ข้อผิดพลาดในการออกแบบทั่วไปแปดประการของส่วนประกอบแม่เหล็กความถี่สูงในการสลับพาวเวอร์ซัพพลาย
1) เติมหน้าต่างของการออกแบบที่ปรับให้เหมาะสมกับแกนแม่เหล็ก
นักออกแบบแหล่งจ่ายไฟหลายคนคิดว่าในการออกแบบส่วนประกอบแม่เหล็กความถี่สูง การออกแบบที่ดีที่สุดสามารถทำได้โดยการกรอกหน้าต่างแกนกลาง แต่กลับไม่ใช่ ในการออกแบบหม้อแปลงและตัวเหนี่ยวนำความถี่สูงหลายตัว เราพบว่าการเพิ่มขดลวดหนึ่งชั้นขึ้นไป หรือใช้ลวดเคลือบที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางลวดใหญ่กว่า ไม่เพียงแต่จะไม่ได้รับผลที่เหมาะสมที่สุด แต่ยังเพิ่มการสูญเสียของขดลวดทั้งหมดอีกด้วย เนื่องจากมีผลใกล้เคียงในการคดเคี้ยว
ดังนั้นในการออกแบบส่วนประกอบแม่เหล็กความถี่สูง แม้ว่าขดลวดจะไม่ได้พันหน้าต่างแกนเหล็กจนหมด แต่ก็ไม่สำคัญอีกต่อไป แต่จะพันเพียง 25% ของพื้นที่หน้าต่างเท่านั้น คุณไม่จำเป็นต้องพยายามเติมเต็มพื้นที่หน้าต่างทั้งหมด
ความเข้าใจผิดนี้ส่วนใหญ่ได้รับอิทธิพลจากการออกแบบส่วนประกอบแม่เหล็กความถี่กำลัง ในการออกแบบหม้อแปลงความถี่กำลัง เน้นความสมบูรณ์ของแกนและขดลวด ดังนั้นจึงไม่มีช่องว่างระหว่างแกนและขดลวด และโดยทั่วไปขดลวดได้รับการออกแบบให้เต็มหน้าต่างทั้งหมด จึงมั่นใจเสถียรภาพทางกล อย่างไรก็ตาม การออกแบบส่วนประกอบแม่เหล็กความถี่สูงไม่มีข้อกำหนดนี้
2) "การสูญเสียธาตุเหล็ก=การสูญเสียทองแดง" - การออกแบบหม้อแปลงที่ปรับให้เหมาะสม
ผู้ออกแบบกำลังไฟฟ้าหลายราย แม้กระทั่งในหนังสืออ้างอิงหลายเล่มเกี่ยวกับการออกแบบส่วนประกอบแม่เหล็ก ระบุว่า "การสูญเสียธาตุเหล็ก=การสูญเสียทองแดง" เป็นหนึ่งในเกณฑ์สำหรับการออกแบบหม้อแปลงความถี่สูงที่เหมาะสมที่สุด แต่ก็ไม่ได้เป็นเช่นนั้น ในการออกแบบหม้อแปลงความถี่สูง ความแตกต่างระหว่างการสูญเสียธาตุเหล็กและการสูญเสียทองแดงอาจมีขนาดใหญ่ และบางครั้งความแตกต่างก็อาจถึงลำดับความสำคัญได้ แต่ไม่ได้หมายความว่าหม้อแปลงความถี่สูงไม่ได้รับการออกแบบมาอย่างดี
ความเข้าใจผิดนี้ยังได้รับอิทธิพลจากการออกแบบหม้อแปลงความถี่กำลังอีกด้วย หม้อแปลงความถี่กำลังมักจะครอบครองพื้นที่ขนาดใหญ่เนื่องจากมีขดลวดจำนวนมาก ดังนั้นจากมุมมองของเสถียรภาพทางความร้อนและความสม่ำเสมอทางความร้อน จึงได้กฎการออกแบบเชิงประจักษ์ของ "การสูญเสียธาตุเหล็ก=การสูญเสียทองแดง"
อย่างไรก็ตาม สำหรับหม้อแปลงความถี่สูง หลักการทั่วไปนี้ไม่ถือเป็นหลักการ ในการออกแบบหม้อแปลงไฟฟ้าความถี่สูงแบบสวิตชิ่งจ่ายไฟ มีหลายปัจจัยในการพิจารณาการออกแบบที่เหมาะสมที่สุด และ "การสูญเสียธาตุเหล็ก=การสูญเสียทองแดง" ถือเป็นประเด็นที่เกี่ยวข้องน้อยที่สุด
3) ตัวเหนี่ยวนำแม่เหล็กพร้อมตัวเหนี่ยวนำการรั่วไหล=1%
หลังจากออกแบบส่วนประกอบแม่เหล็กแล้ว นักออกแบบแหล่งจ่ายไฟจำนวนมากมักจะอธิบายข้อกำหนดการเหนี่ยวนำการรั่วไหลเมื่อส่งข้อกำหนดทางเทคนิคที่เกี่ยวข้องไปยังผู้ผลิตหม้อแปลงไฟฟ้า เอกสารทางเทคนิคหลายฉบับมีข้อกำหนดทางเทคนิคที่คล้ายกัน เช่น "ตัวเหนี่ยวนำแม่เหล็กพร้อมตัวเหนี่ยวนำการรั่วไหล=1%" หรือ "ตัวเหนี่ยวนำแม่เหล็กพร้อมตัวเหนี่ยวนำการรั่วไหล < 2%" จริงๆ แล้ว มาตรฐานการเขียนหรือการออกแบบประเภทนี้ไม่เป็นมืออาชีพเลย
ผู้ออกแบบแหล่งจ่ายไฟควรกำหนดขีดจำกัดตัวเลขของการเหนี่ยวนำการรั่วไหลที่ยอมรับได้ตามความต้องการการทำงานปกติของวงจร ในขั้นตอนการผลิตหม้อแปลงไฟฟ้า ควรลดความเหนี่ยวนำการรั่วไหลให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ โดยไม่ทำให้พารามิเตอร์อื่นๆ ของหม้อแปลงเสื่อมลง (เช่น ความจุแบบเลี้ยวต่อเลี้ยว) แทนที่จะให้ความสัมพันธ์ตามสัดส่วนระหว่างความเหนี่ยวนำการรั่วไหลและการเหนี่ยวนำแม่เหล็กเป็นข้อกำหนดทางเทคนิค .
เนื่องจากความสัมพันธ์ระหว่างการเหนี่ยวนำการรั่วไหลและการเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะแตกต่างกันอย่างมากเมื่อมีหรือไม่มีช่องว่างอากาศในหม้อแปลง เมื่อไม่มีช่องว่างอากาศ ความเหนี่ยวนำการรั่วไหลอาจน้อยกว่า 0.1% ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ในขณะที่เมื่อมีช่องว่างอากาศ แม้ว่าขดลวดหม้อแปลงจะเชื่อมต่อกันอย่างใกล้ชิด ความสัมพันธ์ตามสัดส่วนระหว่างการรั่วไหล ตัวเหนี่ยวนำและความเหนี่ยวนำแม่เหล็กอาจถึง 10%
ดังนั้นจึงไม่ควรให้ความสัมพันธ์ตามสัดส่วนระหว่างความเหนี่ยวนำการรั่วไหลและการเหนี่ยวนำแม่เหล็กแก่ผู้ผลิตส่วนประกอบแม่เหล็กเป็นดัชนีการออกแบบของหม้อแปลง ไม่เช่นนั้นจะแสดงว่าคุณไม่เข้าใจความรู้เรื่องการรั่วซึมหรือสนใจค่าการรั่วไหลที่แท้จริงจริงๆ วิธีที่ถูกต้องคือระบุค่าสัมบูรณ์ของการเหนี่ยวนำการรั่วไหลที่ยอมรับได้ แน่นอนว่าสามารถเพิ่มหรือลบสัดส่วนได้ และค่าทั่วไปของสัดส่วนนี้คือ 20%
4) การเหนี่ยวนำการรั่วไหลสัมพันธ์กับการซึมผ่านของแกนแม่เหล็ก
ผู้ออกแบบแหล่งจ่ายไฟบางคนเชื่อว่าการเพิ่มแกนแม่เหล็กให้กับขดลวดจะทำให้ขดลวดเชื่อมต่อกันอย่างใกล้ชิดมากขึ้น และลดการเหนี่ยวนำการรั่วไหลระหว่างขดลวด ผู้ออกแบบแหล่งจ่ายไฟบางคนคิดว่าแกนแม่เหล็กจะจับคู่กับสนามระหว่างขดลวดหลังจากเพิ่มแกนแม่เหล็กเข้ากับขดลวด ซึ่งสามารถเพิ่มความเหนี่ยวนำการรั่วไหลได้
ในความเป็นจริงในการออกแบบแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง ความเหนี่ยวนำการรั่วไหลของหม้อแปลงขดลวดโคแอกเซียลสองตัวไม่เกี่ยวข้องกับการมีอยู่ของแกนแม่เหล็ก ผลลัพธ์นี้อาจไม่สามารถเข้าใจได้ เนื่องจากวัสดุที่มีการซึมผ่านสัมพัทธ์หลายพันมีผลเพียงเล็กน้อยต่อการเหนี่ยวนำการรั่วไหลเมื่ออยู่ใกล้กับขดลวด
ผลการวัดของหม้อแปลงหลายร้อยตัวแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงของการเหนี่ยวนำการรั่วไหลโดยพื้นฐานแล้วไม่เกิน 10% โดยมีหรือไม่มีแกนแม่เหล็ก และการเปลี่ยนแปลงหลายอย่างมีเพียงประมาณ 2% เท่านั้น
5) ค่าที่เหมาะสมที่สุดของความหนาแน่นกระแสของขดลวดหม้อแปลงคือ 2A/mm ~ 3.1A/mm
นักออกแบบแหล่งจ่ายไฟจำนวนมากมักถือว่าความหนาแน่นกระแสในขดลวดเป็นมาตรฐานของการออกแบบที่เหมาะสมที่สุดเมื่อออกแบบส่วนประกอบแม่เหล็กความถี่สูง
ในความเป็นจริง การออกแบบที่เหมาะสมที่สุดไม่เกี่ยวข้องกับความหนาแน่นกระแสของขดลวด สิ่งที่สำคัญจริงๆ คือการสูญเสียในขดลวดมากน้อยเพียงใด และมาตรการกระจายความร้อนเพียงพอหรือไม่เพื่อให้มั่นใจว่าอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นภายในช่วงที่อนุญาต
เราสามารถจินตนาการถึงมาตรการกระจายความร้อนที่รุนแรงสองกรณีในการจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง เมื่อใช้การแช่ของเหลวและสุญญากาศเพื่อกระจายความร้อนตามลำดับ ความหนาแน่นกระแสที่สอดคล้องกันในขดลวดจะแตกต่างกันมาก
ในการพัฒนาแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งอย่างแท้จริง เราไม่สนใจเกี่ยวกับความหนาแน่นของกระแส แต่จะสนใจเฉพาะความร้อนของชุดสายไฟเท่านั้น อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเป็นที่ยอมรับหรือไม่?
แนวคิดที่ผิดพลาดนี้คือผู้ออกแบบลดความซับซ้อนของจำนวนตัวแปรและทำให้ขั้นตอนการคำนวณง่ายขึ้นเพื่อหลีกเลี่ยงการลองผิดลองถูกซ้ำๆ ที่น่าเบื่อ แต่การลดความซับซ้อนนี้ไม่ได้อธิบายเงื่อนไขการใช้งาน
6) การสูญเสียขดลวดปฐมภูมิ=การสูญเสียขดลวดทุติยภูมิ "- การออกแบบหม้อแปลงที่ปรับให้เหมาะสม
ผู้ออกแบบแหล่งจ่ายไฟหลายคนเชื่อว่าการออกแบบหม้อแปลงไฟฟ้าที่ได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสมนั้นสอดคล้องกับการสูญเสียขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้าเท่ากับการสูญเสียขดลวดทุติยภูมิ แม้แต่ในหนังสือการออกแบบส่วนประกอบแม่เหล็กหลายเล่ม สิ่งนี้ก็ถือเป็นมาตรฐานสำหรับการออกแบบที่เหมาะสมที่สุด อันที่จริงนี่ไม่ใช่มาตรฐานสำหรับการออกแบบที่เหมาะสมที่สุด
ในบางกรณี การสูญเสียธาตุเหล็กและการสูญเสียทองแดงของหม้อแปลงอาจแตกต่างกัน แต่ก็ไม่สำคัญมากนักหากจะมีความแตกต่างอย่างมากระหว่างการสูญเสียของขดลวดปฐมภูมิและการสูญเสียของขดลวดทุติยภูมิ
ต้องย้ำอีกครั้งว่าสิ่งที่เรากังวลในการออกแบบส่วนประกอบแม่เหล็กความถี่สูงคือความร้อนของขดลวดภายใต้โหมดการกระจายความร้อนที่ใช้ การสูญเสียขดลวดปฐมภูมิ=การสูญเสียขดลวดทุติยภูมิเป็นเพียงกฎเชิงประจักษ์ในการออกแบบหม้อแปลงความถี่กำลัง
7) หากเส้นผ่านศูนย์กลางของขดลวดน้อยกว่าความลึกของการเจาะ การสูญเสียความถี่สูงจะมีขนาดเล็กมาก
เพียงเพราะเส้นผ่านศูนย์กลางของขดลวดน้อยกว่าความลึกของการเจาะไม่ได้หมายความว่าไม่มีการสูญเสียความถี่สูงมากนัก หากขดลวดหม้อแปลงมีหลายชั้น แม้ว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นลวดจะบางกว่าความลึกของการเจาะมาก แต่ก็อาจทำให้สูญเสียความถี่สูงได้มากเนื่องจากผลกระทบจากความใกล้ชิดที่รุนแรง
ดังนั้นเมื่อพิจารณาการสูญเสียของขดลวด เราไม่ควรตัดสินการสูญเสียจากความหนาของลวดเคลือบเท่านั้น แต่ยังพิจารณาการจัดวางโครงสร้างขดลวดทั้งหมดอย่างครอบคลุม รวมถึงโหมดการม้วน ชั้นของขดลวด และความหนาของขดลวด
8) ความถี่เรโซแนนซ์วงจรเปิดของหม้อแปลงในวงจรข้างหน้าจะต้องสูงกว่าความถี่สวิตชิ่งมาก
นักออกแบบแหล่งจ่ายไฟหลายคนคิดว่าความถี่เรโซแนนซ์วงจรเปิดของหม้อแปลงต้องสูงกว่าความถี่สวิตชิ่งของคอนเวอร์เตอร์มากเมื่อออกแบบและทดสอบหม้อแปลง ในความเป็นจริงความถี่เรโซแนนซ์วงจรเปิดของหม้อแปลงไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับความถี่สวิตชิ่ง
เราสามารถจินตนาการถึงกรณีขีดจำกัดได้: สำหรับแกนแม่เหล็กในอุดมคติ ความเหนี่ยวนำของมันไม่มีที่สิ้นสุด แต่จะมีความจุแบบเลี้ยวต่อเลี้ยวที่ค่อนข้างเล็กด้วย และความถี่เรโซแนนซ์จะอยู่ที่ประมาณศูนย์ ซึ่งน้อยกว่าความถี่สวิตชิ่งมาก
สิ่งที่เกี่ยวข้องกับวงจรจริงๆ คือความถี่เรโซแนนซ์ลัดวงจรของหม้อแปลงไฟฟ้า โดยทั่วไปความถี่เรโซแนนซ์ลัดวงจรของหม้อแปลงไฟฟ้าควรมีค่ามากกว่าสองขนาดของความถี่ในการสลับ
