导语:开关电源中高频磁性元件的设计对于电路的正常工作和各项性能指标的实现非常关键。然而,高频磁性元件设计包括很多细节知识点,而这些细节内容很难被一本或几本所谓的“设计大全”一一罗列清楚。为了优化设计高频磁性元件,必须根据应用场合,综合考虑多个设计变量,反复计算调整。
错误概念辨析:
填满磁芯窗口——优化的设计
很多电源设计人员认为在高频磁性元件设计中,填满磁芯窗口可以获得最优設計,其实不然。在多例高频变压器和电感的設計中,我们可以發現多增加一層或幾層绕組,或采用更大线径的漆包线,不但不能獲得優化效果,反而會因為绕線中的邻近效應而增大绕组总損耗。
“铁损=铜损”——优化的变压器設計
很多電源設計者,在工頻變壓器優化設計時把“鐵損=銅損”列為標準之一,但這並不適用於開關電源中的高頻變壓器優化設計。在開關電源中,因為使用的是細線圈,所以鐵損與銅損之間差距較大,這兩個數據不能直接相等。
漏感=1%の磁化电感
許多技術要求提交給變壓器制作廠家時,要對漏感大小要求進行说明。在很多技術單上標注着“漏感=1%’s 磁化電感”,其實這種寫法或是不是很專業。應該根據電路正常工作要求對所能接受漏感值作一個數值限制,而非給出漏感與繞組之間耦合係數(K)的一定比例關係作為技術要求。
漏感与金属材料有关系
有些人認為加上一个金属材料作为间隙会减少漏失,这一点并不是绝对正确。这一点并不影响开关转换过程中的交流谐振特性的形成,只是改变了谐振网络结构,从而可能会影响到整体系统性能和稳定度。
变压器绕组内流密度应该控制在2A/mm²至3A/mm²之间
许多电子工程师认为在开关电源系统中,将变压器绕组内流密度控制在2A/mm²至3A/mm²之间是一个好主意。但实际情况表明,这只是一个建议,并不是所有情况都适用,因为过分追求低流密度往往导致额外的问题,如散热问题、成本问题等。
原边绕组损耗与副边绕组损耗应尽量相同
该误解来源于对工频变压器的一种经验法则,即原边与副边损耗尽量接近。然而,对于开关电源来说,这样的假设是不准确且不切实际的,因为它忽视了其他因素,比如温度、功率因数、以及具体应用需求等。
绝缘层厚度小于穿透深度,则无需担心跨越效应。
实际上,如果绝缘层厚度小于穿透深度,并不会完全避免跨越效应。如果存在强大的邻近效应,那么即使绝缘层较薄,也可能引起大量能源泄露,从而降低整体系统效率甚至造成故障。此时需要通过改进布局或者增加保护措施来解决这个问题。
开环谐振时间必须比开关周期长。
这是一种常见但错误的心得,它来自对单端调制模块(SMPS)操作原理的一些混淆理解。事实上,无论何种类型转换设备,其开放状态下的谐振时间都应当远远超过其工作周期,以保证良好的稳定性能。但这并不意味着关闭状态下的短路阻抗要足够低以防止短路断路现象发生;相反,它通常意味着当输出负载突然变化时,可以提供足够快地响应能力,以维持整个系统运行平稳。而这个响应速度主要取决于转换设备内部部件参数和拓扑结构,而非仅仅看是否符合某个规定标准。