開關(guān)電源中高頻磁性元件的規(guī)劃關(guān)于電路的正常工作和各項(xiàng)性能指標(biāo)的完結(jié)至關(guān)重要。加之高頻磁性元件規(guī)劃包含許多細(xì)節(jié)常識(shí)點(diǎn)，而這些細(xì)節(jié)內(nèi)容很難被一本或幾本所謂的“規(guī)劃大全”一一羅列清楚。為了優(yōu)化規(guī)劃高頻磁性元件，有必要依據(jù)運(yùn)用場合，綜合考慮多個(gè)規(guī)劃變量，重復(fù)計(jì)算調(diào)整。正由于此，高頻磁性元件規(guī)劃一直是令初涉開關(guān)電源領(lǐng)域的規(guī)劃人員頭疼的難題，乃至是困擾有多年工作經(jīng)驗(yàn)的開關(guān)電源工程師的問題。
許多文獻(xiàn)及相關(guān)技能資料給出的磁性元件規(guī)劃方法或公式往往直接忽略了某些規(guī)劃變量的影響，作了假設(shè)簡化后得出一套公式；或許并未交代清楚公式的運(yùn)用條件，乃至有些文獻(xiàn)所傳達(dá)的信息本身就不正確。許多開關(guān)電源規(guī)劃者并沒有意識(shí)到這一點(diǎn)，直接套用規(guī)劃手冊(cè)中的公式，或把規(guī)劃手冊(cè)中某些話斷章取義，尊為“規(guī)劃綱領(lǐng)”，而沒有進(jìn)行透徹的分析和考慮，以及實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。其成果往往是規(guī)劃出來的高頻磁性元件不能滿足運(yùn)用場合的要求，影響了研發(fā)的進(jìn)展和項(xiàng)目的按期完結(jié)。
為了使開關(guān)電源規(guī)劃者在規(guī)劃進(jìn)程中，防止犯同樣的過錯(cuò)，為此，咱們針對(duì)在學(xué)習(xí)和研發(fā)中遇到的一些概念性的問題進(jìn)行了總結(jié)，期望能給咱們供給一個(gè)學(xué)習(xí)。
2、一些過錯(cuò)概念的剖析
這兒以小標(biāo)題形式給出開關(guān)電源高頻磁性元件規(guī)劃中8種常見的過錯(cuò)概念，并加以詳細(xì)的剖析。
開關(guān)電源
1)、填滿磁芯窗口——優(yōu)化的規(guī)劃
許多開關(guān)電源規(guī)劃人員以為在高頻磁性元件規(guī)劃中，填滿磁芯窗口能夠取得最優(yōu)規(guī)劃，其實(shí)不然。在多例高頻變壓器和電感的規(guī)劃中，咱們能夠發(fā)現(xiàn)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(yōu)化的效果，反而會(huì)由于繞線中的附近效應(yīng)而增大繞組總損耗。因而在高頻磁性元件規(guī)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(lián)系。不必非得主意設(shè)法填滿整個(gè)窗口面積。
這種過錯(cuò)概念主要是受工頻磁性元件規(guī)劃的影響。在工頻變壓器規(guī)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(guī)劃成繞組填滿整個(gè)窗口，然后保證其機(jī)械穩(wěn)定性。但高頻磁性元件規(guī)劃并沒有這個(gè)要求。
2)、“鐵損=銅損”——優(yōu)化的變壓器規(guī)劃
許多開關(guān)電源規(guī)劃者，乃至在許多磁性元件規(guī)劃參考書中都把“鐵損=銅損”列為高頻變壓器優(yōu)化規(guī)劃的規(guī)范之一，其實(shí)不然。在高頻變壓器的規(guī)劃中，鐵損和銅損能夠相差較大，有時(shí)兩者不同乃至能夠到達(dá)一個(gè)數(shù)量級(jí)之大，但這并不代表該高頻變壓器規(guī)劃不好。
這種過錯(cuò)概念也是受工頻變壓器規(guī)劃的影響。工頻變壓器往往由于繞組匝數(shù)較多，所占面積較大，因而從熱穩(wěn)定、熱均勻視點(diǎn)出發(fā)，得出“鐵損=銅損”這一經(jīng)驗(yàn)規(guī)劃規(guī)矩。但關(guān)于高頻變壓器，選用十分細(xì)的漆包線作為繞組，這一經(jīng)驗(yàn)法則并不建立。在開關(guān)電源高頻變壓器規(guī)劃中，確定優(yōu)化規(guī)劃有許多要素，而“鐵損=銅損”其實(shí)是最少受重視的一個(gè)方面。
3)、漏感=1％的磁化電感
許多開關(guān)電源規(guī)劃者在規(guī)劃好磁性元件后，把相關(guān)的技能要求提交給變壓器制造廠家時(shí)，往往要對(duì)漏感巨細(xì)要求進(jìn)行闡明。在許多技能單上，標(biāo)注著“漏感=1％的磁化電感”或“漏感<2％的磁化電感”等相似的技能要求。其實(shí)這種寫法或規(guī)劃規(guī)范很不專業(yè)。開關(guān)電源規(guī)劃者應(yīng)當(dāng)依據(jù)電路正常工作要求,對(duì)所能承受的漏感值作一個(gè)數(shù)值約束。在制造變壓器的進(jìn)程中，應(yīng)在不使變壓器的其它參數(shù)（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(lián)系作為技能要求。由于漏感與磁化電感的聯(lián)系隨變壓器有無氣隙變化很大。無氣隙時(shí)，漏感或許小于磁化電感的0.1％,而在有氣隙時(shí)，即便變壓器繞組耦合得很緊密，漏感與磁化電感的份額聯(lián)系卻或許到達(dá)10％。
因而，不要把漏感與磁化電感的份額聯(lián)系作為變壓器規(guī)劃指標(biāo)供給給磁性元件生產(chǎn)商。不然，這將標(biāo)明你不理解漏感常識(shí)或并不真實(shí)關(guān)懷實(shí)踐的漏感值。正確的做法是規(guī)矩清楚能夠承受的漏感絕對(duì)數(shù)值，當(dāng)然能夠加上或減去一定的份額，這個(gè)份額的典型值為20％。
4)、漏感與磁芯磁導(dǎo)率有聯(lián)系
有些開關(guān)電源規(guī)劃者以為，給繞組加上磁芯，會(huì)使繞組耦合更緊密，可下降繞組間的漏感；也有些開關(guān)電源規(guī)劃者以為，繞組加上磁芯后，磁芯會(huì)與繞組間的場彼此耦合，可增加漏感量。
而事實(shí)是，在開關(guān)電源規(guī)劃中，兩個(gè)同軸繞組變壓器的漏感與有無磁芯存在并無聯(lián)系。這一成果或許令人無法理解，這是由于，一種相對(duì)磁導(dǎo)率為幾千的材料接近線圈后，對(duì)漏感的影響很小。通過幾百組變壓器的實(shí)測成果標(biāo)明，有無磁芯存在，漏感變化值基本上不會(huì)超越10％，許多變化只要2％左右。
5)、變壓器繞組電流密度的優(yōu)化值為2A/mm2～3.1A/mm2
許多開關(guān)電源規(guī)劃者在規(guī)劃高頻磁性元件時(shí)，往往把繞組中的電流密度巨細(xì)視為優(yōu)化規(guī)劃的規(guī)范。其實(shí)優(yōu)化規(guī)劃與繞組電流密度巨細(xì)并沒有聯(lián)系。真實(shí)有聯(lián)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(yīng)的范圍之內(nèi)。
咱們能夠想象一下開關(guān)電源中散熱辦法的兩種極限情況。當(dāng)散熱分別選用液浸和真空時(shí)，繞線中相應(yīng)的電流密度會(huì)相差較大。
在開關(guān)電源的實(shí)踐研發(fā)中，咱們并不關(guān)懷電流密度是多大，而關(guān)懷的只是線包有多熱？溫升是否能夠承受？
這種過錯(cuò)概念，是規(guī)劃人員為了防止繁瑣的重復(fù)試算，而人為所加的約束，來簡化變量數(shù)，然后簡化計(jì)算進(jìn)程，但這一簡化并未闡明運(yùn)用條件。
6)、原邊繞組損耗=副邊繞組損耗”——優(yōu)化的變壓器規(guī)劃
許多開關(guān)電源規(guī)劃者以為優(yōu)化的變壓器規(guī)劃對(duì)應(yīng)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(guī)劃書中也把此作為一個(gè)優(yōu)化規(guī)劃的規(guī)范。其實(shí)這并非什么優(yōu)化規(guī)劃的規(guī)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(lián)系。有必要再次著重的是，關(guān)于高頻磁性元件規(guī)劃咱們所關(guān)懷的是在所運(yùn)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(guī)劃的一種經(jīng)驗(yàn)規(guī)矩。
7)、繞組直徑小于穿透深度——高頻損耗就會(huì)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(xì)得多的漆包線，也或許會(huì)由于有很強(qiáng)的附近效應(yīng)而發(fā)生很大的高頻損耗。因而在考慮繞組損耗時(shí)，不能僅僅從漆包線的粗細(xì)來判別損耗巨細(xì)，要綜合考慮整個(gè)繞組結(jié)構(gòu)的安排，包含繞組繞制方法、繞組層數(shù)、繞線粗細(xì)等。
8)、正激式電路中變壓器的開路諧振頻率有必要比開關(guān)頻率高得多
許多開關(guān)電源規(guī)劃人員在規(guī)劃和檢測變壓器時(shí)以為變壓器的開路諧振頻率有必要比變換器的開關(guān)頻率高得多。其實(shí)不然，變壓器的開路諧振頻率與開關(guān)頻率的巨細(xì)并無聯(lián)系。咱們能夠想象一下極限情況：關(guān)于理想磁芯，其電感量無窮大，但也會(huì)有一個(gè)相對(duì)很小的匝間電容，其諧振頻率近似為零，比開關(guān)頻率小得多。
真實(shí)與電路有聯(lián)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(yīng)當(dāng)在開關(guān)頻率的兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上。
