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”完全涵盖。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。
一、错误概念辨析
填满磁芯窗口——优化的设计
在高频磁性元件设计中,不必非得想法设法填满整个窗口面积。这种错误概念主要是受工频磁性元件设计的影响。在工频变压器設計中,强调铁芯和绕组的整体性,因而不希望铁芯與绕組中間有間隙,一般都設計成绕組填满整个窗口,从而保证其机械稳定性。但高頻磁性元件設計並没有這個要求。
“铁损=铜损”——优化的变压器设计
在开关电源高频变压器的设计中,“铁损=铜损”这一经验规则并不成立。在多例高頻變壓器和電感的設計中,我們可以發現多增加一層或幾層繞組,或采用更大線径の漆包线,不但不能獲得優化效果,反而會因為繞線中的鄰近效應增大繞組總損耗。
漏感=1%の磁化电感
漏感与磁化电感之间存在复杂关系,其比值并不能作为技术要求提供给生产商。这一点经常被忽视,但实际上漏感与金属材料内部是否有气隙有关,因此直接将其与絲帶內部相互耦合度相关联是不准确的情况。
漏感与agnetizing current 有關係
在開關電源設計中,這兩個問題經常被混淆,但事實上,在無氣隙時,即使變壓器繞組耦合得很緊密(例如使用鐵芯),漏感可能小於0.1%;當有氣隙時,即使變壓器繞組耦合得很緊密(例如使用鐵芯),漏感與magnetic coupling之間仍然存在著差異,這種差異可能達到10%以上。
认为变压器绕组电流密度大小为2A/mm²~3.1A/mm²即可认为是优化值。
这是一种错误观念,因为实际上热失效会随着当前通过单根线圈变化而变化,而不是简单地由平均功率分配决定。此外,还需要考虑散热措施是否足够保证温升在允许范围内。
原边绕组損耗 = 副邊綠色損耗"——優化変壓器設計"
这个标准并不适用于所有情况。在某些情况下,有无气隙以及不同边缘带宽等因素都会对损耗产生重要影响,因此不能仅仅依据原边和副边绝缘体层次来判断一个变压器是否具有良好的性能特征或者说是优质产品。
7., 绝對穿透深度小于圆形丝直径 —— 高頻損耗較低
这个观点也并非总结性的。如果一個單層絲帶,只有一半圓柱體長度通過核心,那麼即使它只有一半圓柱體長度通過核心,它也會產生相當大的高速損耗。此外,如果這個單層絲帶位於一個包含許多其他單層絲帶的大型螺旋電路之內,這些邻近效应將導致額外且不可預測的大量高速損耗増加,並影響整個系統性能.
8., 正激式電路中的變壓器開路諧振頻率必須比開關頻率要大得多
實際上,由於傳統諧振分析假設了完美無缺的心脏材料,所以它們通常忽略了核心阻抗對諧振響應影響的事实。因此,在進行正激式轉換者測試時,可以選擇任何心脏阻抗,以確保能夠觀察到諧振現象,並從這裡學習如何最有效地控制輸出波形以減少諧振負荷。