Oito erros comuns de projeto de componentes magnéticos de alta frequência em fontes de alimentação chaveadas
1) Preenchendo a janela do design otimizado para núcleo magnético
Muitos projetistas de fontes de alimentação pensam que no projeto de componentes magnéticos de alta frequência, o melhor projeto pode ser obtido preenchendo a janela do núcleo, mas não é assim. No projeto de muitos transformadores e indutores de alta frequência, podemos descobrir que adicionar uma ou mais camadas de enrolamentos, ou usar fios esmaltados com diâmetros de fio maiores, não apenas não conseguirá o efeito ideal, mas aumentará a perda total do enrolamento. por causa do efeito de proximidade no enrolamento.
Portanto, no projeto de componentes magnéticos de alta frequência, não importa mesmo que o enrolamento não envolva completamente a janela do núcleo de ferro, mas envolva apenas 25% da área da janela. Você não precisa tentar preencher toda a área da janela.
Este equívoco é influenciado principalmente pelo projeto dos componentes magnéticos de frequência de potência. No projeto do transformador de frequência de potência, a integridade do núcleo e do enrolamento é enfatizada, de modo que não há lacuna entre o núcleo e o enrolamento, e o enrolamento é geralmente projetado para preencher toda a janela, garantindo assim sua estabilidade mecânica. No entanto, o projeto de componentes magnéticos de alta frequência não possui esse requisito.
2) projeto de transformador otimizado para "perda de ferro=perda de cobre"
Muitos projetistas de energia, mesmo em muitos livros de referência para projeto de componentes magnéticos, listam "perda de ferro=perda de cobre" como um dos critérios para projeto ideal de transformadores de alta frequência, mas não é. No projeto do transformador de alta frequência, a diferença entre a perda de ferro e a perda de cobre pode ser grande, e às vezes a diferença pode até atingir uma ordem de grandeza, mas isso não significa que o transformador de alta frequência não seja bem projetado.
Este equívoco também é influenciado pelo projeto do transformador de frequência de potência. Os transformadores de frequência de potência geralmente ocupam uma grande área devido ao grande número de enrolamentos, portanto, do ponto de vista da estabilidade térmica e da uniformidade térmica, a regra de projeto empírica de "perda de ferro=perda de cobre" é obtida.
No entanto, para transformadores de alta frequência, esta regra não se aplica. No projeto do transformador de alta frequência da fonte de alimentação chaveada, há muitos fatores para determinar o projeto ideal, e "perda de ferro=perda de cobre" é na verdade o aspecto menos preocupado.
3) Indutância magnetizada com indutância de vazamento=1%
Depois de projetar os componentes magnéticos, muitos projetistas de fontes de alimentação geralmente explicam os requisitos de indutância de fuga ao enviar os requisitos técnicos relevantes aos fabricantes de transformadores. Muitas fichas técnicas são marcadas com requisitos técnicos semelhantes, como "indutância de magnetização com indutância de vazamento=1%" ou "indutância de magnetização com indutância de vazamento < 2%". Na verdade, esse tipo de padrão de escrita ou design não é muito profissional.
O projetista da fonte de alimentação deve definir um limite numérico para a indutância de fuga aceitável de acordo com os requisitos normais de funcionamento do circuito. No processo de fabricação do transformador, a indutância de fuga deve ser reduzida tanto quanto possível sem deteriorar outros parâmetros do transformador (como a capacitância entre espiras), em vez de fornecer a relação proporcional entre a indutância de fuga e a indutância de magnetização como um requisito técnico. .
Porque a relação entre a indutância de vazamento e a indutância de magnetização varia muito com a presença ou ausência de entreferro no transformador. Quando não há entreferro, a indutância de fuga pode ser inferior a 0,1% da indutância de magnetização, enquanto quando há entreferro, mesmo que os enrolamentos do transformador estejam intimamente acoplados, a relação proporcional entre o entreferro indutância e a indutância de magnetização podem chegar a 10%.
Portanto, a relação proporcional entre a indutância de vazamento e a indutância de magnetização não deve ser fornecida ao fabricante de componentes magnéticos como índice de projeto do transformador. Caso contrário, isso mostrará que você não entende o conhecimento do vazamento ou realmente não se preocupa com o valor real do vazamento. A maneira correta é especificar o valor absoluto da indutância de fuga aceitável. É claro que uma certa proporção pode ser adicionada ou subtraída, e o valor típico dessa proporção é 20%.
4) A indutância de vazamento está relacionada à permeabilidade do núcleo magnético.
Alguns projetistas de fontes de alimentação acreditam que adicionar um núcleo magnético aos enrolamentos tornará os enrolamentos mais acoplados e reduzirá a indutância de vazamento entre os enrolamentos; Alguns projetistas de fontes de alimentação pensam que o núcleo magnético será acoplado ao campo entre os enrolamentos após adicionar o núcleo magnético aos enrolamentos, o que pode aumentar a indutância de vazamento.
Na verdade, no projeto da fonte de alimentação chaveada, a indutância de fuga de dois transformadores de enrolamento coaxial não tem nada a ver com a existência de núcleos magnéticos. Este resultado pode ser incompreensível, porque um material com permeabilidade relativa de vários milhares tem pouco efeito na indutância de fuga quando está próximo da bobina.
Os resultados medidos de centenas de transformadores mostram que a mudança na indutância de fuga não é basicamente superior a 10% com ou sem núcleo magnético, e muitas mudanças são de apenas cerca de 2%.
5) O valor ideal da densidade de corrente do enrolamento do transformador é 2A/mm ~ 3,1A/mm.
Muitos projetistas de fontes de alimentação geralmente consideram a densidade de corrente no enrolamento como o padrão de projeto ideal ao projetar componentes magnéticos de alta frequência.
Na verdade, o projeto ideal não tem nada a ver com a densidade de corrente do enrolamento. O que realmente importa é quanta perda existe no enrolamento e se as medidas de dissipação de calor são suficientes para garantir o aumento da temperatura dentro da faixa permitida.
Podemos imaginar dois casos extremos de medidas de dissipação de calor na comutação de fontes de alimentação. Quando a imersão em líquido e o vácuo são usados para dissipação de calor, respectivamente, a densidade de corrente correspondente no enrolamento será bem diferente.
No desenvolvimento real da fonte de alimentação chaveada, não nos importamos com a densidade da corrente, mas apenas com o quão quente está o pacote de fios. O aumento da temperatura é aceitável?
Este conceito errôneo é que os projetistas simplificam o número de variáveis e, assim, simplificam o processo de cálculo, a fim de evitar tediosas tentativas e erros repetidos, mas essa simplificação não explica as condições de aplicação.
6), perda de enrolamento primário=perda de enrolamento secundário "-projeto de transformador otimizado.
Muitos projetistas de fontes de alimentação acreditam que o projeto otimizado do transformador corresponde ao fato de que a perda no enrolamento primário do transformador é igual à perda no enrolamento secundário. Mesmo em muitos livros de design de componentes magnéticos, isso é considerado um padrão para um design ideal. Na verdade, este não é um padrão para um design ideal.
Em alguns casos, a perda de ferro e a perda de cobre do transformador podem ser semelhantes. Mas não importa muito se há uma grande diferença entre a perda do enrolamento primário e a perda do enrolamento secundário.
Deve ser enfatizado novamente que o que nos preocupa no projeto de componentes magnéticos de alta frequência é a temperatura do enrolamento no modo de dissipação de calor utilizado. Perda no enrolamento primário=perda no enrolamento secundário é apenas uma regra empírica no projeto do transformador de frequência de potência.
7) Se o diâmetro do enrolamento for menor que a profundidade de penetração, a perda em alta frequência será muito pequena.
Só porque o diâmetro do enrolamento é menor que a profundidade de penetração não significa que não haja grande perda em altas frequências. Se houver muitas camadas no enrolamento do transformador, mesmo que o diâmetro do fio seja muito mais fino que a profundidade de penetração, isso poderá causar grande perda de alta frequência devido ao forte efeito de proximidade.
Portanto, ao considerar a perda do enrolamento, não devemos apenas julgar a perda pela espessura do fio esmaltado, mas também considerar de forma abrangente a disposição de toda a estrutura do enrolamento, incluindo o modo de enrolamento, as camadas do enrolamento e a espessura do enrolamento.
8) A frequência de ressonância de circuito aberto do transformador no circuito direto deve ser muito maior que a frequência de comutação.
Muitos projetistas de fontes de alimentação pensam que a frequência de ressonância de circuito aberto do transformador deve ser muito maior do que a frequência de comutação do conversor ao projetar e testar o transformador. Na verdade, a frequência de ressonância de circuito aberto do transformador não tem nada a ver com a frequência de comutação.
Podemos imaginar o caso limite: para um núcleo magnético ideal, sua indutância é infinita, mas também haverá uma capacitância entre espiras relativamente pequena e sua frequência de ressonância é aproximadamente zero, que é muito menor que a frequência de comutação.
O que realmente está relacionado ao circuito é a frequência de ressonância de curto-circuito do transformador. Em geral, a frequência de ressonância de curto-circuito do transformador deve ser superior a duas ordens de grandeza da frequência de comutação.
