A kapcsolóüzemű tápegység nagyfrekvenciás mágneses alkatrészeinek nyolc gyakori tervezési hibája
1) A mágneses magra optimalizált kialakítás ablakának kitöltése
Sok tápegység-tervező úgy gondolja, hogy a nagyfrekvenciás mágneses alkatrészek tervezésénél a magablak kitöltésével lehet a legjobb kialakítást elérni, de ez nem így van. Számos nagyfrekvenciás transzformátor és induktor tervezése során azt tapasztalhatjuk, hogy egy vagy több tekercsréteg hozzáadásával, vagy nagyobb huzalátmérőjű zománcozott huzalok használatával nemcsak nem éri el az optimális hatást, hanem növeli a teljes tekercsveszteséget. a tekercselés közelsége miatt.
Ezért a nagyfrekvenciás mágneses alkatrészek tervezésénél az sem számít, ha a tekercs nem teljesen burkolja be a vasmagos ablakot, hanem csak az ablakfelület 25%-át. Nem kell a teljes ablakterületet kitöltenie.
Ezt a tévhitet főként a teljesítményfrekvenciás mágneses alkatrészek kialakítása befolyásolja. A teljesítmény-frekvencia-transzformátor tervezésénél a mag és a tekercs integritása hangsúlyos, így nincs hézag a mag és a tekercs között, és a tekercs általában úgy van kialakítva, hogy kitöltse az egész ablakot, így biztosítva annak mechanikai stabilitását. A nagyfrekvenciás mágneses alkatrészek tervezésénél azonban nincs ilyen követelmény.
2) "vasveszteség=rézveszteség"-optimalizált transzformátor kialakítás
Sok energiatervező, még a mágneses alkatrészek tervezésére vonatkozó számos referenciakönyvben is, a „vasveszteséget=rézveszteséget” sorolja fel a nagyfrekvenciás transzformátorok optimális tervezésének egyik kritériumaként, de ez nem így van. A nagyfrekvenciás transzformátorok tervezésénél a vasveszteség és a rézveszteség között nagy lehet a különbség, esetenként akár egy nagyságrendet is elérhet, de ez nem jelenti azt, hogy a nagyfrekvenciás transzformátor nem lenne jól megtervezett.
Ezt a tévhitet befolyásolja a frekvenciaváltó kialakítása is. A teljesítmény-frekvencia-transzformátorok gyakran nagy területet foglalnak el a tekercsek nagy száma miatt, így a termikus stabilitás és a termikus egyenletesség szempontjából a „vasveszteség=rézveszteség” empirikus tervezési szabályt kapjuk.
A nagyfrekvenciás transzformátorok esetében azonban ez az ökölszabály nem érvényes. A kapcsolóüzemű nagyfrekvenciás transzformátor tervezésénél sok tényező határozza meg az optimális kialakítást, és a „vasveszteség=rézveszteség” valójában a legkevésbé érintett szempont.
3) Mágnesezett induktivitás szivárgási induktivitás mellett=1%
A mágneses alkatrészek tervezése után sok tápegység-tervező gyakran ismerteti a szivárgási induktivitás követelményeit, amikor a vonatkozó műszaki követelményeket benyújtja a transzformátorgyártóknak. Sok műszaki adatlapon hasonló műszaki követelmények vannak megjelölve, mint például "mágnesezési induktivitás szivárgási induktivitás mellett=1%" vagy "mágnesezési induktivitás szivárgási induktivitással < 2%". Valójában ez a fajta írási vagy tervezési szabvány nagyon nem professzionális.
A tápegység tervezőjének számszerű határértéket kell beállítania az elfogadható szivárgási induktivitásra az áramkör normál működési követelményei szerint. A transzformátor gyártása során a szivárgási induktivitást a lehető legnagyobb mértékben csökkenteni kell a transzformátor egyéb paramétereinek (például a fordulatszám-kapacitás) romlása nélkül, ahelyett, hogy a szivárgási induktivitás és a mágnesezési induktivitás arányos összefüggését műszaki követelményként megadnák. .
Mivel a szivárgási induktivitás és a mágnesezési induktivitás közötti kapcsolat nagymértékben változik a transzformátor légrés jelenlététől vagy hiányától függően. Ha nincs légrés, a szivárgási induktivitás kisebb lehet, mint a mágnesezési induktivitás 0,1%-a, légrés esetén pedig a transzformátor tekercseinek szoros összekapcsolása esetén is a szivárgás arányos kapcsolata Az induktivitás és a mágnesező induktivitás elérheti a 10%-ot.
Ezért a szivárgási induktivitás és a mágnesező induktivitás közötti arányos összefüggést nem szabad megadni a mágneses alkatrészek gyártójának a transzformátor tervezési indexeként. Ellenkező esetben azt fogja mutatni, hogy nem érti a szivárgási ismereteket, vagy nem igazán törődik a tényleges szivárgási értékkel. A helyes módszer az elfogadható szivárgási induktivitás abszolút értékének megadása. Természetesen egy bizonyos hányad hozzáadható vagy kivonható, ennek az aránynak a jellemző értéke 20%.
4) A szivárgási induktivitás a mágneses mag permeabilitásával függ össze.
Egyes tápegység-tervezők úgy vélik, hogy ha mágneses magot adnak a tekercsekhez, akkor a tekercsek szorosabban kapcsolódnak egymáshoz, és csökken a tekercsek közötti szivárgási induktivitás; Egyes tápegység-tervezők úgy gondolják, hogy a mágneses mag összekapcsolódik a tekercsek közötti mezővel, miután a mágneses magot hozzáadják a tekercsekhez, ami növelheti a szivárgási induktivitást.
Valójában a kapcsolóüzemű tápegység tervezésénél két koaxiális tekercstranszformátor szivárgási induktivitásának semmi köze a mágneses magok létezéséhez. Ez az eredmény érthetetlen lehet, mert egy több ezres relatív áteresztőképességű anyagnak csekély hatása van a szivárgási induktivitásra, ha közel van a tekercshez.
Több száz transzformátor mért eredményei azt mutatják, hogy a szivárgási induktivitás változása alapvetően nem haladja meg a 10%-ot mágneses maggal vagy anélkül, és sok változás csak 2% körüli.
5) A transzformátor tekercsének áramsűrűségének optimális értéke 2A/mm ~ 3,1A/mm.
Sok tápegység-tervező gyakran a tekercsben lévő áramsűrűséget tekinti az optimális tervezés szabványának a nagyfrekvenciás mágneses alkatrészek tervezésekor.
Valójában az optimális kialakításnak semmi köze a tekercs áramsűrűségéhez. Az igazán számít, hogy mekkora veszteség van a tekercsben, és hogy a hőelvezetési intézkedések elegendőek-e a megengedett tartományon belüli hőmérséklet-emelkedés biztosításához.
A kapcsolóüzemű tápellátásban a hőleadási intézkedések két szélsőséges esetét képzelhetjük el. Ha folyadékmerítést és vákuumot használnak a hőelvezetésre, a megfelelő áramsűrűség a tekercsben egészen más lesz.
A kapcsolóüzemű tápegység tényleges fejlesztése során nem az áramsűrűséggel foglalkozunk, hanem csak az, hogy a vezetékcsomag mennyire meleg. Elfogadható a hőmérséklet emelkedés?
Ez a hibás koncepció az, hogy a tervezők leegyszerűsítik a változók számát, és így leegyszerűsítik a számítási folyamatot, hogy elkerüljék a fárasztó ismételt próbálkozásokat és hibákat, de ez az egyszerűsítés nem magyarázza meg az alkalmazás feltételeit.
6), primer tekercs veszteség=szekunder tekercs veszteség "-optimalizált transzformátor kialakítás.
Sok tápegység-tervező úgy véli, hogy az optimalizált transzformátor kialakítás megfelel annak, hogy a transzformátor primer tekercsének vesztesége megegyezik a szekunder tekercs veszteségével. Még sok mágneses alkatrészek tervezési könyvében is ezt tekintik az optimális tervezés szabványának. Valójában ez nem az optimális tervezés szabványa.
Egyes esetekben a transzformátor vasvesztesége és rézvesztesége hasonló lehet. De nem sokat számít, ha nagy különbség van a primer tekercs vesztesége és a szekunder tekercs vesztesége között.
Ismételten hangsúlyozni kell, hogy a nagyfrekvenciás mágneses alkatrészek tervezésénél az aggaszt bennünket, hogy az alkalmazott hőleadási módban mennyire melegszik a tekercs. Az elsődleges tekercsveszteség=szekunder tekercsveszteség csak egy tapasztalati szabály a teljesítményfrekvencia-transzformátor tervezésénél.
7) Ha a tekercs átmérője kisebb, mint a behatolási mélység, a nagyfrekvenciás veszteség nagyon kicsi lesz.
Csak azért, mert a tekercs átmérője kisebb, mint a behatolási mélység, nem jelenti azt, hogy nincs nagy nagyfrekvenciás veszteség. Ha sok réteg van a transzformátor tekercsében, még akkor is, ha a vezeték átmérője sokkal vékonyabb, mint a behatolási mélység, az erős közelségi hatás miatt nagy nagyfrekvenciás veszteséget okozhat.
Ezért a tekercsveszteség mérlegelésekor nem csak a zománcozott huzal vastagságából kell megítélnünk a veszteséget, hanem átfogóan mérlegelnünk kell a teljes tekercsszerkezet elrendezését, beleértve a tekercselés módját, a tekercselési rétegeket és a tekercs vastagságát.
8) A transzformátor nyitott áramköri rezonancia frekvenciájának az előremenő áramkörben sokkal nagyobbnak kell lennie, mint a kapcsolási frekvencia.
Sok tápegység-tervező úgy gondolja, hogy a transzformátor nyitott láncú rezonancia frekvenciájának sokkal nagyobbnak kell lennie, mint az átalakító kapcsolási frekvenciájának a transzformátor tervezése és tesztelése során. Valójában a transzformátor nyitott láncú rezonancia frekvenciájának semmi köze a kapcsolási frekvenciához.
Elképzelhetjük a határesetet: egy ideális mágneses magnál az induktivitása végtelen, de lesz viszonylag kicsi a fordulat-kapacitása is, a rezonanciafrekvenciája pedig megközelítőleg nulla, ami jóval kisebb, mint a kapcsolási frekvencia.
Ami igazán összefügg az áramkörrel, az a transzformátor rövidzárlati rezonancia frekvenciája. Általánosságban elmondható, hogy a transzformátor rövidzárlati rezonancia frekvenciájának többnek kell lennie, mint a kapcsolási frekvencia két nagyságrendjével.
