Osm běžných konstrukčních chyb vysokofrekvenčních magnetických součástí ve spínaném napájení
1) Vyplnění okna designu optimalizovaného pro magnetické jádro
Mnoho konstruktérů napájecích zdrojů si myslí, že při návrhu vysokofrekvenčních magnetických součástek lze nejlepší návrh získat vyplněním okna jádra, ale není tomu tak. Při konstrukci mnoha vysokofrekvenčních transformátorů a induktorů se můžeme setkat s tím, že přidání jedné nebo více vrstev vinutí nebo použití smaltovaných drátů s větším průměrem drátu nejenže nemůže dosáhnout optimálního účinku, ale zvýší celkovou ztrátu vinutí. kvůli efektu blízkosti ve vinutí.
Při konstrukci vysokofrekvenčních magnetických součástek tedy nevadí ani to, že vinutí neobaluje úplně okénko železného jádra, ale ovíjí pouze 25 % plochy okna. Nemusíte se snažit vyplnit celou plochu okna.
Tato mylná představa je ovlivněna především konstrukcí magnetických součástek výkonové frekvence. Při konstrukci výkonového frekvenčního transformátoru je zdůrazněna integrita jádra a vinutí, takže mezi jádrem a vinutím není žádná mezera a vinutí je obecně navrženo tak, aby vyplnilo celé okno, čímž byla zajištěna jeho mechanická stabilita. Konstrukce vysokofrekvenčních magnetických součástek však tento požadavek nemá.
2) „ztráta železa=ztráta mědi“ optimalizovaná konstrukce transformátoru
Mnoho návrhářů napájení, dokonce i v mnoha příručkách pro návrh magnetických součástek, uvádí „ztráta železa=ztráta mědi“ jako jedno z kritérií pro optimální návrh vysokofrekvenčních transformátorů, ale není tomu tak. Při konstrukci vysokofrekvenčního transformátoru může být rozdíl mezi ztrátou železa a ztrátou mědi velký a někdy může rozdíl dosáhnout i řádové velikosti, ale to neznamená, že vysokofrekvenční transformátor není dobře navržen.
Tato mylná představa je ovlivněna také konstrukcí transformátoru výkonové frekvence. Transformátory napájecí frekvence často zabírají velkou plochu kvůli velkému počtu vinutí, takže z hlediska tepelné stability a tepelné rovnoměrnosti je získáno empirické konstrukční pravidlo "ztráta železa=ztráta mědi".
U vysokofrekvenčních transformátorů však toto pravidlo neplatí. Při návrhu vysokofrekvenčního transformátoru spínaného napájecího zdroje existuje mnoho faktorů, které určují optimální návrh, a „ztráta železa=ztráta mědi“ je ve skutečnosti tím nejméně znepokojeným aspektem.
3) Magnetizovaná indukčnost s rozptylovou indukčností=1 %
Po návrhu magnetických komponent mnozí konstruktéři napájecích zdrojů často vysvětlují požadavky na svodovou indukčnost, když předkládají příslušné technické požadavky výrobcům transformátorů. Mnoho technických listů je označeno podobnými technickými požadavky, jako je „magnetizační indukčnost se svodovou indukčností=1 %“ nebo „magnetizační indukčnost se svodovou indukčností < 2 %“. Ve skutečnosti je tento typ standardu psaní nebo designu velmi neprofesionální.
Návrhář napájecího zdroje by měl stanovit numerický limit pro přijatelnou svodovou indukčnost podle běžných pracovních požadavků obvodu. V procesu výroby transformátoru by měla být svodová indukčnost co nejvíce snížena, aniž by došlo ke zhoršení ostatních parametrů transformátoru (jako je otočná kapacita), namísto uvádění proporcionálního vztahu mezi svodovou indukčností a magnetizační indukčností jako technický požadavek. .
Protože vztah mezi svodovou indukčností a magnetizační indukčností se velmi mění s přítomností nebo nepřítomností vzduchové mezery v transformátoru. Pokud neexistuje vzduchová mezera, může být úniková indukčnost menší než 0,1 % magnetizační indukčnosti, zatímco když existuje vzduchová mezera, i když jsou vinutí transformátoru těsně spojena, proporcionální vztah mezi únikem indukčnost a magnetizační indukčnost mohou dosáhnout 10 %.
Proto by proporcionální vztah mezi svodovou indukčností a magnetizační indukčností neměl být poskytnut výrobci magnetických součástek jako konstrukční index transformátoru. V opačném případě to ukáže, že nerozumíte znalostem o úniku nebo vám opravdu nezáleží na skutečné hodnotě úniku. Správným způsobem je specifikovat absolutní hodnotu přijatelné rozptylové indukčnosti. Samozřejmě lze určitý podíl přičíst nebo odečíst a typická hodnota tohoto podílu je 20 %.
4) Svodová indukčnost souvisí s permeabilitou magnetického jádra.
Někteří konstruktéři napájecích zdrojů se domnívají, že přidání magnetického jádra do vinutí způsobí, že vinutí budou těsněji spojena a sníží svodovou indukčnost mezi vinutími; Někteří konstruktéři napájecích zdrojů se domnívají, že magnetické jádro bude po přidání magnetického jádra k vinutí spojeno s polem mezi vinutími, což může zvýšit svodovou indukčnost.
Ve skutečnosti při návrhu spínaného zdroje nemá svodová indukčnost dvou transformátorů s koaxiálním vinutím nic společného s existencí magnetických jader. Tento výsledek může být nepochopitelný, protože materiál s relativní permeabilitou několika tisíc má malý vliv na rozptylovou indukčnost, když je blízko cívky.
Naměřené výsledky stovek transformátorů ukazují, že změna svodové indukčnosti v zásadě není větší než 10 % s magnetickým jádrem nebo bez něj a mnohé změny jsou pouze kolem 2 %.
5) Optimální hodnota proudové hustoty vinutí transformátoru je 2A/mm ~ 3,1A/mm.
Mnoho konstruktérů napájecích zdrojů často považuje proudovou hustotu ve vinutí za standard optimálního návrhu při navrhování vysokofrekvenčních magnetických součástek.
Ve skutečnosti nemá optimální návrh nic společného s hustotou proudu vinutí. Skutečně záleží na tom, jak velká je ztráta ve vinutí a zda opatření pro odvod tepla jsou dostatečná k zajištění nárůstu teploty v povoleném rozsahu.
U spínaných zdrojů si můžeme představit dva extrémní případy opatření pro odvod tepla. Když se pro odvod tepla použije kapalinové ponoření a vakuum, bude odpovídající proudová hustota ve vinutí zcela odlišná.
Při samotném vývoji spínaných zdrojů nám nejde o proudovou hustotu, ale pouze o to, jak horký je obal drátu. Je zvýšení teploty přijatelné?
Tento chybný koncept spočívá v tom, že konstruktéři zjednodušují počet proměnných a tím zjednodušují proces výpočtu, aby se vyhnuli zdlouhavým opakovaným pokusům a omylům, ale toto zjednodušení nevysvětluje podmínky aplikace.
6), ztráta primárního vinutí=ztráta sekundárního vinutí - optimalizovaná konstrukce transformátoru.
Mnoho konstruktérů napájecích zdrojů se domnívá, že optimalizovaná konstrukce transformátoru odpovídá tomu, že ztráta primárního vinutí transformátoru se rovná ztrátě sekundárního vinutí. I v mnoha konstrukčních knihách magnetických součástek je to považováno za standard pro optimální konstrukci. Ve skutečnosti to není standard pro optimální design.
V některých případech může být ztráta železa a ztráta mědi transformátoru podobná. Ale na tom moc nezáleží, jestli je velký rozdíl mezi ztrátou primárního vinutí a ztrátou sekundárního vinutí.
Znovu je třeba zdůraznit, že při návrhu vysokofrekvenčních magnetických součástek nám jde o to, jak horké je vinutí při použitém režimu odvodu tepla. Ztráta primárního vinutí=ztráta sekundárního vinutí je pouze empirickým pravidlem při návrhu výkonového frekvenčního transformátoru.
7) Pokud je průměr vinutí menší než hloubka průniku, vysokofrekvenční ztráta bude velmi malá.
To, že průměr vinutí je menší než hloubka průniku, neznamená, že nedochází k velkým vysokofrekvenčním ztrátám. Pokud je ve vinutí transformátoru mnoho vrstev, i když je průměr drátu mnohem tenčí než hloubka průniku, může to způsobit velké vysokofrekvenční ztráty kvůli silnému efektu přiblížení.
Při zvažování úbytku ve vinutí bychom tedy neměli posuzovat úbytek pouze z tloušťky smaltovaného drátu, ale také komplexně zvážit uspořádání celé konstrukce vinutí, včetně režimu vinutí, vrstev vinutí a tloušťky vinutí.
8) Rezonanční kmitočet otevřeného obvodu transformátoru v propustném obvodu musí být mnohem vyšší než spínací kmitočet.
Mnoho konstruktérů napájecích zdrojů si myslí, že rezonanční frekvence naprázdno transformátoru musí být při navrhování a testování transformátoru mnohem vyšší než spínací frekvence převodníku. Ve skutečnosti nemá rezonanční frekvence transformátoru nic společného se spínací frekvencí.
Dokážeme si představit limitní případ: pro ideální magnetické jádro je jeho indukčnost nekonečná, ale bude zde také relativně malá otáčková kapacita a jeho rezonanční frekvence je přibližně nulová, což je mnohem menší než spínací frekvence.
Co skutečně souvisí s obvodem, je zkratová rezonanční frekvence transformátoru. Obecně platí, že zkratová rezonanční frekvence transformátoru by měla být větší než dva řády spínací frekvence.