Otte almindelige designfejl ved højfrekvente magnetiske komponenter ved omskiftning af strømforsyning
1) Fyldning af vinduet med magnetisk kerneoptimeret design
Mange strømforsyningsdesignere tror, at i design af højfrekvente magnetiske komponenter kan det bedste design opnås ved at fylde kernevinduet, men det er det ikke. I designet af mange højfrekvente transformatorer og induktorer kan vi konstatere, at tilføjelse af et eller flere lag viklinger, eller brug af emaljerede ledninger med større ledningsdiametre, ikke kun ikke kan få den optimale effekt, men vil øge det samlede viklingstab. på grund af nærhedseffekten ved vikling.
Ved design af højfrekvente magnetiske komponenter er det derfor ligegyldigt, selvom viklingen ikke helt omslutter jernkernevinduet, men kun omslutter 25 % af vinduesarealet. Du behøver ikke at prøve at fylde hele vinduesområdet.
Denne misforståelse er hovedsageligt påvirket af designet af magnetiske komponenter med strømfrekvens. I udformningen af strømfrekvenstransformatorer understreges integriteten af kerne og vikling, så der er ingen afstand mellem kerne og vikling, og viklingen er generelt designet til at fylde hele vinduet og dermed sikre dets mekaniske stabilitet. Udformningen af højfrekvente magnetiske komponenter har dog ikke dette krav.
2) "jerntab=kobbertab"-optimeret transformerdesign
Mange strømdesignere, selv i mange opslagsbøger for magnetisk komponentdesign, angiver "jerntab=kobbertab" som et af kriterierne for optimalt design af højfrekvente transformatorer, men det er det ikke. I design af højfrekvent transformator kan forskellen mellem jerntab og kobbertab være stor, og nogle gange kan forskellen endda nå en størrelsesorden, men det betyder ikke, at højfrekvenstransformatoren ikke er godt designet.
Denne misforståelse er også påvirket af designet af strømfrekvenstransformatoren. Strømfrekvenstransformatorer optager ofte et stort område på grund af det store antal viklinger, så ud fra et perspektiv af termisk stabilitet og termisk ensartethed opnås den empiriske designregel om "jerntab=kobbertab".
Men for højfrekvente transformere holder denne tommelfingerregel ikke. I designet af højfrekvent transformator for skiftende strømforsyning er der mange faktorer til at bestemme det optimale design, og "jerntab=kobbertab" er faktisk det mindst bekymrede aspekt.
3) Magnetiseret induktans med lækinduktans=1 %
Efter at have designet de magnetiske komponenter, forklarer mange strømforsyningsdesignere ofte lækageinduktanskravene, når de indsender de relevante tekniske krav til transformatorproducenterne. Mange tekniske ark er mærket med lignende tekniske krav såsom "magnetiseringsinduktans med lækinduktans=1%" eller "magnetiseringsinduktans med lækinduktans < 2 %". Faktisk er denne form for skrive- eller designstandard meget uprofessionel.
Strømforsyningsdesigneren bør indstille en numerisk grænse for den acceptable lækageinduktans i henhold til kredsløbets normale arbejdskrav. I processen med at fremstille transformer bør lækinduktansen reduceres så meget som muligt uden at forringe andre transformatorparametre (såsom turn-to-turn kapacitans) i stedet for at give det proportionale forhold mellem lækinduktans og magnetiseringsinduktans som et teknisk krav .
Fordi forholdet mellem lækageinduktans og magnetiseringsinduktans varierer meget med tilstedeværelsen eller fraværet af luftgab i transformeren. Når der ikke er nogen luftspalte, kan lækinduktansen være mindre end 0,1 % af magnetiseringsinduktansen, mens når der er en luftspalte, selv hvis transformatorviklingerne er tæt koblede, er det proportionale forhold mellem lækagen induktans og magnetiseringsinduktansen kan nå 10%.
Derfor bør det proportionale forhold mellem lækinduktans og magnetiseringsinduktans ikke gives til producenten af magnetiske komponenter som designindeks for transformeren. Ellers vil det vise, at du ikke forstår lækageviden eller virkelig bekymrer dig om den faktiske lækageværdi. Den korrekte måde er at angive den absolutte værdi af acceptabel lækageinduktans. Selvfølgelig kan en vis andel tilføjes eller trækkes fra, og den typiske værdi af denne andel er 20%.
4) Lækage induktans er relateret til magnetisk kerne permeabilitet.
Nogle strømforsyningsdesignere mener, at tilføjelse af en magnetisk kerne til viklingerne vil gøre viklingerne tættere koblede og reducere lækageinduktansen mellem viklingerne; Nogle strømforsyningsdesignere tror, at den magnetiske kerne vil blive koblet med feltet mellem viklingerne efter tilføjelse af den magnetiske kerne til viklingerne, hvilket kan øge lækagens induktans.
Faktisk har lækageinduktansen af to koaksiale viklingstransformatorer i udformningen af skiftende strømforsyning intet at gøre med eksistensen af magnetiske kerner. Dette resultat kan være uforståeligt, fordi et materiale med en relativ permeabilitet på flere tusinde har ringe effekt på lækinduktansen, når det er tæt på spolen.
De målte resultater af hundredvis af transformatorer viser, at ændringen af lækinduktansen dybest set ikke er mere end 10% med eller uden magnetisk kerne, og mange ændringer er kun omkring 2%.
5) Den optimale værdi af strømtætheden af transformatorviklingen er 2A/mm ~ 3,1A/mm.
Mange strømforsyningsdesignere betragter ofte strømtætheden i viklingen som standarden for optimalt design, når de designer højfrekvente magnetiske komponenter.
Faktisk har det optimale design intet at gøre med viklingsstrømtætheden. Det, der virkelig betyder noget, er, hvor meget tab der er i viklingen, og om varmeafledningsmålene er nok til at sikre temperaturstigningen inden for det tilladte område.
Vi kan forestille os to ekstreme tilfælde af varmeafledningsforanstaltninger ved at skifte strømforsyning. Når væskenedsænkning og vakuum anvendes til henholdsvis varmeafledning, vil den tilsvarende strømtæthed i viklingen være helt anderledes.
I selve udviklingen af skiftende strømforsyning er vi ligeglade med strømtætheden, men kun hvor varm ledningspakken er. Er temperaturstigningen acceptabel?
Dette fejlagtige koncept er, at designere forenkler antallet af variable og dermed forenkler beregningsprocessen for at undgå kedelige gentagne forsøg og fejl, men denne forenkling forklarer ikke anvendelsesbetingelserne.
6), primært viklingstab=sekundært viklingstab "-optimeret transformerdesign.
Mange strømforsyningsdesignere mener, at det optimerede transformerdesign svarer til, at transformatorens primære viklingstab er lig med det sekundære viklingstab. Selv i mange designbøger af magnetiske komponenter betragtes dette som en standard for optimalt design. Faktisk er dette ikke en standard for optimalt design.
I nogle tilfælde kan jerntabet og kobbertabet af transformeren være ens. Men det gør ikke så meget, hvis der er stor forskel på det primære viklingstab og det sekundære viklingstab.
Det skal igen understreges, at det, vi er bekymrede for i designet af højfrekvente magnetiske komponenter, er, hvor varm viklingen er under den anvendte varmeafledningstilstand. Primært viklingstab=sekundært viklingstab er kun en empirisk regel i designet af en strømfrekvenstransformator.
7) Hvis viklingsdiameteren er mindre end indtrængningsdybden, vil højfrekvenstabet være meget lille.
Bare fordi viklingsdiameteren er mindre end indtrængningsdybden, betyder det ikke, at der ikke er noget stort højfrekvenstab. Hvis der er mange lag i transformatorviklingen, selvom tråddiameteren er meget tyndere end indtrængningsdybden, kan det forårsage store højfrekvenstab på grund af stærk nærhedseffekt.
Derfor, når vi overvejer viklingstabet, bør vi ikke kun bedømme tabet fra tykkelsen af emaljeret tråd, men også grundigt overveje arrangementet af hele viklingsstrukturen, herunder viklingstilstand, viklingslag og viklingstykkelse.
8) Den åbne kredsløbsresonansfrekvens for transformeren i fremadgående kredsløb skal være meget højere end koblingsfrekvensen.
Mange strømforsyningsdesignere mener, at transformatorens åben-kredsløbsresonansfrekvens skal være meget højere end omformerens omskiftningsfrekvens, når transformeren designes og testes. Faktisk har transformatorens åben-kredsløbsresonansfrekvens intet at gøre med omskiftningsfrekvensen.
Vi kan forestille os grænsetilfældet: For en ideel magnetisk kerne er dens induktans uendelig, men der vil også være en relativt lille turn-to-turn kapacitans, og dens resonansfrekvens er cirka nul, hvilket er meget mindre end switch-frekvensen.
Det, der virkelig er relateret til kredsløbet, er transformatorens kortslutningsresonansfrekvens. Generelt bør transformatorens kortslutningsresonansfrekvens være mere end to størrelsesordener af skiftefrekvens.
