Huit erreurs de conception courantes des composants magnétiques haute fréquence dans les alimentations à découpage
1) Remplissage de la fenêtre de conception optimisée pour le noyau magnétique
De nombreux concepteurs d'alimentations pensent que dans la conception de composants magnétiques haute fréquence, la meilleure conception peut être obtenue en remplissant la fenêtre centrale, mais ce n'est pas le cas. Dans la conception de nombreux transformateurs et inducteurs haute fréquence, nous pouvons constater que l'ajout d'une ou plusieurs couches d'enroulements, ou l'utilisation de fils émaillés avec des diamètres de fil plus grands, non seulement ne permet pas d'obtenir l'effet optimal, mais augmente également la perte totale d'enroulement. à cause de l'effet de proximité lors du bobinage.
Par conséquent, dans la conception de composants magnétiques haute fréquence, cela n'a pas d'importance même si l'enroulement n'enveloppe pas complètement la fenêtre à noyau de fer, mais n'enveloppe que 25 % de la surface de la fenêtre. Vous n'êtes pas obligé d'essayer de remplir toute la zone de la fenêtre.
Cette idée fausse est principalement influencée par la conception des composants magnétiques à fréquence industrielle. Dans la conception du transformateur de fréquence industrielle, l'intégrité du noyau et de l'enroulement est soulignée, de sorte qu'il n'y a pas d'espace entre le noyau et l'enroulement, et l'enroulement est généralement conçu pour remplir toute la fenêtre, assurant ainsi sa stabilité mécanique. Cependant, la conception de composants magnétiques haute fréquence ne répond pas à cette exigence.
2) Conception de transformateur optimisée "perte de fer=perte de cuivre"
De nombreux concepteurs de puissance, même dans de nombreux ouvrages de référence sur la conception de composants magnétiques, citent la « perte de fer=perte de cuivre » comme l'un des critères de conception optimale des transformateurs haute fréquence, mais ce n'est pas le cas. Dans la conception du transformateur haute fréquence, la différence entre la perte de fer et la perte de cuivre peut être importante, et parfois la différence peut même atteindre un ordre de grandeur, mais cela ne signifie pas que le transformateur haute fréquence n'est pas bien conçu.
Cette idée fausse est également influencée par la conception du transformateur de fréquence industrielle. Les transformateurs de fréquence industrielle occupent souvent une grande surface en raison du grand nombre d'enroulements. Ainsi, du point de vue de la stabilité thermique et de l'uniformité thermique, la règle de conception empirique de « perte de fer=perte de cuivre » est obtenue.
Cependant, pour les transformateurs haute fréquence, cette règle empirique ne s’applique pas. Dans la conception d'un transformateur haute fréquence d'alimentation à découpage, de nombreux facteurs permettent de déterminer la conception optimale, et la « perte de fer=perte de cuivre » est en fait l'aspect le moins concerné.
3) Inductance magnétisée avec inductance de fuite=1 %
Après avoir conçu les composants magnétiques, de nombreux concepteurs d'alimentations expliquent souvent les exigences en matière d'inductance de fuite lorsqu'ils soumettent les exigences techniques pertinentes aux fabricants de transformateurs. De nombreuses fiches techniques comportent des exigences techniques similaires telles que « inductance magnétisante avec inductance de fuite = 1 % » ou « inductance magnétisante avec inductance de fuite < 2 % ». En fait, ce type de norme d’écriture ou de conception est très peu professionnelle.
Le concepteur de l'alimentation électrique doit fixer une limite numérique sur l'inductance de fuite acceptable en fonction des exigences de fonctionnement normales du circuit. Lors du processus de fabrication du transformateur, l'inductance de fuite doit être réduite autant que possible sans détériorer les autres paramètres du transformateur (tels que la capacité tour à tour), au lieu de donner la relation proportionnelle entre l'inductance de fuite et l'inductance magnétisante comme exigence technique. .
Parce que la relation entre l'inductance de fuite et l'inductance de magnétisation varie considérablement en fonction de la présence ou de l'absence d'entrefer dans le transformateur. Lorsqu'il n'y a pas d'entrefer, l'inductance de fuite peut être inférieure à 0,1 % de l'inductance magnétisante, tandis qu'en cas d'entrefer, même si les enroulements du transformateur sont étroitement couplés, la relation proportionnelle entre la fuite L'inductance et l'inductance magnétisante peuvent atteindre 10 %.
Par conséquent, la relation proportionnelle entre l'inductance de fuite et l'inductance magnétisante ne doit pas être fournie au fabricant de composants magnétiques comme indice de conception du transformateur. Sinon, cela montrera que vous ne comprenez pas les connaissances sur les fuites ou que vous ne vous souciez pas vraiment de la valeur réelle des fuites. La bonne méthode consiste à spécifier la valeur absolue de l’inductance de fuite acceptable. Bien entendu, une certaine proportion peut être ajoutée ou soustraite, et la valeur typique de cette proportion est de 20 %.
4) L'inductance de fuite est liée à la perméabilité du noyau magnétique.
Certains concepteurs d'alimentation électrique pensent que l'ajout d'un noyau magnétique aux enroulements rendra les enroulements plus étroitement couplés et réduira l'inductance de fuite entre les enroulements ; Certains concepteurs d'alimentation pensent que le noyau magnétique sera couplé au champ entre les enroulements après avoir ajouté le noyau magnétique aux enroulements, ce qui peut augmenter l'inductance de fuite.
En fait, dans la conception de l'alimentation à découpage, l'inductance de fuite de deux transformateurs à enroulements coaxiaux n'a rien à voir avec l'existence de noyaux magnétiques. Ce résultat peut être incompréhensible, car un matériau ayant une perméabilité relative de plusieurs milliers a peu d'effet sur l'inductance de fuite lorsqu'il est proche de la bobine.
Les résultats mesurés sur des centaines de transformateurs montrent que le changement de l'inductance de fuite ne dépasse fondamentalement pas 10 % avec ou sans noyau magnétique, et de nombreux changements ne sont qu'environ 2 %.
5) La valeur optimale de la densité de courant de l’enroulement du transformateur est de 2 A/mm ~ 3,1 A/mm.
De nombreux concepteurs d'alimentations considèrent souvent la densité de courant dans le bobinage comme la norme de conception optimale lors de la conception de composants magnétiques haute fréquence.
En fait, la conception optimale n’a rien à voir avec la densité de courant du bobinage. Ce qui compte vraiment, c'est l'ampleur des pertes dans l'enroulement et si les mesures de dissipation thermique sont suffisantes pour garantir une élévation de température dans la plage autorisée.
On peut imaginer deux cas extrêmes de mesures de dissipation thermique dans les alimentations à découpage. Lorsque l'immersion dans un liquide et le vide sont utilisés respectivement pour la dissipation thermique, la densité de courant correspondante dans l'enroulement sera très différente.
Dans le développement actuel de l'alimentation à découpage, nous ne nous soucions pas de la densité de courant, mais seulement de la température du faisceau de câbles. La hausse de température est-elle acceptable ?
Ce concept erroné est que les concepteurs simplifient le nombre de variables et simplifient ainsi le processus de calcul afin d'éviter des essais et erreurs fastidieux et répétés, mais cette simplification n'explique pas les conditions d'application.
6), perte dans l'enroulement primaire=perte dans l'enroulement secondaire "-conception optimisée du transformateur.
De nombreux concepteurs d'alimentation électrique pensent que la conception optimisée du transformateur correspond au fait que la perte dans l'enroulement primaire du transformateur est égale à la perte dans l'enroulement secondaire. Même dans de nombreux livres de conception de composants magnétiques, cela est considéré comme une norme pour une conception optimale. En fait, il ne s’agit pas d’une norme de conception optimale.
Dans certains cas, la perte de fer et la perte de cuivre du transformateur peuvent être similaires. Mais cela n'a pas beaucoup d'importance s'il y a une grande différence entre la perte de l'enroulement primaire et la perte de l'enroulement secondaire.
Il faut souligner à nouveau que ce qui nous préoccupe dans la conception de composants magnétiques haute fréquence est la température du bobinage sous le mode de dissipation thermique utilisé. Perte de l'enroulement primaire=La perte de l'enroulement secondaire n'est qu'une règle empirique dans la conception du transformateur de fréquence industrielle.
7) Si le diamètre de l'enroulement est inférieur à la profondeur de pénétration, la perte haute fréquence sera très faible.
Ce n’est pas parce que le diamètre de l’enroulement est inférieur à la profondeur de pénétration qu’il n’y a pas de perte importante dans les hautes fréquences. S'il y a plusieurs couches dans l'enroulement du transformateur, même si le diamètre du fil est beaucoup plus fin que la profondeur de pénétration, cela peut provoquer une perte importante de haute fréquence en raison d'un fort effet de proximité.
Par conséquent, lorsque l'on considère la perte d'enroulement, nous devons non seulement évaluer la perte en fonction de l'épaisseur du fil émaillé, mais également considérer de manière globale la disposition de l'ensemble de la structure d'enroulement, y compris le mode d'enroulement, les couches d'enroulement et l'épaisseur d'enroulement.
8) La fréquence de résonance en circuit ouvert du transformateur en circuit aller doit être bien supérieure à la fréquence de commutation.
De nombreux concepteurs d'alimentations pensent que la fréquence de résonance en circuit ouvert du transformateur doit être bien supérieure à la fréquence de commutation du convertisseur lors de la conception et du test du transformateur. En fait, la fréquence de résonance en circuit ouvert du transformateur n'a rien à voir avec la fréquence de commutation.
On peut imaginer le cas limite : pour un noyau magnétique idéal, son inductance est infinie, mais il y aura aussi une capacité tour à tour relativement petite, et sa fréquence de résonance est approximativement nulle, ce qui est bien inférieur à la fréquence de commutation.
Ce qui est réellement lié au circuit, c'est la fréquence de résonance de court-circuit du transformateur. En général, la fréquence de résonance en court-circuit du transformateur doit être supérieure à deux ordres de grandeur de la fréquence de commutation.
