Otto errori comuni di progettazione dei componenti magnetici ad alta frequenza negli alimentatori a commutazione
1) Riempimento della finestra del design ottimizzato per il nucleo magnetico
Molti progettisti di alimentatori pensano che nella progettazione di componenti magnetici ad alta frequenza, il miglior progetto possa essere ottenuto riempiendo la finestra centrale, ma non è così. Nella progettazione di molti trasformatori e induttori ad alta frequenza, possiamo scoprire che l'aggiunta di uno o più strati di avvolgimenti o l'utilizzo di fili smaltati con diametri di filo maggiori, non solo non può ottenere l'effetto ottimale, ma aumenterà la perdita totale dell'avvolgimento a causa dell'effetto di prossimità nell'avvolgimento.
Pertanto, nella progettazione di componenti magnetici ad alta frequenza, non ha importanza anche se l'avvolgimento non avvolge completamente la finestra con nucleo di ferro, ma avvolge solo il 25% dell'area della finestra. Non devi provare a riempire l'intera area della finestra.
Questo malinteso è influenzato principalmente dalla progettazione dei componenti magnetici a frequenza industriale. Nella progettazione del trasformatore di frequenza industriale, viene enfatizzata l'integrità del nucleo e dell'avvolgimento, quindi non vi è alcuno spazio tra nucleo e avvolgimento e l'avvolgimento è generalmente progettato per riempire l'intera finestra, garantendone così la stabilità meccanica. Tuttavia, la progettazione dei componenti magnetici ad alta frequenza non prevede questo requisito.
2) Design del trasformatore ottimizzato per "perdita di ferro=perdita di rame".
Molti progettisti di energia, anche in molti libri di riferimento per la progettazione di componenti magnetici, elencano "perdita di ferro=perdita di rame" come uno dei criteri per la progettazione ottimale dei trasformatori ad alta frequenza, ma non è così. Nella progettazione del trasformatore ad alta frequenza, la differenza tra perdite nel ferro e perdite nel rame può essere ampia e talvolta la differenza può raggiungere anche un ordine di grandezza, ma ciò non significa che il trasformatore ad alta frequenza non sia ben progettato.
Questo malinteso è influenzato anche dalla progettazione del trasformatore di frequenza industriale. I trasformatori di frequenza di rete spesso occupano una vasta area a causa del gran numero di avvolgimenti, quindi dal punto di vista della stabilità termica e dell'uniformità termica, si ottiene la regola di progettazione empirica di "perdita di ferro=perdita di rame".
Tuttavia, per i trasformatori ad alta frequenza questa regola pratica non è valida. Nella progettazione del trasformatore ad alta frequenza dell'alimentatore switching, ci sono molti fattori per determinare il progetto ottimale e "perdita di ferro=perdita di rame" è in realtà l'aspetto meno preoccupato.
3) Induttanza magnetizzata con induttanza di dispersione=1%
Dopo aver progettato i componenti magnetici, molti progettisti di alimentatori spesso spiegano i requisiti di induttanza di dispersione quando presentano i requisiti tecnici pertinenti ai produttori di trasformatori. Molte schede tecniche sono contrassegnate con requisiti tecnici simili come "induttanza magnetizzante con induttanza di dispersione=1%" o "induttanza magnetizzante con induttanza di dispersione < 2%". In effetti, questo tipo di scrittura o standard di progettazione è molto poco professionale.
Il progettista dell'alimentatore dovrebbe impostare un limite numerico sull'induttanza di dispersione accettabile in base ai normali requisiti di funzionamento del circuito. Nel processo di realizzazione del trasformatore, l'induttanza di dispersione dovrebbe essere ridotta il più possibile senza deteriorare altri parametri del trasformatore (come la capacità spira-spira), invece di fornire come requisito tecnico la relazione proporzionale tra induttanza di dispersione e induttanza magnetizzante. .
Perché la relazione tra induttanza di dispersione e induttanza di magnetizzazione varia notevolmente con la presenza o l'assenza di traferro nel trasformatore. Quando non c'è traferro, l'induttanza di dispersione può essere inferiore allo 0,1% dell'induttanza magnetizzante, mentre quando è presente un traferro, anche se gli avvolgimenti del trasformatore sono strettamente accoppiati, il rapporto proporzionale tra la dispersione l'induttanza e l'induttanza magnetizzante possono raggiungere il 10%.
Pertanto, la relazione proporzionale tra induttanza di dispersione e induttanza magnetizzante non dovrebbe essere fornita al produttore di componenti magnetici come indice di progettazione del trasformatore. In caso contrario, dimostrerà che non si comprendono le conoscenze sulle perdite o che non ci si preoccupa veramente del valore effettivo delle perdite. Il modo corretto è specificare il valore assoluto dell'induttanza di dispersione accettabile. Naturalmente, è possibile aggiungere o sottrarre una certa proporzione e il valore tipico di questa proporzione è del 20%.
4) L'induttanza di dispersione è correlata alla permeabilità del nucleo magnetico.
Alcuni progettisti di alimentatori ritengono che l'aggiunta di un nucleo magnetico agli avvolgimenti renderà gli avvolgimenti più strettamente accoppiati e ridurrà l'induttanza di dispersione tra gli avvolgimenti; Alcuni progettisti di alimentatori ritengono che il nucleo magnetico verrà accoppiato con il campo tra gli avvolgimenti dopo aver aggiunto il nucleo magnetico agli avvolgimenti, il che può aumentare l'induttanza di dispersione.
Infatti, nella progettazione degli alimentatori a commutazione, l'induttanza di dispersione di due trasformatori con avvolgimento coassiale non ha nulla a che fare con l'esistenza di nuclei magnetici. Questo risultato potrebbe essere incomprensibile, perché un materiale con una permeabilità relativa di diverse migliaia ha poco effetto sull'induttanza di dispersione quando è vicino alla bobina.
I risultati misurati su centinaia di trasformatori mostrano che la variazione dell'induttanza di dispersione non è sostanzialmente superiore al 10% con o senza nucleo magnetico, e molte variazioni sono solo del 2% circa.
5) Il valore ottimale della densità di corrente dell'avvolgimento del trasformatore è 2 A/mm ~ 3,1 A/mm.
Molti progettisti di alimentatori spesso considerano la densità di corrente nell'avvolgimento come lo standard di progettazione ottimale quando progettano componenti magnetici ad alta frequenza.
In effetti, la progettazione ottimale non ha nulla a che fare con la densità di corrente dell'avvolgimento. Ciò che conta davvero è quanta perdita c'è nell'avvolgimento e se le misure di dissipazione del calore sono sufficienti per garantire l'aumento della temperatura entro l'intervallo consentito.
Possiamo immaginare due casi estremi di misure di dissipazione del calore negli alimentatori switching. Quando per la dissipazione del calore vengono utilizzati rispettivamente l'immersione in un liquido e il vuoto, la corrispondente densità di corrente nell'avvolgimento sarà molto diversa.
Nello sviluppo effettivo degli alimentatori a commutazione, non ci interessa la densità di corrente, ma solo quanto è caldo il pacchetto di cavi. L'aumento di temperatura è accettabile?
Questo concetto errato è che i progettisti semplificano il numero di variabili e quindi semplificano il processo di calcolo per evitare noiosi tentativi ed errori ripetuti, ma questa semplificazione non spiega le condizioni di applicazione.
6), perdita dell'avvolgimento primario=perdita dell'avvolgimento secondario "-design del trasformatore ottimizzato.
Molti progettisti di alimentatori ritengono che il design ottimizzato del trasformatore corrisponda al fatto che la perdita dell'avvolgimento primario del trasformatore è uguale alla perdita dell'avvolgimento secondario. Anche in molti libri sulla progettazione di componenti magnetici questo è considerato uno standard per una progettazione ottimale. In realtà, questo non è uno standard per una progettazione ottimale.
In alcuni casi, la perdita di ferro e la perdita di rame del trasformatore possono essere simili. Ma non importa se c'è una grande differenza tra la perdita dell'avvolgimento primario e quella dell'avvolgimento secondario.
Va sottolineato ancora una volta che ciò che ci preoccupa nella progettazione dei componenti magnetici ad alta frequenza è quanto caldo sia l'avvolgimento nella modalità di dissipazione del calore utilizzata. Perdita dell'avvolgimento primario=La perdita dell'avvolgimento secondario è solo una regola empirica nella progettazione del trasformatore di frequenza industriale.
7) Se il diametro dell'avvolgimento è inferiore alla profondità di penetrazione, la perdita ad alta frequenza sarà molto piccola.
Solo perché il diametro dell'avvolgimento è inferiore alla profondità di penetrazione non significa che non vi sia una grande perdita di alta frequenza. Se sono presenti molti strati nell'avvolgimento del trasformatore, anche se il diametro del filo è molto più sottile della profondità di penetrazione, potrebbe causare una notevole perdita di alta frequenza a causa del forte effetto di prossimità.
Pertanto, quando si considera la perdita dell'avvolgimento, non dovremmo solo giudicare la perdita dallo spessore del filo smaltato, ma anche considerare in modo completo la disposizione dell'intera struttura dell'avvolgimento, compresa la modalità di avvolgimento, gli strati di avvolgimento e lo spessore dell'avvolgimento.
8) La frequenza di risonanza a circuito aperto del trasformatore nel circuito diretto deve essere molto superiore alla frequenza di commutazione.
Molti progettisti di alimentatori ritengono che la frequenza di risonanza a circuito aperto del trasformatore debba essere molto superiore alla frequenza di commutazione del convertitore durante la progettazione e il test del trasformatore. Infatti, la frequenza di risonanza a circuito aperto del trasformatore non ha nulla a che fare con la frequenza di commutazione.
Possiamo immaginare il caso limite: per un nucleo magnetico ideale, la sua induttanza è infinita, ma ci sarà anche una capacità giro per giro relativamente piccola e la sua frequenza di risonanza è circa zero, che è molto più piccola della frequenza di commutazione.
Ciò che è realmente correlato al circuito è la frequenza di risonanza di cortocircuito del trasformatore. In generale, la frequenza di risonanza di cortocircuito del trasformatore dovrebbe essere superiore a due ordini di grandezza della frequenza di commutazione.
