Průvodce výpočtem ztrát v jádře SST transformátoru a optimalizací cívání

Návrh a výpočet jádra vysokofrekvenčního izolovaného transformátoru SST

• Vliv charakteristik materiálu: Materiál jádra má různé ztrátové chování při různých teplotách, frekvencích a hustotách magnetického toku. Tyto charakteristiky tvoří základ celkových ztrát jádra a vyžadují přesné pochopení nelineárních vlastností.

• Rušivé pole bloudícího magnetického pole: Vysokofrekvenční bloudící magnetické pole okolo vinutí může způsobit dodatečné ztráty jádra. Pokud nejsou správně řešeny, tyto parazitní ztráty se mohou blížit k intrinzním ztrátám materiálu.

• Dynamické pracovní podmínky: V rezonančních obvodech LLC a CLLC se na jádro aplikuje dynamicky měnící se vlnová forma napětí a pracovní frekvence, což značně komplikuje okamžité výpočty ztrát.

• Požadavky na simulaci a návrh: Kvůli spojenému víceproměnnému a vysokě nelineárnímu charakteru systému je ručně obtížné dosáhnout přesného odhadu celkových ztrát. Je nezbytné použít specializované software nástroje pro přesné modelování a simulaci.

• Chladicí a ztrátové požadavky: Vysokovýkonové vysokofrekvenční transformátory mají menší poměr povrchu k kapacitě, což vyžaduje přinutitelné chlazení. Ztráty jádra v nanokrystalických materiálech musí být přesně vypočteny a kombinovány s termální analýzou chladicího systému pro hodnocení teplotního průběhu.

(1) Návrh a výpočet vinutí
AC ztráty: Při vysokých frekvencích vede zvýšená frekvence proudu k vyšší odporu vinutí. Impedance na jednotku vodiče musí být vypočtena pomocí specifických vzorců.

(2) Ztráty proudem víru

Efekt kůže: Když AC proud protéká kulatým vodičem, generuje se koncentrické střídavé magnetické pole, které indukuje ztráty proudem víru.
Proximitní efekt: V vícevrstvých vinutích ovlivňuje proud v jedné vrstvě rozdělení proudu v sousedních vrstvách. Poměr odpornosti AC k DC musí být vypočten pomocí Dowellova vzorce.

kde △ je poměr tloušťky vinutí k hloubce kůže, a p je počet vrstev vinutí);
Varování ohledně rizika: Vinutí navržená nezkušenými inženýry mohou mít vysokofrekvenční AC ztráty několikrát vyšší než měděné ztráty transformátoru o stejném výkonu s frekvencí 50 Hz.

Problémy s amorfickými a nanokrystalickými materiály

(1) Problémy s konzistencí jádra

I u stejné dávky a identických specifikací mohou nanokrystalická jádra mít výrazné rozdíly v ohřevu (ztrátách) při vysokofrekvenčním proudu. Je nutná přijímací kontrola parametry jako hmotnost (ukazatel hustoty/faktor plnosti), Q-hodnota (hodnocení ztrát), indukčnost (hodnocení permeability) a test teplotního průběhu za zátěží pro hodnocení ztrát.

(2) Ztráty a materiálové omezení

Ztráty na řezu: Koncentrace magnetického pole na řezu zvyšuje ztráty proudem víru, což dělá tyto oblasti nejteplejšími body a kompromituje termální stabilitu.
Nerovnoměrné rozložení ztrát: Kromě řezů existují stále více horkých míst podél magnetické cesty.
Materiálová omezení: Amorfické a nanokrystalické materiály mají potíže splnit požadavky rezonančních obvodů na nízkou permeabilitu. Generují významný šum pod 16 kHz a jsou velmi citlivé na mechanické stresy.