Delapan Kesalahan Desain Umum Komponen Magnetik Frekuensi Tinggi dalam Switching Power Supply
1) Mengisi jendela desain inti magnetik yang dioptimalkan
Banyak perancang catu daya berpikir bahwa dalam desain komponen magnetik frekuensi tinggi, desain terbaik dapat diperoleh dengan mengisi jendela inti, padahal sebenarnya tidak. Dalam desain banyak transformator dan induktor frekuensi tinggi, kita dapat menemukan bahwa menambahkan satu atau lebih lapisan belitan, atau menggunakan kabel berenamel dengan diameter kawat lebih besar, tidak hanya tidak mendapatkan efek optimal, tetapi juga akan meningkatkan total kerugian belitan. karena efek kedekatan pada belitan.
Oleh karena itu, dalam desain komponen magnetik frekuensi tinggi, tidak masalah meskipun belitan tidak membungkus seluruh jendela inti besi, tetapi hanya membungkus 25% luas jendela. Anda tidak perlu mencoba memenuhi seluruh area jendela.
Kesalahpahaman ini terutama dipengaruhi oleh desain komponen magnetik frekuensi daya. Dalam desain transformator frekuensi daya, integritas inti dan belitan ditekankan, sehingga tidak ada celah antara inti dan belitan, dan belitan umumnya dirancang untuk memenuhi seluruh jendela, sehingga menjamin stabilitas mekanisnya. Namun, desain komponen magnetik frekuensi tinggi tidak memiliki persyaratan ini.
2) "kehilangan besi=kehilangan tembaga" - desain transformator yang dioptimalkan
Banyak perancang tenaga listrik, bahkan di banyak buku referensi untuk desain komponen magnetik, mencantumkan "kerugian besi=kerugian tembaga" sebagai salah satu kriteria untuk desain transformator frekuensi tinggi yang optimal, namun sebenarnya tidak. Dalam perancangan trafo frekuensi tinggi, perbedaan antara rugi-rugi besi dan rugi-rugi tembaga bisa sangat besar, bahkan terkadang perbedaannya bisa mencapai suatu urutan besarnya, namun hal ini tidak berarti bahwa trafo frekuensi tinggi tersebut tidak dirancang dengan baik.
Kesalahpahaman ini juga dipengaruhi oleh desain transformator frekuensi daya. Transformator frekuensi daya sering kali menempati area yang luas karena banyaknya belitan, sehingga dari perspektif stabilitas termal dan keseragaman termal, diperoleh aturan desain empiris "kerugian besi=kerugian tembaga".
Namun, untuk transformator frekuensi tinggi, aturan praktis ini tidak berlaku. Dalam desain transformator frekuensi tinggi catu daya switching, ada banyak faktor untuk menentukan desain optimal, dan "kerugian besi=kerugian tembaga" sebenarnya merupakan aspek yang paling tidak diperhatikan.
3) Induktansi magnet dengan induktansi kebocoran=1%
Setelah merancang komponen magnetik, banyak perancang catu daya sering menjelaskan persyaratan induktansi kebocoran ketika mengajukan persyaratan teknis yang relevan kepada produsen transformator. Banyak lembar teknis ditandai dengan persyaratan teknis serupa seperti "induktansi magnetisasi dengan induktansi kebocoran=1%" atau "induktansi magnetisasi dengan induktansi kebocoran < 2%". Padahal, standar penulisan atau desain seperti ini sangat tidak profesional.
Perancang catu daya harus menetapkan batas numerik pada induktansi kebocoran yang dapat diterima sesuai dengan persyaratan kerja normal rangkaian. Dalam proses pembuatan trafo, induktansi kebocoran harus dikurangi semaksimal mungkin tanpa menurunkan parameter trafo lainnya (seperti kapasitansi belokan ke belokan), alih-alih memberikan hubungan proporsional antara induktansi kebocoran dan induktansi magnetisasi sebagai persyaratan teknis. .
Karena hubungan antara induktansi kebocoran dan induktansi magnetisasi sangat bervariasi dengan ada tidaknya celah udara pada transformator. Jika tidak ada celah udara, induktansi kebocoran mungkin kurang dari 0.1% induktansi magnetisasi, sedangkan jika terdapat celah udara, meskipun belitan transformator dipasangkan erat, hubungan proporsional antara kebocoran induktansi dan induktansi magnetisasi dapat mencapai 10%.
Oleh karena itu, hubungan proporsional antara induktansi kebocoran dan induktansi magnetisasi tidak boleh diberikan kepada produsen komponen magnetik sebagai indeks desain transformator. Jika tidak, ini akan menunjukkan bahwa Anda tidak memahami pengetahuan kebocoran atau benar-benar peduli dengan nilai kebocoran sebenarnya. Cara yang benar adalah dengan menentukan nilai absolut induktansi kebocoran yang dapat diterima. Tentu saja, proporsi tertentu dapat ditambah atau dikurangi, dan nilai tipikal proporsi ini adalah 20%.
4) Induktansi kebocoran berhubungan dengan permeabilitas inti magnet.
Beberapa perancang catu daya percaya bahwa menambahkan inti magnet ke belitan akan membuat belitan lebih erat berpasangan dan mengurangi kebocoran induktansi antar belitan; Beberapa perancang catu daya berpikir bahwa inti magnet akan digabungkan dengan medan antar belitan setelah menambahkan inti magnet ke belitan, yang dapat meningkatkan induktansi kebocoran.
Faktanya, dalam desain catu daya switching, induktansi bocor dari dua transformator belitan koaksial tidak ada hubungannya dengan keberadaan inti magnet. Hasil ini mungkin tidak dapat dipahami, karena bahan dengan permeabilitas relatif beberapa ribu memiliki pengaruh yang kecil terhadap induktansi kebocoran ketika dekat dengan kumparan.
Hasil pengukuran ratusan trafo menunjukkan bahwa perubahan induktansi bocor pada dasarnya tidak lebih dari 10% dengan atau tanpa inti magnet, dan banyak perubahan hanya sekitar 2%.
5) Nilai optimal rapat arus belitan transformator adalah 2A/mm ~ 3,1A/mm.
Banyak perancang catu daya sering menganggap kerapatan arus pada belitan sebagai standar desain optimal ketika merancang komponen magnetik frekuensi tinggi.
Faktanya, desain optimal tidak ada hubungannya dengan rapat arus belitan. Yang benar-benar penting adalah berapa banyak kerugian yang terjadi pada belitan dan apakah tindakan pembuangan panas cukup untuk memastikan kenaikan suhu dalam kisaran yang diijinkan.
Kita dapat membayangkan dua kasus ekstrim dari tindakan pembuangan panas dalam peralihan pasokan listrik. Ketika perendaman cairan dan vakum digunakan untuk pembuangan panas, kerapatan arus dalam belitan akan sangat berbeda.
Dalam pengembangan sebenarnya dari catu daya switching, kami tidak peduli dengan kepadatan arus, tetapi hanya seberapa panas paket kabelnya. Apakah kenaikan suhu dapat diterima?
Konsep yang salah ini adalah bahwa perancang menyederhanakan jumlah variabel dan dengan demikian menyederhanakan proses perhitungan untuk menghindari percobaan dan kesalahan berulang-ulang yang membosankan, namun penyederhanaan ini tidak menjelaskan kondisi penerapannya.
6), rugi-rugi belitan primer=rugi-rugi belitan sekunder "-desain transformator yang dioptimalkan.
Banyak perancang catu daya percaya bahwa desain trafo yang dioptimalkan sesuai dengan rugi-rugi belitan primer transformator sama dengan rugi-rugi belitan sekunder. Bahkan dalam banyak buku desain komponen magnetik, hal ini dianggap sebagai standar untuk desain yang optimal. Faktanya, ini bukanlah standar untuk desain yang optimal.
Dalam beberapa kasus, rugi-rugi besi dan rugi-rugi tembaga pada transformator mungkin serupa. Namun tidak menjadi masalah jika terdapat perbedaan yang besar antara rugi-rugi belitan primer dan rugi-rugi belitan sekunder.
Harus ditekankan lagi bahwa yang menjadi perhatian kita dalam perancangan komponen magnet frekuensi tinggi adalah seberapa panas belitan pada mode pembuangan panas yang digunakan. Rugi-rugi belitan primer=rugi-rugi belitan sekunder hanya merupakan aturan empiris dalam perancangan transformator frekuensi daya.
7) Jika diameter belitan lebih kecil dari kedalaman penetrasi, kehilangan frekuensi tinggi akan sangat kecil.
Hanya karena diameter belitan lebih kecil dari kedalaman penetrasi tidak berarti tidak ada kehilangan frekuensi tinggi yang besar. Jika terdapat banyak lapisan pada belitan transformator, meskipun diameter kawat jauh lebih tipis dari kedalaman penetrasi, hal ini dapat menyebabkan kehilangan frekuensi tinggi yang besar karena efek kedekatan yang kuat.
Oleh karena itu, ketika mempertimbangkan kerugian belitan, kita tidak hanya harus menilai kerugian dari ketebalan kawat berenamel, tetapi juga mempertimbangkan secara komprehensif susunan seluruh struktur belitan, termasuk mode belitan, lapisan belitan, dan ketebalan belitan.
8) Frekuensi resonansi rangkaian terbuka transformator pada rangkaian maju harus jauh lebih tinggi daripada frekuensi switching.
Banyak perancang catu daya berpikir bahwa frekuensi resonansi rangkaian terbuka transformator harus jauh lebih tinggi daripada frekuensi switching konverter ketika merancang dan menguji transformator. Faktanya, frekuensi resonansi rangkaian terbuka transformator tidak ada hubungannya dengan frekuensi switching.
Kita dapat membayangkan kasus batasnya: untuk inti magnet yang ideal, induktansinya tidak terbatas, tetapi kapasitansi putaran-ke-putaran juga akan relatif kecil, dan frekuensi resonansinya kira-kira nol, yang jauh lebih kecil daripada frekuensi peralihan.
Yang sebenarnya berkaitan dengan rangkaian adalah frekuensi resonansi hubung singkat transformator. Secara umum, frekuensi resonansi hubung singkat transformator harus lebih dari dua kali lipat frekuensi switching.
