스위칭 전원 공급 장치의 고주파 자기 부품에 대한 8가지 일반적인 설계 실수
1) 자기코어 최적화 설계의 창을 채우다
많은 전원 공급 장치 설계자는 고주파 자기 부품 설계에서 코어 창을 채우는 것이 가장 좋은 설계를 얻을 수 있다고 생각하지만 그렇지 않습니다. 많은 고주파 변압기 및 인덕터 설계에서 하나 이상의 권선 레이어를 추가하거나 와이어 직경이 더 큰 에나멜 와이어를 사용하면 최적의 효과를 얻을 수 없을 뿐만 아니라 총 권선 손실도 증가한다는 것을 알 수 있습니다. 와인딩의 근접 효과 때문입니다.
따라서 고주파 자기 부품 설계에서는 권선이 철심 창을 완전히 감싸지 않고 창 영역의 25%만 감싸더라도 문제가 되지 않습니다. 전체 창 영역을 채우려고 할 필요는 없습니다.
이러한 오해는 주로 전력 주파수 자기 부품의 설계에 영향을 받습니다. 전원 주파수 변압기의 설계에서는 코어와 권선의 무결성이 강조되므로 코어와 권선 사이에 틈이 없으며 권선은 일반적으로 전체 창을 채우도록 설계되어 기계적 안정성을 보장합니다. 그러나 고주파 자기 부품의 설계에는 이러한 요구 사항이 없습니다.
2) "철손= 동손"-최적화된 변압기 설계
많은 전력 설계자들은 자기 부품 설계에 대한 많은 참고서에서도 고주파 변압기의 최적 설계 기준 중 하나로 "철손=동손"을 나열하지만 그렇지 않습니다. 고주파 변압기의 설계에 있어서 철손과 동손의 차이는 클 수 있고 때로는 그 차이가 수십배에 달할 수도 있지만 이것이 고주파 변압기가 제대로 설계되지 않았다는 의미는 아닙니다.
이러한 오해는 전력 주파수 변압기의 설계에도 영향을 받습니다. 전력용 변압기는 권선수가 많아 넓은 면적을 차지하는 경우가 많기 때문에 열적 안정성과 열균일성 측면에서 "철손= 동손"이라는 실증적인 설계규칙을 얻을 수 있다.
그러나 고주파 변압기의 경우 이러한 경험 법칙이 적용되지 않습니다. 스위칭 전원 공급 장치 고주파 변압기의 설계에는 최적의 설계를 결정하는 많은 요소가 있으며 "철 손실=동 손실"은 실제로 가장 덜 고려되는 측면입니다.
3) 누설 인덕턴스가=1%인 자화 인덕턴스
많은 전원 공급 장치 설계자는 자기 부품을 설계한 후 변압기 제조업체에 관련 기술 요구 사항을 제출할 때 누설 인덕턴스 요구 사항을 설명하는 경우가 많습니다. 많은 기술 시트에는 "누설 인덕턴스=1%로 자화 인덕턴스" 또는 "누설 인덕턴스가 2% 미만으로 자화 인덕턴스"와 같은 유사한 기술 요구 사항이 표시되어 있습니다. 사실 이런 글쓰기나 디자인 기준은 매우 비전문적입니다.
전원 공급 장치 설계자는 회로의 일반적인 작동 요구 사항에 따라 허용 가능한 누설 인덕턴스에 대한 수치 제한을 설정해야 합니다. 변압기를 제작하는 과정에서 누설 인덕턴스와 자화 인덕턴스 사이의 비례 관계를 기술적 요구 사항으로 제시하는 대신 변압기의 다른 매개변수(예: 턴-투-턴 커패시턴스)를 저하시키지 않고 누설 인덕턴스를 최대한 줄여야 합니다. .
누설 인덕턴스와 자화 인덕턴스 사이의 관계는 변압기에 에어 갭이 있는지 여부에 따라 크게 달라지기 때문입니다. 에어 갭이 없는 경우 누설 인덕턴스는 자화 인덕턴스의 0.1% 미만일 수 있으며, 에어 갭이 있는 경우 변압기 권선이 밀접하게 결합되어 있어도 누설 인덕턴스 사이의 비례 관계는 다음과 같습니다. 인덕턴스와 자화 인덕턴스는 10%에 도달할 수 있습니다.
따라서 누설 인덕턴스와 자화 인덕턴스의 비례 관계를 변압기의 설계 지표로 자성 부품 제조업체에 제공해서는 안됩니다. 그렇지 않으면 누출 지식을 이해하지 못하거나 실제 누출 값에 관심이 없다는 것을 보여줄 것입니다. 올바른 방법은 허용 가능한 누설 인덕턴스의 절대값을 지정하는 것입니다. 물론, 일정한 비율을 더하거나 뺄 수 있으며, 이 비율의 일반적인 값은 20%입니다.
4) 누설 인덕턴스는 자기 코어 투자율과 관련이 있습니다.
일부 전원 공급 장치 설계자는 권선에 자기 코어를 추가하면 권선이 더 밀접하게 결합되고 권선 사이의 누설 인덕턴스가 감소할 것이라고 믿습니다. 일부 전원 공급 장치 설계자는 자기 코어를 권선에 추가한 후 자기 코어가 권선 사이의 자기장과 결합되어 누설 인덕턴스가 증가할 수 있다고 생각합니다.
실제로 스위칭 전원 공급 장치 설계에서 두 개의 동축 권선 변압기의 누설 인덕턴스는 자기 코어의 존재와 관련이 없습니다. 이 결과는 이해하기 어려울 수 있습니다. 왜냐하면 상대 투자율이 수천에 달하는 재료는 코일에 가까울 때 누설 인덕턴스에 거의 영향을 미치지 않기 때문입니다.
수백 개의 변압기를 측정한 결과에 따르면 누설 인덕턴스의 변화는 기본적으로 자기 코어 유무에 관계없이 10%를 넘지 않으며 많은 변화는 약 2%에 불과합니다.
5) 변압기 권선 전류밀도의 최적값은 2A/mm ~ 3.1A/mm이다.
많은 전원 공급 장치 설계자는 고주파 자기 부품을 설계할 때 권선의 전류 밀도를 최적 설계의 표준으로 간주하는 경우가 많습니다.
실제로 최적의 설계는 권선 전류 밀도와 아무런 관련이 없습니다. 실제로 중요한 것은 권선에 얼마나 많은 손실이 있는지, 열 방출 조치가 허용 범위 내에서 온도 상승을 보장하기에 충분한지 여부입니다.
스위칭 전원 공급 장치에서 열 방출 조치에 대한 두 가지 극단적인 사례를 상상할 수 있습니다. 열 방출을 위해 액침과 진공을 각각 사용하는 경우 권선의 해당 전류 밀도는 상당히 다릅니다.
스위칭 전원 공급 장치의 실제 개발에서는 전류 밀도에 관심이 없고 와이어 패키지가 얼마나 뜨거운지에만 관심이 있습니다. 온도 상승이 허용됩니까?
이 잘못된 개념은 설계자가 지루하고 반복되는 시행착오를 피하기 위해 변수의 수를 단순화하여 계산 과정을 단순화한다는 것입니다. 그러나 이러한 단순화는 적용 조건을 설명하지 않습니다.
6) 1차 권선 손실=2차 권선 손실 " - 최적화된 트랜스포머 설계.
많은 전원 공급 장치 설계자는 최적화된 변압기 설계가 변압기의 1차 권선 손실이 2차 권선 손실과 동일하다고 믿습니다. 많은 자성 부품 설계 서적에서도 이는 최적 설계의 표준으로 간주됩니다. 사실 이는 최적설계의 기준은 아니다.
어떤 경우에는 변압기의 철손과 구리손이 비슷할 수 있습니다. 그러나 1차 권선 손실과 2차 권선 손실의 차이가 크다면 크게 문제가 되지 않습니다.
고주파 자기 부품 설계에서 우리가 우려하는 것은 사용된 방열 모드에서 권선이 얼마나 뜨거운지 다시 강조해야 합니다. 1차 권선 손실=2차 권선 손실은 전력용 변압기 설계의 경험적 규칙일 뿐입니다.
7) 권선 직경이 침투 깊이보다 작으면 고주파 손실이 매우 작습니다.
권선 직경이 관통 깊이보다 작다고 해서 고주파 손실이 크지 않다는 의미는 아닙니다. 변압기 권선에 여러 층이 있으면 선경이 관통 깊이보다 훨씬 얇아도 강한 근접 효과로 인해 큰 고주파 손실이 발생할 수 있습니다.
따라서 권선 손실을 고려할 때 에나멜 선의 두께만으로 손실을 판단할 뿐만 아니라 권선 모드, 권선 레이어 및 권선 두께를 포함한 전체 권선 구조의 배열을 종합적으로 고려해야 합니다.
8) 순방향 변압기의 개방 공진 주파수는 스위칭 주파수보다 훨씬 높아야 합니다.
많은 전원 공급 장치 설계자는 변압기를 설계하고 테스트할 때 변압기의 개방 회로 공진 주파수가 컨버터의 스위칭 주파수보다 훨씬 높아야 한다고 생각합니다. 실제로 변압기의 개방 회로 공진 주파수는 스위칭 주파수와 관련이 없습니다.
한계 사례를 상상할 수 있습니다. 이상적인 자기 코어의 경우 인덕턴스는 무한하지만 턴 간 커패시턴스는 상대적으로 작고 공진 주파수는 거의 0으로 스위칭 주파수보다 훨씬 작습니다.
실제로 회로와 관련된 것은 변압기의 단락 공진 주파수입니다. 일반적으로 변압기의 단락 공진 주파수는 스위칭 주파수의 2배 이상이어야 합니다.
