Осем често срещани грешки при проектирането на високочестотни магнитни компоненти в импулсно захранване
1) Запълване на прозореца с дизайн, оптимизиран за магнитно ядро
Много дизайнери на захранващи устройства смятат, че при проектирането на високочестотни магнитни компоненти най-добрият дизайн може да се получи чрез запълване на прозореца на ядрото, но не е така. При проектирането на много високочестотни трансформатори и индуктори можем да открием, че добавянето на един или повече слоя намотки или използването на емайлирани проводници с по-големи диаметри на проводниците не само не може да постигне оптимален ефект, но ще увеличи общите загуби на намотките поради ефекта на близост при навиването.
Следователно, при проектирането на високочестотни магнитни компоненти, няма значение дори ако намотката не обгръща напълно прозореца с желязно ядро, а обгръща само 25% от площта на прозореца. Не е нужно да се опитвате да запълните цялата площ на прозореца.
Това погрешно схващане е повлияно главно от дизайна на магнитните компоненти на мощността. При проектирането на трансформатор на мощностна честота се подчертава целостта на сърцевината и намотката, така че няма празнина между сърцевината и намотката и намотката обикновено е проектирана да запълва целия прозорец, като по този начин се гарантира неговата механична стабилност. Дизайнът на високочестотни магнитни компоненти обаче няма това изискване.
2) "загуба на желязо=загуба на мед" - оптимизиран дизайн на трансформатора
Много дизайнери на захранване, дори в много справочници за проектиране на магнитни компоненти, изброяват "загуба на желязо=загуба на мед" като един от критериите за оптимално проектиране на високочестотни трансформатори, но това не е така. При проектирането на високочестотен трансформатор разликата между загубата на желязо и загубата на мед може да бъде голяма, а понякога разликата може дори да достигне порядък, но това не означава, че високочестотният трансформатор не е добре проектиран.
Това погрешно схващане също е повлияно от дизайна на трансформатора на мощността. Честотните трансформатори на мощността често заемат голяма площ поради големия брой намотки, така че от гледна точка на термична стабилност и топлинна еднородност се получава емпиричното правило за „загуба на желязо=загуба на мед“.
Въпреки това, за високочестотни трансформатори, това правило не важи. При проектирането на превключващ захранващ високочестотен трансформатор има много фактори за определяне на оптималния дизайн и "загуба на желязо=загуба на мед" всъщност е най-малко засегнатият аспект.
3) Магнетизирана индуктивност с индуктивност на утечка=1%
След проектирането на магнитните компоненти, много дизайнери на захранващи устройства често обясняват изискванията за индуктивност на утечка, когато представят съответните технически изисквания на производителите на трансформатори. Много технически листове са маркирани с подобни технически изисквания като „индуктивност на намагнитване с индуктивност на утечка=1%“ или „индуктивност на намагнитване с индуктивност на утечка < 2%“. Всъщност този вид стандарт за писане или дизайн е много непрофесионален.
Проектантът на захранващия блок трябва да зададе числено ограничение на приемливата индуктивност на утечка в съответствие с нормалните работни изисквания на веригата. В процеса на производство на трансформатор, индуктивността на утечка трябва да бъде намалена колкото е възможно повече, без да се влошават други параметри на трансформатора (като капацитет от завой до завой), вместо да се дава пропорционалната връзка между индуктивността на утечка и индуктивността на намагнитване като техническо изискване .
Тъй като връзката между индуктивността на утечка и индуктивността на намагнитване варира значително в зависимост от наличието или отсъствието на въздушна междина в трансформатора. Когато няма въздушна междина, индуктивността на утечка може да бъде по-малка от 0.1% от индуктивността на намагнитване, докато когато има въздушна междина, дори ако намотките на трансформатора са тясно свързани, пропорционалната връзка между утечката индуктивност и индуктивността на намагнитване може да достигне 10%.
Следователно пропорционалната връзка между индуктивността на утечка и индуктивността на намагнитване не трябва да се предоставя на производителя на магнитни компоненти като проектен индекс на трансформатора. В противен случай това ще покаже, че не разбирате знанията за теча или наистина не ви интересува действителната стойност на теча. Правилният начин е да се посочи абсолютната стойност на приемливата индуктивност на утечка. Разбира се, определена пропорция може да се добави или извади, като типичната стойност на тази пропорция е 20%.
4) Индуктивността на изтичане е свързана с пропускливостта на магнитната сърцевина.
Някои дизайнери на захранващи устройства вярват, че добавянето на магнитна сърцевина към намотките ще направи намотките по-тясно свързани и ще намали индуктивността на утечка между намотките; Някои дизайнери на захранване смятат, че магнитната сърцевина ще бъде свързана с полето между намотките след добавяне на магнитната сърцевина към намотките, което може да увеличи индуктивността на утечка.
Всъщност, при проектирането на импулсно захранване, индуктивността на утечка на два трансформатора с коаксиална намотка няма нищо общо със съществуването на магнитни ядра. Този резултат може да е неразбираем, тъй като материал с относителна пропускливост от няколко хиляди има малък ефект върху индуктивността на утечка, когато е близо до намотката.
Измерените резултати на стотици трансформатори показват, че промяната на индуктивността на утечка е основно не повече от 10% с или без магнитна сърцевина, а много промени са само около 2%.
5) Оптималната стойност на плътността на тока на намотката на трансформатора е 2A/mm ~ 3,1A/mm.
Много дизайнери на електрозахранващи устройства често разглеждат плътността на тока в намотката като стандарт за оптимален дизайн, когато проектират високочестотни магнитни компоненти.
Всъщност оптималният дизайн няма нищо общо с плътността на тока на намотката. Това, което наистина има значение, е колко загуби има в намотката и дали мерките за разсейване на топлината са достатъчни, за да осигурят повишаване на температурата в рамките на допустимия диапазон.
Можем да си представим два екстремни случая на мерки за разсейване на топлината при импулсно захранване. Когато потапянето в течност и вакуумът се използват съответно за разсейване на топлината, съответната плътност на тока в намотката ще бъде доста различна.
При действителното развитие на импулсното захранване не ни интересува плътността на тока, а само колко горещ е кабелният пакет. Приемливо ли е повишаването на температурата?
Тази погрешна концепция е, че дизайнерите опростяват броя на променливите и по този начин опростяват процеса на изчисление, за да избегнат досадните повтарящи се проби и грешки, но това опростяване не обяснява условията на приложение.
6), загуба на първична намотка=загуба на вторична намотка "-оптимизиран дизайн на трансформатора.
Много дизайнери на захранващи устройства вярват, че оптимизираният дизайн на трансформатора съответства на загубата на първичната намотка на трансформатора, равна на загубата на вторичната намотка. Дори в много книги за дизайн на магнитни компоненти това се счита за стандарт за оптимален дизайн. Всъщност това не е стандарт за оптимален дизайн.
В някои случаи загубата на желязо и загубата на мед на трансформатора може да са подобни. Но няма голямо значение дали има голяма разлика между загубата на първичната намотка и загубата на вторичната намотка.
Трябва отново да се подчертае, че това, което ни интересува при проектирането на високочестотни магнитни компоненти, е колко гореща е намотката при използвания режим на разсейване на топлината. Загуба на първична намотка=загубата на вторична намотка е само емпирично правило при проектирането на трансформатор на силовата честота.
7) Ако диаметърът на намотката е по-малък от дълбочината на проникване, загубата на висока честота ще бъде много малка.
Това, че диаметърът на намотката е по-малък от дълбочината на проникване, не означава, че няма голяма загуба на висока честота. Ако има много слоеве в намотката на трансформатора, дори ако диаметърът на проводника е много по-тънък от дълбочината на проникване, това може да причини голяма загуба на висока честота поради силен ефект на близост.
Следователно, когато разглеждаме загубата на намотка, не трябва да преценяваме загубата само от дебелината на емайлирания проводник, но също така изчерпателно да разгледаме разположението на цялата структура на намотката, включително режима на навиване, слоевете на намотката и дебелината на намотката.
8) Резонансната честота на отворена верига на трансформатора в предната верига трябва да бъде много по-висока от честотата на превключване.
Много дизайнери на захранващи устройства смятат, че резонансната честота на отворена верига на трансформатора трябва да бъде много по-висока от честотата на превключване на преобразувателя при проектиране и тестване на трансформатор. Всъщност резонансната честота на отворена верига на трансформатора няма нищо общо с честотата на превключване.
Можем да си представим граничния случай: за идеална магнитна сърцевина, нейната индуктивност е безкрайна, но също така ще има сравнително малък капацитет от завой до завой и неговата резонансна честота е приблизително нула, което е много по-малко от честотата на превключване.
Това, което наистина е свързано с веригата, е резонансната честота на късо съединение на трансформатора. Като цяло, резонансната честота на късо съединение на трансформатора трябва да бъде повече от два порядъка честота на превключване.
