformers for use in a subsystem of the AN/TPQ-53 Radar System in which interwinding capacitance within the toroidal windings is held to a very demanding tolerance.

But what is interwinding capacitance? 

Capacitance in a transformer winding cannot be avoided. The voltage difference between turns, between winding layers and from windings to the core, creates “parasitic” capacitances in the transformer circuit.  These capacitances are shown as Cp, Cs, and Cw in this schematic diagram of an electronic transformer “equivalent circuit.”

Interwinding and distributed capacitance occur in transformers due to the physical separation of, and electrostatic coupling between, different turns of wire. In general, the capacitance presents itself between the different layers within a winding and between the outside layer of one winding and the inside layer of the next.  

In conventional magnetics, interwinding capacitance is a function of coil configuration – the geometry of adjacent conductors and separating dielectric media. Specifically, it is directly proportional to the shared surface area of the windings (shown in green and red below), the dielectric constant of the insulator between the windings (shown in gray below), and is inversely proportional to the separation distance through the dielectric media.

           

In high-frequency transformer design, leakage inductance and capacitance are often competing design requirements since the beneficial parameters that provide low leakage inductance also tend to increase the interwinding capacitance.

Excessive capacitance can cause undesirable common-mode noise transmission between transformer windings or between transformer windings and core or another ground connection.

Exxelia can assist with these design challenges when creating products that have to deal with interwinding capacitance, for all types of magnetic components.  

Important coil configuration design considerations must be made when capacitive coupling causes unacceptable signal transmission (for example, common-mode noise transmission or undesirable spurious ringing on a high voltage output).  Windings may be configured in a way that reduces the dV/dt voltages induced across dielectric media. Conductive screen(s) tied to preferred potential(s) can also be added between adjacent windings to reduce transmission.

If you’d like to learn more about interwinding capacitance or would like to discuss your specific magnetics needs, contact us sales.usa@exxelia.com 

Publié le 04 Sep 2020 par Rebecca Charles

I.A et Exxelia

Oui, vous lisez bien, chez Exxelia nous exploitons l’IA : l’intelligence artificielle.   L’histoire commence par une rencontre, sur le site de Marmoutier au sein de l’atelier Films en avril dernier. Automi, jeune start-up française, vient en visite pour explorer les possibilités d’application de contrôles visuels supportés par une IA. L’application est identifiée rapidement, le contrôle par Rayon X des pièces en vue de détecter les éclats de métal. L’équipe projet est constituée par Mireille et Florian qui, accompagnés de Galem et Leopold d’Automi, ont à charge de tester la technologie et de l’adapter au sein de l’atelier.    Plusieurs objectifs sont fixés : supprimer les aller-retours “d’identification des éclats” - “retouches” en vue de fabriquer les bonnes pièces du premier coup ; robustifier le temps de passage, fiabilisant ainsi l’OTD ; faciliter le travail des opérateurs et opératrices en leur donnant accès à des images mettant en lumière les défauts constatés.   Tout d’abord, il faut entraîner l’IA à détecter les défauts. La force d’Automi, peu d'images sont nécessaires pour entraîner l’IA, c’est donc très rapidement que les équipes d’Exxelia et d’Automi se mettent en marche en suivant le processus d'entraînement / validation / déploiement prévu.  Dès le mois de mai, les premiers essais sont conduits sur le terrain. Les images sont là et la détection s’opère. L’IA apprend au quotidien par les corrections effectuées par l’équipe projet en cas d’erreur.    Il reste maintenant plusieurs étapes à effectuer, pour rendre l’outil exploitable et disponible au plus près des postes de travail, notamment par la mise à disposition sur des tablettes des images et des détections. La technologie est mûre, le vrai défi pour l’équipe projet est maintenant d’inscrire cette technologie dans le quotidien, de manière accessible et simple d’utilisation. L’industrie 4.0 a pour vertu de supporter le quotidien des opérateurs et opératrices, ainsi que de l’ensemble des métiers où le numérique apporte un plus. Ce projet d’IA s’inscrit dans cette droite ligne, supportant à la fois les tâches de production et la qualité de nos produits.    Auteur : Alexandre MOEUF - Industry 4.0 Project Manager