Com més alta sigui la freqüència de commutació del transformador, més petit serà el seu volum. Aleshores, vol dir que no hi ha un límit superior per a la freqüència de commutació? Per tant, pot ser molt petit el volum?
La resposta és negativa. En el procés de treball real, la freqüència dels transformadors d'alta freqüència està determinada per múltiples factors i es pot dividir en diversos aspectes:
1. Topologia de circuit amb topologia flyback: els transformadors tenen les funcions d'emmagatzematge i transformació d'energia, amb una freqüència de funcionament habitual de 40-100 kHz. Quan la freqüència és inferior a 40 kHz, el volum del nucli de ferro és massa gran, cosa que resulta en un volum d'alimentació més gran; quan la freqüència supera els 100 kHz, els pics de tensió causats per la inductància de fuita poden danyar el transistor de commutació.
Topologia directa: el rang comú és de 60-150 kHz, però requereix equilibrar les pèrdues del nucli magnètic i les pèrdues de commutació. Topologia push-pull/mig pont/pont complet: nucli magnètic magnetitzat bidireccional accionat per commutador simètric, major eficiència, admet freqüències més altes que van des de centenars de kHz fins a MHz, però requereix un disseny de control i dissipació de calor més complexos.
2. Les característiques dels materials de nucli magnètic inclouen la pèrdua per histèresi magnètica i la pèrdua per corrents de Foucault. Dins d'un cert rang, la pèrdua del nucli magnètic augmenta amb l'augment de la freqüència. Per tant, els diferents materials de nucli magnètic han de tenir diferents rangs d'ús de freqüència per garantir pèrdues de nucli magnètic relativament més baixes. Per exemple, la ferrita de zinc-manganès és adequada per al seu ús a freqüències que oscil·len entre 10 i 300 kHz, mentre que la ferrita de zinc-níquel és adequada per al seu ús a freqüències superiors a 1 MHz.
En segon lloc, a mesura que augmenta la freqüència, cal reduir la intensitat màxima d'inducció magnètica per evitar la saturació del nucli magnètic. Per exemple, la intensitat d'inducció magnètica del DMR40 és de 0,38 T, i quan es dissenya a una freqüència de 100 kHz, normalment prenem un valor d'uns 0,2 T.
3. Velocitat de commutació del dispositiu de potència El transistor MOS pertany al grup de dispositius unipolars, amb un temps d'encesa i apagada en nanosegons. La freqüència teòrica de funcionament pot arribar als MHz, i la freqüència màxima de funcionament real és de diversos centenars de kHz. L'IGBT pertany al grup de dispositius bipolars, amb un temps d'apagada relativament llarg i una freqüència màxima de funcionament generalment entre 40 i 50 kHz.
4. L'augment de l'eficiència i la freqüència de dissipació de calor condueix a un augment de les pèrdues de commutació i accionament, la qual cosa resulta en una disminució de l'eficiència general i un augment de la generació de calor. Per tal de garantir que la temperatura del producte estigui dins del rang normal, necessitem més mesures per fer front a la dissipació de calor.
5. A altes freqüències, el cost augmenta a causa de l'augment de les pèrdues en la commutació, cosa que requereix més mesures per gestionar la dissipació de calor, cosa que comporta un augment dels costos. En segon lloc, els condensadors i els inductors sovint experimenten una degradació del rendiment a altes freqüències, i cal triar dispositius que siguin adequats per a freqüències més altes, cosa que augmenta els costos. En el disseny pràctic, els costos són limitats, cosa que sovint determina el límit superior de la freqüència de funcionament.
6. Característiques del xip: els xips de control PWM sovint tenen requisits de límit superior de freqüència per respondre als ajustos de càrrega dinàmica. Això també determina que la freqüència de commutació del transformador estigui dins d'un rang determinat.
Data de publicació: 06-08-2025
