Восемь распространенных ошибок при проектировании высокочастотных магнитных компонентов в импульсных источниках питания
1) Заполнение окна оптимизированной под магнитный сердечник конструкции.
Многие конструкторы блоков питания думают, что при проектировании высокочастотных магнитных компонентов наилучшую конструкцию можно получить, заполнив окно сердечника, но это не так. При проектировании многих высокочастотных трансформаторов и индукторов мы можем обнаружить, что добавление одного или нескольких слоев обмоток или использование эмалированных проводов большего диаметра не только не может обеспечить оптимальный эффект, но и увеличивает общие потери в обмотке. из-за эффекта близости в обмотке.
Поэтому при проектировании высокочастотных магнитных компонентов не имеет значения, даже если обмотка не полностью охватывает окно железного сердечника, а лишь 25% площади окна. Не обязательно пытаться заполнить всю площадь окна.
На это заблуждение в основном влияет конструкция магнитных компонентов промышленной частоты. В конструкции трансформатора промышленной частоты подчеркивается целостность сердечника и обмотки, поэтому между сердечником и обмоткой нет зазора, а обмотка обычно проектируется так, чтобы заполнять все окно, обеспечивая тем самым ее механическую стабильность. Однако конструкция высокочастотных магнитных компонентов не имеет этого требования.
2) конструкция трансформатора, оптимизированная по потерям в железе=потерям в меди.
Многие разработчики источников питания, даже во многих справочниках по проектированию магнитных компонентов, указывают «потери в железе=потери в меди» как один из критериев оптимальной конструкции высокочастотных трансформаторов, но это не так. В конструкции высокочастотного трансформатора разница между потерями в железе и меди может быть большой, а иногда разница может достигать даже порядка, но это не означает, что высокочастотный трансформатор спроектирован плохо.
На это заблуждение также влияет конструкция трансформатора промышленной частоты. Трансформаторы силовой частоты часто занимают большую площадь из-за большого количества обмоток, поэтому с точки зрения термической стабильности и термической однородности получается эмпирическое правило расчета «потери в железе=потери в меди».
Однако для высокочастотных трансформаторов это эмпирическое правило не выполняется. При проектировании высокочастотного трансформатора импульсного источника питания существует множество факторов, определяющих оптимальную конструкцию, и «потери в железе=потери в меди» на самом деле являются наименее важным аспектом.
3) Намагниченная индуктивность с индуктивностью рассеяния=1%
После проектирования магнитных компонентов многие разработчики источников питания часто объясняют требования к индуктивности рассеяния при представлении соответствующих технических требований производителям трансформаторов. Многие технические листы отмечены схожими техническими требованиями, такими как «индуктивность намагничивания с индуктивностью рассеяния=1%» или «индуктивность намагничивания с индуктивностью рассеяния < 2%». На самом деле, такой стандарт написания или дизайна очень непрофессионален.
Разработчик источника питания должен установить числовой предел допустимой индуктивности рассеяния в соответствии с нормальными рабочими требованиями схемы. В процессе изготовления трансформатора индуктивность рассеяния должна быть уменьшена настолько, насколько это возможно, без ухудшения других параметров трансформатора (таких как межвитковая емкость), вместо того, чтобы задавать пропорциональное соотношение между индуктивностью рассеяния и индуктивностью намагничивания в качестве технического требования. .
Потому что соотношение между индуктивностью рассеяния и индуктивностью намагничивания сильно варьируется в зависимости от наличия или отсутствия воздушного зазора в трансформаторе. При отсутствии воздушного зазора индуктивность рассеяния может составлять менее 0,1% от индуктивности намагничивания, а при наличии воздушного зазора, даже если обмотки трансформатора тесно связаны, пропорциональное соотношение между индуктивность и индуктивность намагничивания могут достигать 10%.
Следовательно, пропорциональная связь между индуктивностью рассеяния и индуктивностью намагничивания не должна предоставляться производителю магнитных компонентов в качестве расчетного показателя трансформатора. В противном случае это покажет, что вы не понимаете знания об утечках или действительно не заботитесь о фактическом значении утечки. Правильный способ — указать абсолютное значение допустимой индуктивности рассеяния. Конечно, определенную пропорцию можно добавить или вычесть, и типичное значение этой пропорции составляет 20%.
4) Индуктивность рассеяния связана с проницаемостью магнитного сердечника.
Некоторые разработчики источников питания полагают, что добавление магнитного сердечника к обмоткам сделает обмотки более тесно связанными и уменьшит индуктивность рассеяния между обмотками; Некоторые разработчики источников питания полагают, что магнитный сердечник будет связан с полем между обмотками после добавления магнитного сердечника к обмоткам, что может увеличить индуктивность рассеяния.
На самом деле, в конструкции импульсного блока питания индуктивность рассеяния двух трансформаторов с коаксиальной обмоткой не имеет ничего общего с наличием магнитопроводов. Этот результат может быть непонятным, поскольку материал с относительной проницаемостью в несколько тысяч мало влияет на индуктивность рассеяния, когда находится вблизи катушки.
Результаты измерений сотен трансформаторов показывают, что изменение индуктивности рассеяния в основном составляет не более 10% с магнитным сердечником или без него, а многие изменения составляют всего около 2%.
5) Оптимальное значение плотности тока обмотки трансформатора составляет 2А/мм ~ 3,1А/мм.
Многие разработчики источников питания часто рассматривают плотность тока в обмотке как стандарт оптимальной конструкции при проектировании высокочастотных магнитных компонентов.
На самом деле оптимальная конструкция не имеет ничего общего с плотностью тока обмотки. Что действительно имеет значение, так это то, насколько велики потери в обмотке и достаточны ли меры по отводу тепла, чтобы обеспечить повышение температуры в допустимых пределах.
Мы можем представить себе два крайних случая мер по отводу тепла при импульсном источнике питания. Когда для отвода тепла используются погружение в жидкость и вакуум соответственно, соответствующая плотность тока в обмотке будет совершенно другой.
В реальной разработке импульсного источника питания нас не волнует плотность тока, а только то, насколько горячий пакет проводов. Допустимо ли повышение температуры?
Эта ошибочная концепция заключается в том, что проектировщики упрощают количество переменных и тем самым упрощают процесс расчета, чтобы избежать утомительных повторных проб и ошибок, но это упрощение не объясняет условий применения.
6), потери в первичной обмотке=потери во вторичной обмотке — оптимизированная конструкция трансформатора.
Многие разработчики источников питания считают, что оптимизированная конструкция трансформатора соответствует тому, что потери в первичной обмотке трансформатора равны потерям во вторичной обмотке. Даже во многих книгах по проектированию магнитных компонентов это считается стандартом оптимального проектирования. На самом деле это не стандарт оптимального проектирования.
В некоторых случаях потери в железе и меди в трансформаторе могут быть одинаковыми. Но не имеет большого значения, если существует большая разница между потерями в первичной и вторичной обмотках.
Следует еще раз подчеркнуть, что при проектировании высокочастотных магнитных компонентов нас беспокоит то, насколько нагрета обмотка при используемом режиме рассеивания тепла. Потери в первичной обмотке=Потери во вторичной обмотке — это лишь эмпирическое правило при проектировании трансформатора промышленной частоты.
7) Если диаметр намотки меньше глубины проникновения, потери на высоких частотах будут очень малы.
Тот факт, что диаметр обмотки меньше глубины проникновения, не означает, что нет больших потерь на высоких частотах. Если в обмотке трансформатора много слоев, даже если диаметр провода намного меньше глубины проникновения, это может привести к большим потерям на высоких частотах из-за сильного эффекта близости.
Поэтому при рассмотрении потерь в обмотке следует не только судить о потерях по толщине эмалированного провода, но и комплексно учитывать устройство всей намоточной конструкции, включая режим намотки, слои намотки и толщину намотки.
8) Резонансная частота холостого хода трансформатора в прямой цепи должна быть намного выше частоты переключения.
Многие разработчики источников питания считают, что резонансная частота холостого хода трансформатора должна быть намного выше, чем частота переключения преобразователя при проектировании и тестировании трансформатора. Фактически, резонансная частота холостого хода трансформатора не имеет ничего общего с частотой переключения.
Можно представить себе предельный случай: для идеального магнитопровода его индуктивность бесконечна, но также будет сравнительно небольшая витковая емкость, а его резонансная частота равна примерно нулю, что значительно меньше частоты переключения.
Что действительно связано со схемой, так это резонансная частота короткого замыкания трансформатора. Как правило, резонансная частота короткого замыкания трансформатора должна составлять более двух порядков частоты переключения.
