Åtte vanlige designfeil for høyfrekvente magnetiske komponenter i bytte av strømforsyning
1) Fylle vinduet med magnetisk kjerneoptimalisert design
Mange strømforsyningsdesignere tror at i utformingen av høyfrekvente magnetiske komponenter, kan det beste designet oppnås ved å fylle kjernevinduet, men det er det ikke. I utformingen av mange høyfrekvente transformatorer og induktorer kan vi finne at å legge til ett eller flere lag med viklinger, eller bruke emaljerte ledninger med større ledningsdiameter, ikke bare ikke kan få den optimale effekten, men vil øke det totale viklingstapet på grunn av nærhetseffekten ved vikling.
Derfor, i utformingen av høyfrekvente magnetiske komponenter, spiller det ingen rolle selv om viklingen ikke helt omslutter jernkjernevinduet, men bare omslutter 25 % av vindusarealet. Du trenger ikke å prøve å fylle hele vindusområdet.
Denne misforståelsen er hovedsakelig påvirket av utformingen av magnetiske komponenter med strømfrekvens. I utformingen av kraftfrekvenstransformatoren vektlegges integriteten til kjernen og viklingen, så det er ikke noe gap mellom kjerne og vikling, og viklingen er generelt designet for å fylle hele vinduet, og dermed sikre dets mekaniske stabilitet. Utformingen av høyfrekvente magnetiske komponenter har imidlertid ikke dette kravet.
2) "jerntap=kobbertap"-optimalisert transformatordesign
Mange kraftdesignere, selv i mange oppslagsverk for magnetisk komponentdesign, lister opp «jerntap=kobbertap» som et av kriteriene for optimal utforming av høyfrekvente transformatorer, men det er det ikke. I utformingen av høyfrekvent transformator kan forskjellen mellom jerntap og kobbertap være stor, og noen ganger kan forskjellen til og med nå en størrelsesorden, men dette betyr ikke at høyfrekvenstransformatoren ikke er godt utformet.
Denne misforståelsen er også påvirket av utformingen av kraftfrekvenstransformatoren. Strømfrekvenstransformatorer opptar ofte et stort område på grunn av det store antallet viklinger, så fra perspektivet til termisk stabilitet og termisk enhetlighet, oppnås den empiriske designregelen "jerntap=kobbertap".
Men for høyfrekvente transformatorer holder ikke denne tommelfingerregelen. I utformingen av høyfrekvent transformator for svitsjing av strømforsyning er det mange faktorer for å bestemme den optimale designen, og "jerntap=kobbertap" er faktisk det minst bekymrede aspektet.
3) Magnetisert induktans med lekkasjeinduktans=1 %
Etter å ha designet de magnetiske komponentene, forklarer mange strømforsyningsdesignere ofte lekkasjeinduktanskravene når de sender de relevante tekniske kravene til transformatorprodusentene. Mange tekniske ark er merket med lignende tekniske krav som "magnetiseringsinduktans med lekkasjeinduktans=1%" eller "magnetiseringsinduktans med lekkasjeinduktans < 2 %". Faktisk er denne typen skrive- eller designstandard veldig uprofesjonell.
Strømforsyningsdesigneren bør sette en numerisk grense på den akseptable lekkasjeinduktansen i henhold til de normale arbeidskravene til kretsen. I prosessen med å lage transformator, bør lekkasjeinduktansen reduseres så mye som mulig uten å forringe andre parametere for transformatoren (som turn-to-turn kapasitans), i stedet for å gi det proporsjonale forholdet mellom lekkasjeinduktans og magnetiseringsinduktans som et teknisk krav .
Fordi forholdet mellom lekkasjeinduktans og magnetiseringsinduktans varierer sterkt med tilstedeværelsen eller fraværet av luftgap i transformatoren. Når det ikke er noe luftgap, kan lekkasjeinduktansen være mindre enn 0,1 % av magnetiseringsinduktansen, mens når det er et luftgap, selv om transformatorviklingene er tett koblet, er det proporsjonale forholdet mellom lekkasjen induktans og magnetiseringsinduktansen kan nå 10%.
Derfor bør det proporsjonale forholdet mellom lekkasjeinduktans og magnetiseringsinduktans ikke gis til produsenten av magnetiske komponenter som designindeksen til transformatoren. Ellers vil det vise at du ikke forstår lekkasjekunnskapen eller virkelig bryr deg om den faktiske lekkasjeverdien. Den riktige måten er å spesifisere den absolutte verdien av akseptabel lekkasjeinduktans. Selvfølgelig kan en viss andel legges til eller trekkes fra, og den typiske verdien av denne andelen er 20%.
4) Lekkasjeinduktans er relatert til magnetisk kjernepermeabilitet.
Noen strømforsyningsdesignere mener at å legge til en magnetisk kjerne til viklingene vil gjøre viklingene tettere koblet og redusere lekkasjeinduktansen mellom viklingene; Noen strømforsyningsdesignere tror at den magnetiske kjernen vil kobles sammen med feltet mellom viklingene etter å ha lagt den magnetiske kjernen til viklingene, noe som kan øke lekkasjeinduktansen.
Faktisk, i utformingen av byttestrømforsyning, har lekkasjeinduktansen til to koaksiale viklingstransformatorer ingenting å gjøre med eksistensen av magnetiske kjerner. Dette resultatet kan være uforståelig, fordi et materiale med en relativ permeabilitet på flere tusen har liten effekt på lekkasjeinduktansen når det er nær spolen.
De målte resultatene fra hundrevis av transformatorer viser at endringen i lekkasjeinduktansen i utgangspunktet ikke er mer enn 10 % med eller uten magnetisk kjerne, og mange endringer er bare ca. 2 %.
5) Den optimale verdien av strømtettheten til transformatorviklingen er 2A/mm ~ 3,1A/mm.
Mange strømforsyningsdesignere anser ofte strømtettheten i viklingen som standarden for optimal design når de designer høyfrekvente magnetiske komponenter.
Faktisk har den optimale utformingen ingenting å gjøre med viklingsstrømtettheten. Det som virkelig betyr noe er hvor mye tap det er i viklingen og om varmeavledningstiltakene er nok til å sikre temperaturstigningen innenfor det tillatte området.
Vi kan forestille oss to ekstreme tilfeller av varmespredningstiltak ved bytte av strømforsyning. Når væskenedsenking og vakuum brukes til henholdsvis varmeavledning, vil den tilsvarende strømtettheten i viklingen være ganske forskjellig.
I selve utviklingen av byttestrømforsyning bryr vi oss ikke om strømtettheten, men bare hvor varm ledningspakken er. Er temperaturstigningen akseptabel?
Dette feilaktige konseptet er at designere forenkler antall variabler og dermed forenkler beregningsprosessen for å unngå kjedelig gjentatt prøving og feiling, men denne forenklingen forklarer ikke applikasjonsbetingelsene.
6), primært viklingstap=sekundært viklingstap "-optimalisert transformatordesign.
Mange strømforsyningsdesignere mener at den optimaliserte transformatordesignen tilsvarer at det primære viklingstapet til transformatoren er likt det sekundære viklingstapet. Selv i mange designbøker av magnetiske komponenter regnes dette som en standard for optimal design. Dette er faktisk ikke en standard for optimal design.
I noen tilfeller kan jerntapet og kobbertapet til transformatoren være lik. Men det spiller ingen rolle om det er stor forskjell mellom primærviklingstapet og sekundærviklingstapet.
Det må igjen understrekes at det vi er bekymret for i utformingen av høyfrekvente magnetiske komponenter er hvor varm viklingen er under varmespredningsmodusen som brukes. Primært viklingstap=sekundært viklingstap er bare en empirisk regel i utformingen av en kraftfrekvenstransformator.
7) Hvis viklingsdiameteren er mindre enn penetrasjonsdybden, vil høyfrekvent tapet være svært lite.
Bare fordi viklingsdiameteren er mindre enn penetrasjonsdybden betyr ikke det at det ikke er noe stort høyfrekvent tap. Hvis det er mange lag i transformatorviklingen, selv om ledningsdiameteren er mye tynnere enn inntrengningsdybden, kan det forårsake store høyfrekvente tap på grunn av sterk nærhetseffekt.
Derfor, når vi vurderer viklingstapet, bør vi ikke bare bedømme tapet fra tykkelsen på emaljert ledning, men også vurdere arrangementet av hele viklingsstrukturen, inkludert viklingsmodus, viklingslag og viklingstykkelse.
8) Åpenkretsresonansfrekvensen til transformatoren i foroverkretsen må være mye høyere enn koblingsfrekvensen.
Mange strømforsyningsdesignere tror at åpen kretsresonansfrekvensen til transformatoren må være mye høyere enn koblingsfrekvensen til omformeren når transformatoren designes og testes. Faktisk har den åpne kretsresonansfrekvensen til transformatoren ingenting å gjøre med byttefrekvensen.
Vi kan forestille oss grensetilfellet: for en ideell magnetisk kjerne er dens induktans uendelig, men det vil også være en relativt liten turn-to-turn-kapasitans, og dens resonansfrekvens er omtrent null, som er mye mindre enn svitsjefrekvensen.
Det som egentlig er relatert til kretsen er kortslutningsresonansfrekvensen til transformatoren. Generelt bør kortslutningsresonansfrekvensen til transformatoren være mer enn to størrelsesordener for byttefrekvens.
