Åtta vanliga designmisstag av högfrekventa magnetiska komponenter vid byte av strömförsörjning
1) Fylla fönstret med magnetisk kärna-optimerad design
Många strömförsörjningsdesigners tror att i designen av högfrekventa magnetiska komponenter kan den bästa designen erhållas genom att fylla kärnfönstret, men det är det inte. Vid utformningen av många högfrekvenstransformatorer och induktorer kan vi finna att lägga till ett eller flera lager av lindningar, eller använda emaljerade ledningar med större tråddiametrar, inte bara inte kan få den optimala effekten, utan kommer att öka den totala lindningsförlusten på grund av närhetseffekten vid lindning.
Därför spelar det ingen roll vid utformningen av högfrekventa magnetiska komponenter även om lindningen inte helt omsluter järnkärnfönstret, utan bara omsluter 25 % av fönsterytan. Du behöver inte försöka fylla hela fönsterytan.
Denna missuppfattning påverkas främst av utformningen av magnetiska komponenter med strömfrekvens. I utformningen av kraftfrekvenstransformator betonas integriteten hos kärnan och lindningen, så det finns inget gap mellan kärnan och lindningen, och lindningen är i allmänhet utformad för att fylla hela fönstret, vilket säkerställer dess mekaniska stabilitet. Utformningen av högfrekventa magnetiska komponenter har dock inte detta krav.
2) "järnförlust=kopparförlust"-optimerad transformatordesign
Många kraftdesigners, även i många referensböcker för magnetisk komponentdesign, listar "järnförlust=kopparförlust" som ett av kriterierna för optimal design av högfrekvenstransformatorer, men det är det inte. I konstruktionen av högfrekvenstransformatorer kan skillnaden mellan järnförlust och kopparförlust vara stor, och ibland kan skillnaden till och med nå en storleksordning, men det betyder inte att högfrekvenstransformatorn inte är väl utformad.
Denna missuppfattning påverkas också av utformningen av kraftfrekvenstransformatorn. Effektfrekvenstransformatorer upptar ofta ett stort område på grund av det stora antalet lindningar, så ur termisk stabilitet och termisk enhetlighet erhålls den empiriska designregeln "järnförlust=kopparförlust".
För högfrekventa transformatorer gäller dock inte denna tumregel. I utformningen av växelströmsförsörjnings högfrekvenstransformatorer finns det många faktorer för att bestämma den optimala designen, och "järnförlust=kopparförlust" är faktiskt den minst berörda aspekten.
3) Magnetiserad induktans med läckinduktans=1 %
Efter att ha designat de magnetiska komponenterna förklarar många strömförsörjningskonstruktörer ofta läckageinduktanskraven när de lämnar in relevanta tekniska krav till transformatortillverkarna. Många tekniska blad är märkta med liknande tekniska krav som "magnetiseringsinduktans med läckinduktans=1%" eller "magnetiseringsinduktans med läckinduktans < 2 %". Faktum är att den här typen av skriv- eller designstandard är väldigt oprofessionell.
Strömförsörjningskonstruktören bör sätta en numerisk gräns för den acceptabla läckinduktansen enligt kretsens normala arbetskrav. Vid tillverkning av transformator bör läckinduktansen minskas så mycket som möjligt utan att andra parametrar för transformatorn försämras (såsom sväng-till-sväng-kapacitans), istället för att ge det proportionella förhållandet mellan läckinduktans och magnetiseringsinduktans som ett tekniskt krav .
Eftersom förhållandet mellan läckinduktans och magnetiseringsinduktans varierar mycket med närvaron eller frånvaron av luftgap i transformatorn. När det inte finns något luftgap kan läckinduktansen vara mindre än 0,1 % av magnetiseringsinduktansen, medan när det finns ett luftgap, även om transformatorlindningarna är tätt kopplade, är det proportionella förhållandet mellan läckaget induktansen och magnetiseringsinduktansen kan nå 10%.
Därför bör det proportionella förhållandet mellan läckinduktans och magnetiseringsinduktans inte ges till tillverkaren av magnetiska komponenter som designindex för transformatorn. Annars kommer det att visa att du inte förstår läckagekunskapen eller verkligen bryr dig om det faktiska läckagevärdet. Det korrekta sättet är att specificera det absoluta värdet av acceptabel läckinduktans. Naturligtvis kan en viss andel adderas eller subtraheras, och det typiska värdet för denna andel är 20%.
4) Läckinduktansen är relaterad till magnetkärnan permeabilitet.
Vissa strömförsörjningskonstruktörer tror att tillsats av en magnetisk kärna till lindningarna kommer att göra lindningarna tätare kopplade och minska läckinduktansen mellan lindningarna; Vissa strömförsörjningskonstruktörer tror att den magnetiska kärnan kommer att kopplas till fältet mellan lindningarna efter att den magnetiska kärnan lagts till lindningarna, vilket kan öka läckinduktansen.
I själva verket har läckageinduktansen hos två koaxiallindningstransformatorer ingenting att göra med förekomsten av magnetiska kärnor i utformningen av strömförsörjningen. Detta resultat kan vara obegripligt, eftersom ett material med en relativ permeabilitet på flera tusen har liten effekt på läckinduktansen när det är nära spolen.
De uppmätta resultaten från hundratals transformatorer visar att förändringen av läckinduktansen i princip inte är mer än 10% med eller utan magnetisk kärna, och många förändringar är bara cirka 2%.
5) Det optimala värdet på strömtätheten för transformatorlindningen är 2A/mm ~ 3,1A/mm.
Många strömförsörjningskonstruktörer betraktar ofta strömtätheten i lindningen som standarden för optimal design vid design av högfrekventa magnetiska komponenter.
Faktum är att den optimala designen inte har något att göra med lindningsströmtätheten. Det som verkligen spelar roll är hur mycket förlust det är i lindningen och om värmeavledningsåtgärderna är tillräckliga för att säkerställa temperaturhöjningen inom det tillåtna intervallet.
Vi kan föreställa oss två extrema fall av värmeavledningsåtgärder vid byte av strömförsörjning. När vätskesänkning och vakuum används för värmeavledning respektive, kommer motsvarande strömtäthet i lindningen att vara helt annorlunda.
I själva utvecklingen av switchande strömförsörjning bryr vi oss inte om strömtätheten, utan bara hur varmt trådpaketet är. Är temperaturökningen acceptabel?
Detta felaktiga koncept är att konstruktörer förenklar antalet variabler och därmed förenklar beräkningsprocessen för att undvika tråkiga upprepade försök och misstag, men denna förenkling förklarar inte tillämpningsvillkoren.
6), primärlindningsförlust=sekundärlindningsförlust "-optimerad transformatordesign.
Många strömförsörjningskonstruktörer tror att den optimerade transformatordesignen motsvarar att transformatorns primärlindningsförlust är lika med sekundärlindningsförlusten. Även i många designböcker av magnetiska komponenter betraktas detta som en standard för optimal design. Faktum är att detta inte är en standard för optimal design.
I vissa fall kan transformatorns järnförlust och kopparförlust vara liknande. Men det spelar ingen större roll om det är stor skillnad mellan primärlindningsförlusten och sekundärlindningsförlusten.
Det måste återigen betonas att det vi är bekymrade över vid utformningen av högfrekventa magnetiska komponenter är hur varm lindningen är under det använda värmeavledningsläget. Primärlindningsförlust=sekundärlindningsförlust är endast en empirisk regel vid utformningen av kraftfrekvenstransformatorer.
7) Om lindningsdiametern är mindre än penetrationsdjupet blir högfrekvensförlusten mycket liten.
Bara för att lindningsdiametern är mindre än inträngningsdjupet betyder det inte att det inte finns någon stor högfrekvensförlust. Om det finns många lager i transformatorlindningen, även om tråddiametern är mycket tunnare än inträngningsdjupet, kan det orsaka stora högfrekvensförluster på grund av stark närhetseffekt.
Därför, när vi överväger lindningsförlusten, bör vi inte bara bedöma förlusten från tjockleken på emaljerad tråd, utan också överväga arrangemanget av hela lindningsstrukturen, inklusive lindningsläge, lindningsskikt och lindningstjocklek.
8) Den öppna kretsresonansfrekvensen för transformatorn i framåtkretsen måste vara mycket högre än kopplingsfrekvensen.
Många strömförsörjningskonstruktörer tror att transformatorns resonansfrekvens med öppen krets måste vara mycket högre än omvandlarens växlingsfrekvens när transformatorn designas och testas. I själva verket har transformatorns öppen kretsresonansfrekvens ingenting att göra med kopplingsfrekvensen.
Vi kan föreställa oss gränsfallet: för en idealisk magnetisk kärna är dess induktans oändlig, men det kommer också att finnas en relativt liten sväng-till-sväng-kapacitans, och dess resonansfrekvens är ungefär noll, vilket är mycket mindre än omkopplingsfrekvensen.
Det som egentligen är relaterat till kretsen är transformatorns kortslutningsresonansfrekvens. I allmänhet bör transformatorns kortslutningsresonansfrekvens vara mer än två storleksordningar av omkopplingsfrekvensen.
