Οκτώ κοινά λάθη σχεδιασμού των μαγνητικών εξαρτημάτων υψηλής συχνότητας στην εναλλαγή τροφοδοτικού
1) Γέμισμα του παραθύρου βελτιστοποιημένης σχεδίασης μαγνητικού πυρήνα
Πολλοί σχεδιαστές τροφοδοτικών πιστεύουν ότι στη σχεδίαση μαγνητικών εξαρτημάτων υψηλής συχνότητας, ο καλύτερος σχεδιασμός μπορεί να επιτευχθεί γεμίζοντας το παράθυρο του πυρήνα, αλλά δεν είναι. Στο σχεδιασμό πολλών μετασχηματιστών και επαγωγέων υψηλής συχνότητας, μπορούμε να διαπιστώσουμε ότι η προσθήκη ενός ή περισσότερων στρωμάτων περιελίξεων ή η χρήση εμαγιέ συρμάτων με μεγαλύτερες διαμέτρους καλωδίων, όχι μόνο δεν μπορεί να έχει το βέλτιστο αποτέλεσμα, αλλά θα αυξήσει τη συνολική απώλεια περιελίξεων λόγω της επίδρασης εγγύτητας στην περιέλιξη.
Επομένως, στη σχεδίαση μαγνητικών εξαρτημάτων υψηλής συχνότητας, δεν έχει σημασία ακόμη και αν η περιέλιξη δεν τυλίγει πλήρως το παράθυρο του σιδερένιου πυρήνα, αλλά τυλίγει μόνο το 25% της επιφάνειας του παραθύρου. Δεν χρειάζεται να προσπαθήσετε να γεμίσετε ολόκληρη την περιοχή του παραθύρου.
Αυτή η εσφαλμένη αντίληψη επηρεάζεται κυρίως από το σχεδιασμό των μαγνητικών στοιχείων συχνότητας ισχύος. Στο σχεδιασμό του μετασχηματιστή συχνότητας ισχύος, τονίζεται η ακεραιότητα του πυρήνα και της περιέλιξης, επομένως δεν υπάρχει κενό μεταξύ πυρήνα και περιέλιξης και η περιέλιξη είναι γενικά σχεδιασμένη να γεμίζει ολόκληρο το παράθυρο, διασφαλίζοντας έτσι τη μηχανική του σταθερότητα. Ωστόσο, ο σχεδιασμός των μαγνητικών στοιχείων υψηλής συχνότητας δεν έχει αυτή την απαίτηση.
2) Βελτιστοποιημένος σχεδιασμός μετασχηματιστή "απώλεια σιδήρου=απώλεια χαλκού".
Πολλοί σχεδιαστές ισχύος, ακόμη και σε πολλά βιβλία αναφοράς για το σχεδιασμό μαγνητικών εξαρτημάτων, αναφέρουν την "απώλεια σιδήρου=απώλεια χαλκού" ως ένα από τα κριτήρια για τον βέλτιστο σχεδιασμό μετασχηματιστών υψηλής συχνότητας, αλλά δεν είναι. Στο σχεδιασμό του μετασχηματιστή υψηλής συχνότητας, η διαφορά μεταξύ απώλειας σιδήρου και χαλκού μπορεί να είναι μεγάλη και μερικές φορές η διαφορά μπορεί να φτάσει ακόμη και μια τάξη μεγέθους, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι ο μετασχηματιστής υψηλής συχνότητας δεν είναι καλά σχεδιασμένος.
Αυτή η εσφαλμένη αντίληψη επηρεάζεται επίσης από το σχεδιασμό του μετασχηματιστή συχνότητας ισχύος. Οι μετασχηματιστές συχνότητας ισχύος καταλαμβάνουν συχνά μεγάλη περιοχή λόγω του μεγάλου αριθμού περιελίξεων, επομένως από την άποψη της θερμικής σταθερότητας και της θερμικής ομοιομορφίας, προκύπτει ο εμπειρικός κανόνας σχεδιασμού της "απώλειας σιδήρου=απώλεια χαλκού".
Ωστόσο, για τους μετασχηματιστές υψηλής συχνότητας, αυτός ο εμπειρικός κανόνας δεν ισχύει. Στο σχεδιασμό του μετασχηματιστή υψηλής συχνότητας τροφοδοτικού μεταγωγής, υπάρχουν πολλοί παράγοντες για τον καθορισμό του βέλτιστου σχεδιασμού και η "απώλεια σιδήρου=απώλεια χαλκού" είναι στην πραγματικότητα η λιγότερο ενδιαφέρουσα πτυχή.
3) Μαγνητισμένη επαγωγή με επαγωγή διαρροής=1%
Μετά το σχεδιασμό των μαγνητικών εξαρτημάτων, πολλοί σχεδιαστές τροφοδοτικών συχνά εξηγούν τις απαιτήσεις επαγωγής διαρροής όταν υποβάλλουν τις σχετικές τεχνικές απαιτήσεις στους κατασκευαστές μετασχηματιστών. Πολλά τεχνικά φύλλα επισημαίνονται με παρόμοιες τεχνικές απαιτήσεις, όπως "μαγνητική επαγωγή με επαγωγή διαρροής=1%" ή "μαγνητική επαγωγή με επαγωγή διαρροής < 2%". Στην πραγματικότητα, αυτό το είδος γραφής ή σχεδιαστικού προτύπου είναι πολύ αντιεπαγγελματικό.
Ο σχεδιαστής του τροφοδοτικού θα πρέπει να θέσει ένα αριθμητικό όριο στην αποδεκτή αυτεπαγωγή διαρροής σύμφωνα με τις κανονικές απαιτήσεις λειτουργίας του κυκλώματος. Κατά τη διαδικασία κατασκευής του μετασχηματιστή, η επαγωγή διαρροής θα πρέπει να μειωθεί όσο το δυνατόν περισσότερο χωρίς να επιδεινωθούν άλλες παράμετροι του μετασχηματιστή (όπως η χωρητικότητα περιστροφής σε στροφή), αντί να δίνεται η αναλογική σχέση μεταξύ επαγωγής διαρροής και μαγνητιστικής επαγωγής ως τεχνική απαίτηση .
Επειδή η σχέση μεταξύ της επαγωγής διαρροής και της αυτεπαγωγής μαγνήτισης ποικίλλει πολύ με την παρουσία ή την απουσία διακένου αέρα στον μετασχηματιστή. Όταν δεν υπάρχει διάκενο αέρα, η επαγωγή διαρροής μπορεί να είναι μικρότερη από 0.1% της επαγωγής μαγνήτισης, ενώ όταν υπάρχει διάκενο αέρα, ακόμη και αν οι περιελίξεις του μετασχηματιστή είναι στενά συνδεδεμένες, η αναλογική σχέση μεταξύ της διαρροής η επαγωγή και η επαγωγή μαγνήτισης μπορεί να φτάσει το 10%.
Επομένως, η αναλογική σχέση μεταξύ της επαγωγής διαρροής και της αυτεπαγωγής μαγνήτισης δεν πρέπει να παρέχεται στον κατασκευαστή των μαγνητικών στοιχείων ως δείκτης σχεδιασμού του μετασχηματιστή. Διαφορετικά, θα δείξει ότι δεν κατανοείτε τις γνώσεις διαρροής ή ότι ενδιαφέρεστε πραγματικά για την πραγματική τιμή διαρροής. Ο σωστός τρόπος είναι να προσδιορίσετε την απόλυτη τιμή της αποδεκτής επαγωγής διαρροής. Φυσικά, μια ορισμένη αναλογία μπορεί να προστεθεί ή να αφαιρεθεί και η τυπική τιμή αυτής της αναλογίας είναι 20%.
4) Η επαγωγή διαρροής σχετίζεται με τη διαπερατότητα του μαγνητικού πυρήνα.
Μερικοί σχεδιαστές τροφοδοτικών πιστεύουν ότι η προσθήκη ενός μαγνητικού πυρήνα στις περιελίξεις θα κάνει τις περιελίξεις πιο στενά συνδεδεμένες και θα μειώσει την επαγωγή διαρροής μεταξύ των περιελίξεων. Μερικοί σχεδιαστές τροφοδοτικών πιστεύουν ότι ο μαγνητικός πυρήνας θα συζευχθεί με το πεδίο μεταξύ των περιελίξεων μετά την προσθήκη του μαγνητικού πυρήνα στις περιελίξεις, γεγονός που μπορεί να αυξήσει την επαγωγή διαρροής.
Στην πραγματικότητα, στο σχεδιασμό της τροφοδοσίας μεταγωγής, η αυτεπαγωγή διαρροής δύο μετασχηματιστών ομοαξονικής περιέλιξης δεν έχει καμία σχέση με την ύπαρξη μαγνητικών πυρήνων. Αυτό το αποτέλεσμα μπορεί να είναι ακατανόητο, επειδή ένα υλικό με σχετική διαπερατότητα αρκετών χιλιάδων έχει μικρή επίδραση στην επαγωγή διαρροής όταν βρίσκεται κοντά στο πηνίο.
Τα αποτελέσματα μετρήσεων εκατοντάδων μετασχηματιστών δείχνουν ότι η αλλαγή της επαγωγής διαρροής δεν είναι βασικά μεγαλύτερη από 10% με ή χωρίς μαγνητικό πυρήνα και πολλές αλλαγές είναι μόνο περίπου 2%.
5) Η βέλτιστη τιμή της πυκνότητας ρεύματος της περιέλιξης του μετασχηματιστή είναι 2A/mm ~ 3,1A/mm.
Πολλοί σχεδιαστές τροφοδοτικών συχνά θεωρούν την πυκνότητα ρεύματος στην περιέλιξη ως το πρότυπο βέλτιστου σχεδιασμού όταν σχεδιάζουν μαγνητικά εξαρτήματα υψηλής συχνότητας.
Στην πραγματικότητα, ο βέλτιστος σχεδιασμός δεν έχει καμία σχέση με την πυκνότητα ρεύματος περιέλιξης. Αυτό που πραγματικά έχει σημασία είναι πόσες απώλειες υπάρχουν στο τύλιγμα και αν τα μέτρα απαγωγής θερμότητας είναι αρκετά για να εξασφαλίσουν την άνοδο της θερμοκρασίας εντός του επιτρεπόμενου εύρους.
Μπορούμε να φανταστούμε δύο ακραίες περιπτώσεις μέτρων απαγωγής θερμότητας στην παροχή ρεύματος μεταγωγής. Όταν η εμβάπτιση υγρού και το κενό χρησιμοποιούνται για απαγωγή θερμότητας αντίστοιχα, η αντίστοιχη πυκνότητα ρεύματος στην περιέλιξη θα είναι αρκετά διαφορετική.
Στην πραγματική ανάπτυξη της τροφοδοσίας μεταγωγής, δεν μας ενδιαφέρει η πυκνότητα ρεύματος, αλλά μόνο το πόσο ζεστό είναι το πακέτο καλωδίων. Είναι αποδεκτή η αύξηση της θερμοκρασίας;
Αυτή η λανθασμένη ιδέα είναι ότι οι σχεδιαστές απλοποιούν τον αριθμό των μεταβλητών και έτσι απλοποιούν τη διαδικασία υπολογισμού προκειμένου να αποφευχθούν κουραστικές επαναλαμβανόμενες δοκιμές και σφάλματα, αλλά αυτή η απλοποίηση δεν εξηγεί τις συνθήκες εφαρμογής.
6), απώλεια πρωτογενούς περιέλιξης=δευτερεύουσα απώλεια περιέλιξης "-βελτιστοποιημένος σχεδιασμός μετασχηματιστή.
Πολλοί σχεδιαστές τροφοδοτικών πιστεύουν ότι ο βελτιστοποιημένος σχεδιασμός του μετασχηματιστή αντιστοιχεί στο ότι η πρωταρχική απώλεια περιέλιξης του μετασχηματιστή είναι ίση με τη δευτερεύουσα απώλεια περιέλιξης. Ακόμη και σε πολλά βιβλία σχεδιασμού μαγνητικών στοιχείων, αυτό θεωρείται ως πρότυπο για βέλτιστο σχεδιασμό. Στην πραγματικότητα, αυτό δεν αποτελεί πρότυπο για βέλτιστο σχεδιασμό.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, η απώλεια σιδήρου και η απώλεια χαλκού του μετασχηματιστή μπορεί να είναι παρόμοιες. Αλλά δεν έχει μεγάλη σημασία αν υπάρχει μεγάλη διαφορά μεταξύ της πρωταρχικής απώλειας περιέλιξης και της δευτερεύουσας απώλειας περιέλιξης.
Πρέπει να τονιστεί ξανά ότι αυτό που μας απασχολεί στο σχεδιασμό μαγνητικών εξαρτημάτων υψηλής συχνότητας είναι το πόσο ζεστό είναι το τύλιγμα κάτω από τη λειτουργία απαγωγής θερμότητας που χρησιμοποιείται. Η απώλεια πρωτογενούς περιέλιξης=δευτερεύουσα απώλεια περιέλιξης είναι μόνο ένας εμπειρικός κανόνας στο σχεδιασμό του μετασχηματιστή συχνότητας ισχύος.
7) Εάν η διάμετρος της περιέλιξης είναι μικρότερη από το βάθος διείσδυσης, η απώλεια υψηλής συχνότητας θα είναι πολύ μικρή.
Ακριβώς επειδή η διάμετρος του τυλίγματος είναι μικρότερη από το βάθος διείσδυσης δεν σημαίνει ότι δεν υπάρχει μεγάλη απώλεια υψηλής συχνότητας. Εάν υπάρχουν πολλά στρώματα στην περιέλιξη του μετασχηματιστή, ακόμα κι αν η διάμετρος του σύρματος είναι πολύ πιο λεπτή από το βάθος διείσδυσης, μπορεί να προκαλέσει μεγάλη απώλεια υψηλής συχνότητας λόγω της ισχυρής εγγύτητας.
Επομένως, όταν εξετάζουμε την απώλεια περιέλιξης, δεν θα πρέπει να κρίνουμε μόνο την απώλεια από το πάχος του εμαγιέ σύρματος, αλλά και να εξετάσουμε διεξοδικά τη διάταξη ολόκληρης της δομής περιέλιξης, συμπεριλαμβανομένου του τρόπου περιέλιξης, των στρωμάτων περιέλιξης και του πάχους περιέλιξης.
8) Η συχνότητα συντονισμού ανοιχτού κυκλώματος του μετασχηματιστή στο μπροστινό κύκλωμα πρέπει να είναι πολύ μεγαλύτερη από τη συχνότητα μεταγωγής.
Πολλοί σχεδιαστές τροφοδοτικών πιστεύουν ότι η συχνότητα συντονισμού ανοιχτού κυκλώματος του μετασχηματιστή πρέπει να είναι πολύ υψηλότερη από τη συχνότητα μεταγωγής του μετατροπέα κατά το σχεδιασμό και τη δοκιμή του μετασχηματιστή. Στην πραγματικότητα, η συχνότητα συντονισμού ανοιχτού κυκλώματος του μετασχηματιστή δεν έχει καμία σχέση με τη συχνότητα μεταγωγής.
Μπορούμε να φανταστούμε την οριακή περίπτωση: για έναν ιδανικό μαγνητικό πυρήνα, η αυτεπαγωγή του είναι άπειρη, αλλά θα υπάρχει επίσης μια σχετικά μικρή χωρητικότητα στροφής σε στροφή και η συχνότητα συντονισμού του είναι περίπου μηδέν, η οποία είναι πολύ μικρότερη από τη συχνότητα μεταγωγής.
Αυτό που πραγματικά σχετίζεται με το κύκλωμα είναι η συχνότητα συντονισμού βραχυκυκλώματος του μετασχηματιστή. Γενικά, η συχνότητα συντονισμού βραχυκυκλώματος του μετασχηματιστή πρέπει να είναι μεγαλύτερη από δύο τάξεις μεγέθους της συχνότητας μεταγωγής.
