Vuit errors comuns de disseny dels components magnètics d'alta freqüència en la font d'alimentació de commutació
1) Omplir la finestra del disseny optimitzat per al nucli magnètic
Molts dissenyadors de fonts d'alimentació pensen que en el disseny de components magnètics d'alta freqüència, el millor disseny es pot obtenir omplint la finestra principal, però no és així. En el disseny de molts transformadors i inductors d'alta freqüència, podem trobar que afegir una o més capes de bobinats o utilitzar cables esmaltats amb diàmetres de cable més grans no només no es pot obtenir l'efecte òptim, sinó que augmentarà la pèrdua total del bobinat. a causa de l'efecte de proximitat en el bobinat.
Per tant, en el disseny de components magnètics d'alta freqüència, no importa fins i tot si el bobinatge no embolcalla completament la finestra del nucli de ferro, sinó que només embolcalla el 25% de l'àrea de la finestra. No cal que intenteu omplir tota l'àrea de la finestra.
Aquesta concepció errònia està influenciada principalment pel disseny dels components magnètics de freqüència de potència. En el disseny del transformador de freqüència de potència, es posa èmfasi en la integritat del nucli i del bobinatge, de manera que no hi ha espai entre el nucli i el bobinatge, i el bobinatge generalment està dissenyat per omplir tota la finestra, garantint així la seva estabilitat mecànica. Tanmateix, el disseny de components magnètics d'alta freqüència no té aquest requisit.
2) "pèrdua de ferro=pèrdua de coure": disseny de transformador optimitzat
Molts dissenyadors d'energia, fins i tot en molts llibres de referència per al disseny de components magnètics, indiquen la "pèrdua de ferro=pèrdua de coure" com un dels criteris per al disseny òptim dels transformadors d'alta freqüència, però no ho és. En el disseny del transformador d'alta freqüència, la diferència entre la pèrdua de ferro i la pèrdua de coure pot ser gran i, de vegades, la diferència pot arribar fins i tot a un ordre de magnitud, però això no vol dir que el transformador d'alta freqüència no estigui ben dissenyat.
Aquesta concepció errònia també està influenciada pel disseny del transformador de freqüència de potència. Els transformadors de freqüència de potència sovint ocupen una gran àrea a causa del gran nombre de bobinatges, de manera que des de la perspectiva de l'estabilitat tèrmica i la uniformitat tèrmica, s'obté la regla de disseny empíric de "pèrdua de ferro=pèrdua de coure".
Tanmateix, per als transformadors d'alta freqüència, aquesta regla general no s'aplica. En el disseny del transformador d'alta freqüència d'alimentació de commutació, hi ha molts factors per determinar el disseny òptim, i la "pèrdua de ferro=pèrdua de coure" és en realitat l'aspecte menys preocupat.
3) Inductància magnetitzada amb inductància de fuga=1%
Després de dissenyar els components magnètics, molts dissenyadors de fonts d'alimentació sovint expliquen els requisits d'inductància de fuites quan presenten els requisits tècnics rellevants als fabricants de transformadors. Moltes fitxes tècniques estan marcades amb requisits tècnics similars, com ara "inductància magnetitzant amb inductància de fuga=1%" o "inductància magnetitzadora amb inductància de fuga < 2%". De fet, aquest tipus d'escriptura o estàndard de disseny és molt poc professional.
El dissenyador de la font d'alimentació ha d'establir un límit numèric a la inductància de fuites acceptable segons els requisits de funcionament normals del circuit. En el procés de fabricació d'un transformador, la inductància de fuga s'ha de reduir tant com sigui possible sense deteriorar altres paràmetres del transformador (com ara la capacitat de volta a volta), en lloc de donar la relació proporcional entre la inductància de fuga i la inductància de magnetització com a requisit tècnic. .
Com que la relació entre la inductància de fuites i la inductància de magnetització varia molt amb la presència o absència de buit d'aire al transformador. Quan no hi ha buit d'aire, la inductància de fuga pot ser inferior al 0,1% de la inductància de magnetització, mentre que quan hi ha un espai d'aire, fins i tot si els bobinats del transformador estan estretament acoblats, la relació proporcional entre la fuga la inductància i la inductància de magnetització poden arribar al 10%.
Per tant, la relació proporcional entre la inductància de fuga i la inductància de magnetització no s'ha de proporcionar al fabricant de components magnètics com a índex de disseny del transformador. En cas contrari, mostrarà que no enteneu el coneixement de les fuites o que realment us importa el valor real de les fuites. La manera correcta és especificar el valor absolut de la inductància de fuga acceptable. Per descomptat, es pot sumar o restar una determinada proporció, i el valor típic d'aquesta proporció és del 20%.
4) La inductància de fuga està relacionada amb la permeabilitat del nucli magnètic.
Alguns dissenyadors de fonts d'alimentació creuen que afegir un nucli magnètic als bobinats farà que els bobinatges estiguin més estretament acoblats i reduirà la inductància de fuites entre bobinatges; Alguns dissenyadors de fonts d'alimentació pensen que el nucli magnètic s'acoblarà amb el camp entre bobinatges després d'afegir el nucli magnètic als bobinatges, cosa que pot augmentar la inductància de fuites.
De fet, en el disseny de la font d'alimentació de commutació, la inductància de fuga de dos transformadors de bobinats coaxials no té res a veure amb l'existència de nuclis magnètics. Aquest resultat pot ser incomprensible, perquè un material amb una permeabilitat relativa de diversos milers té poc efecte sobre la inductància de fuita quan està a prop de la bobina.
Els resultats mesurats de centenars de transformadors mostren que el canvi de la inductància de fuites no és bàsicament superior al 10% amb o sense nucli magnètic, i molts canvis són només al voltant del 2%.
5) El valor òptim de la densitat de corrent del bobinat del transformador és de 2 A/mm ~ 3,1 A/mm.
Molts dissenyadors de fonts d'alimentació sovint consideren la densitat de corrent al bobinatge com l'estàndard de disseny òptim quan es dissenyen components magnètics d'alta freqüència.
De fet, el disseny òptim no té res a veure amb la densitat de corrent del bobinat. El que realment importa és la quantitat de pèrdua que hi ha al bobinatge i si les mesures de dissipació de calor són suficients per garantir l'augment de la temperatura dins del rang admissible.
Podem imaginar dos casos extrems de mesures de dissipació de calor en la commutació d'alimentació. Quan s'utilitzen la immersió líquida i el buit per a la dissipació de calor respectivament, la densitat de corrent corresponent al bobinat serà força diferent.
En el desenvolupament real de la font d'alimentació de commutació, no ens importa la densitat actual, sinó només la calor que està el paquet de cables. És acceptable l'augment de temperatura?
Aquest concepte erroni és que els dissenyadors simplifiquen el nombre de variables i, per tant, simplifiquen el procés de càlcul per tal d'evitar tediosos assaigs i errors repetits, però aquesta simplificació no explica les condicions d'aplicació.
6), pèrdua de bobinat primari=pèrdua de bobinat secundari "-disseny de transformador optimitzat.
Molts dissenyadors de fonts d'alimentació creuen que el disseny optimitzat del transformador correspon al fet que la pèrdua del bobinat primari del transformador és igual a la pèrdua del bobinatge secundari. Fins i tot en molts llibres de disseny de components magnètics, això es considera un estàndard per a un disseny òptim. De fet, aquest no és un estàndard per a un disseny òptim.
En alguns casos, la pèrdua de ferro i la pèrdua de coure del transformador poden ser similars. Però no importa gaire si hi ha una gran diferència entre la pèrdua de bobinatge primari i la pèrdua de bobinatge secundari.
Cal subratllar de nou que el que ens preocupa en el disseny de components magnètics d'alta freqüència és la calor que està el bobinatge sota el mode de dissipació de calor utilitzat. Pèrdua de bobinat primari=La pèrdua de bobinat secundari és només una regla empírica en el disseny del transformador de freqüència de potència.
7) Si el diàmetre de la bobina és inferior a la profunditat de penetració, la pèrdua d'alta freqüència serà molt petita.
Que el diàmetre del bobinatge sigui inferior a la profunditat de penetració no vol dir que no hi hagi una gran pèrdua d'alta freqüència. Si hi ha moltes capes al bobinatge del transformador, fins i tot si el diàmetre del cable és molt més prim que la profunditat de penetració, pot causar una gran pèrdua d'alta freqüència a causa del fort efecte de proximitat.
Per tant, quan considerem la pèrdua de bobinatge, no només hem de jutjar la pèrdua pel gruix del filferro esmaltat, sinó que també hem de tenir en compte de manera exhaustiva la disposició de tota l'estructura de bobinatge, inclòs el mode de bobinatge, les capes de bobinatge i el gruix de l'enrotllament.
8) La freqüència de ressonància en circuit obert del transformador al circuit directe ha de ser molt superior a la freqüència de commutació.
Molts dissenyadors de fonts d'alimentació pensen que la freqüència de ressonància de circuit obert del transformador ha de ser molt superior a la freqüència de commutació del convertidor quan es dissenya i es prova el transformador. De fet, la freqüència de ressonància en circuit obert del transformador no té res a veure amb la freqüència de commutació.
Podem imaginar el cas límit: per a un nucli magnètic ideal, la seva inductància és infinita, però també hi haurà una capacitat de volta a volta relativament petita i la seva freqüència de ressonància és aproximadament zero, que és molt més petita que la freqüència de commutació.
El que realment està relacionat amb el circuit és la freqüència de ressonància del curtcircuit del transformador. En general, la freqüència de ressonància del curtcircuit del transformador hauria de ser superior a dos ordres de magnitud de freqüència de commutació.
