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    開關電源的高頻磁性元件規劃中常見的八種錯誤概念
    時間:2021-05-07 08:40:49 點擊次數:49

    開關電源中高頻磁性元件的規劃對于電路能否正常運行和各項性能指標能否達標起著至關重要的作用。加上高頻磁性元件規劃中還包含許多細節常識點,而這些細節內容很難被一本或幾本所謂的規劃大全一羅列清楚。為了優化高頻磁性元件,必須依據使用,綜合考慮多個變量進行規劃,重復計算調整。正由于此,高頻磁性元件規劃一直是令頭疼的難題,乃至是有多年工作經驗的開關電源工程師也還是困擾著。

    許多文獻及相關技術資料給出的磁性元件規劃方法或公式往往直接忽略了某些應用場所的變量影響,作了假設簡化后得出一套公式;或許并未交代清楚公式的運用條件,乃至有些文獻所傳達的信息本身就不正確。許多開關電源規劃并沒有意識到這一點,直接套用規劃手冊中的公式,或把規劃手冊中某些話斷章取義,而沒有進行透徹的分析和考慮,以及實驗的驗證。其成果往往是規劃出來的高頻磁性元件不能滿足運用場合的要求,影響了研發的進展和項目的按期完結。

    為了使開關電源規劃在規劃進程中,防止犯同樣的過錯,為此,咱們針對在學習和研發中遇到的一些概念性的問題進行了總結,期望能給咱們供給一個學習。

     

    一些錯誤概念的剖析

    這兒介紹開關電源高頻磁性元件規劃中8種常見的錯誤概念,并加以詳細的剖析。

    開關電源

    1、優化的規劃

    許多規劃人員為在高頻磁性元件規劃中,填滿磁芯窗口能夠取得最優規劃,其實不然。在多例高頻變壓器和電感的規劃中,咱們能夠發現多增加一層或幾層繞組,或選用更大線徑的漆包線,不但不能取得優化的效果,反而會由于繞線中的附近效應而增大繞組總損耗。因而在高頻磁性元件規劃中,即便繞線沒把鐵芯窗口繞滿,只繞滿了窗口面積的25%,也沒有聯系。不必非得主意設法填滿整個窗口面積。

    這種錯誤概念主要是受工頻磁性元件規劃的影響。在工頻變壓器規劃中,著重鐵芯和繞組的整體性,因而不期望鐵芯與繞組中間有間隙,一般都規劃成繞組填滿整個窗口,然后保證其機械穩定性。但高頻磁性元件規劃并沒有這個要求。

     

    2、鐵損=銅損”——優化的變壓器規劃

    許多開關電源的規劃乃至在許多磁性元件規劃參考書中都把鐵損=銅損列為高頻變壓器優化規劃的規范之一,其實不然。在高頻變壓器的規劃中,鐵損和銅損能夠相差較大,有時兩者不同乃至能夠到達一個數量級之大,但這并不代表該高頻變壓器規劃不好。

    這種錯誤概念也是受工頻變壓器規劃的影響。工頻變壓器往往由于繞組匝數較多,所占面積較大,因而從熱穩定、熱均勻視點出發,得出鐵損=銅損這一經驗規劃規矩。但對于高頻變壓器,選用十分細的漆包線作為繞組,這一經驗法則并不建立。在開關電源高頻變壓器規劃中,確定優化規劃有許多要素,而鐵損=銅損其實是最少受重視的一個方面。

     

    3、漏感=1%的磁化電感

    許多開關電源在規劃好磁性元件后,把相關的技術要求提交給變壓器制造廠家時,往往要對漏感巨細要求進行闡明。在許多技術單上,標注著漏感=1%的磁化電感漏感<2%的磁化電感等相似的技術要求。其實這種法很不專業。開關電源規劃應當依據電路正常工作要求,對所能承受的漏感值作一個數值約束。在變壓器的制造進程中,應在不使變壓器的其它參數(如匝間電容等)變差的情況下盡或許地減小漏感值,而非給出漏感與磁化電感的份額聯系作為技術要求。由于漏感與磁化電感的聯系隨變壓器有無氣隙變化很大。無氣隙時,漏感或許小于磁化電感的0.1,而在有氣隙時,即便變壓器繞組耦合得很緊密,漏感與磁化電感的份額聯系卻或許到達10%。

    因而,不要把漏感與磁化電感的份額聯系作為變壓器規劃指標供給給磁性元件生產商。不然,這將標明你不理解漏感常識或并不真實關懷實踐的漏感值。正確的做法是規矩清楚能夠承受的漏感絕對數值,當然能夠加上或減去一定的份額,這個份額的典型值為20%。

     

    4、漏感與磁芯磁導率有聯系

    有些開關電源規劃以為,給繞組加上磁芯,會使繞組耦合更緊密,可下降繞組間的漏感;也有些開關電源規劃以為,繞組加上磁芯后,磁芯會與繞組間的場彼此耦合,可增加漏感量。而事實是,在開關電源規劃中,兩個同軸繞組變壓器的漏感與有無磁芯存在并無聯系。這一成果或許令人無法理解,這是由于,一種相對磁導率為幾千的材料接近線圈后,對漏感的影響很小。通過幾百組變壓器的實測成果標明,有無磁芯存在,漏感變化值基本上不會超越10%,許多變化只要2%左右。

     

    5、變壓器繞組電流密度的優化值為2A/mm23.1A/mm2

    許多開關電源規劃在規劃高頻磁性元件時,往往把繞組中的電流密度巨細視為優化規劃的規范。其實優化規劃與繞組電流密度巨細并沒有聯系。真實有聯系的是繞組中有多少損耗,以及散熱辦法是否足夠保證溫升在答應的范圍之內。

    咱們能夠想象一下開關電源中散熱辦法的兩種極限情況。當散熱分別選用液浸和真空時,繞線中相應的電流密度會相差較大。

    開關電源的實踐研發中,咱們并不關懷電流密度是多大,而關懷的只是線包有多熱?溫升是否能夠承受?

    這種錯誤概念,是規劃人員為了防止繁瑣的重復試算,而人為所加的約束,來簡化變量數,然后簡化計算進程,但這一簡化并未闡明運用條件。

     

    6、原邊繞組損耗=副邊繞組損耗”—優化的變壓器規劃

    許多開關電源規劃以為優化的變壓器規劃對應著變壓器的原邊繞組損耗與副邊繞組損耗持平。乃至在許多磁性元件的規劃書中也把此作為一個優化規劃的規范。其實這并非什么優化規劃的規范。在某些情況下變壓器的鐵損和銅損或許相近。但如果原邊繞組損耗與副邊繞組損耗相差較大也沒有多大聯系。有必要再次著重的是,對于高頻磁性元件規劃咱們所關懷的是在所運用的散熱方法下,繞組有多熱?原邊繞組損耗=副邊繞組損耗只是工頻變壓器規劃的一種經驗規矩。

     

    7、繞組直徑小于穿透深度高頻損耗就會很小

    繞組直徑小于穿透深度并不能代表就沒有很大的高頻損耗。如果變壓器繞組中有許多層,即便繞線選用線徑比穿透深度細得多的漆包線,也或許會由于有很強的附近效應而發生很大的高頻損耗。因而在考慮繞組損耗時,不能僅僅從漆包線的粗細來判別損耗巨細,要綜合考慮整個繞組結構的安排,包含繞組繞制方法、繞組層數、繞線粗細等。

     

    8、正激式電路中變壓器的開路諧振頻率有必要比開關頻率高得多

    許多開關電源在規劃和檢測變壓器時以為變壓器的開路諧振頻率有必要比變換器的開關頻率高得多。其實不然,變壓器的開路諧振頻率與開關頻率的巨細并無聯系。咱們能夠想象一下極限情況:對于理想磁芯,其電感量無窮大,但也會有一個相對很小的匝間電容,其諧振頻率近似為零,比開關頻率小得多。真實與電路有聯系的是變壓器的短路諧振頻率。一般情況下,變壓器的短路諧振頻率都應當在開關頻率的兩個數量級以上。

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