開關(guān)電源中高頻磁性元件的設(shè)計關(guān)于電路能否正常運轉(zhuǎn)和各項性能指標(biāo)能否合格起著至關(guān)重要的作用。加上高頻磁性元件的設(shè)計中還包括許多細(xì)節(jié)的知識點，而這些細(xì)節(jié)內(nèi)容很難被一本或幾本所謂的“設(shè)計大全”一一羅列清楚。為了優(yōu)化高頻磁性元件，必須依據(jù)使用場所，歸納考慮多個變量進行設(shè)計，重復(fù)核算調(diào)整。正因為此，高頻磁性元件的設(shè)計一直是令人頭疼的難題，甚至是有多年作業(yè)經(jīng)歷的開關(guān)電源工程師也還是困擾著。

許多文獻及相關(guān)技能資料給出的磁性元件設(shè)計方法或公式往往直接忽略了某些應(yīng)用場所的變量影響，作了假定簡化后得出一套公式；或許并未交代清楚公式的運用條件，甚至有些文獻所傳達的信息自身就不正確。許多開關(guān)電源設(shè)計并沒有意識到這一點，直接套用設(shè)計手冊中的公式，或把設(shè)計手冊中某些話斷章取義，而沒有進行透徹的分析和考慮，以及試驗的驗證。其成果往往是設(shè)計出來的高頻磁性元件不能滿足運用場合的要求，影響了研制的發(fā)展和項目的如期結(jié)束。

為了使開關(guān)電源設(shè)計在設(shè)計進程中，避免犯同樣的錯誤，為此，我們針對在學(xué)習(xí)和研制中遇到的一些概念性的問題進行了總結(jié)，期望能給我們供給一個學(xué)習(xí)。

一些錯誤概念的剖析

這兒介紹開關(guān)電源高頻磁性元件設(shè)計中8種常見的錯誤概念，并加以具體的剖析。

開關(guān)電源

1、優(yōu)化的設(shè)計

許多設(shè)計人員認(rèn)為在高頻磁性元件設(shè)計中，填滿磁芯窗口可以獲得最優(yōu)設(shè)計，其實否則。在多例高頻變壓器和電感的設(shè)計中，我們可以發(fā)現(xiàn)多添加一層或幾層繞組，或選用更大線徑的漆包線，不但不能獲得優(yōu)化的作用，反而會因為繞線中的鄰近效應(yīng)而增大繞組總損耗。因此在高頻磁性元件設(shè)計中，即使繞線沒把鐵芯窗口繞滿，只繞滿了窗口面積的25％，也沒有聯(lián)絡(luò)。不必非得主見設(shè)法填滿整個窗口面積。

這種錯誤概念主要是受工頻磁性元件設(shè)計的影響。在工頻變壓器設(shè)計中，側(cè)重鐵芯和繞組的整體性，因此不期望鐵芯與繞組中心有空隙，一般都設(shè)計成繞組填滿整個窗口，然后確保其機械安穩(wěn)性。但高頻磁性元件設(shè)計并沒有這個要求。

2、“鐵損=銅損”——優(yōu)化的變壓器設(shè)計

許多開關(guān)電源的設(shè)計中甚至在許多磁性元件設(shè)計參考書中都把“鐵損=銅損”列為高頻變壓器優(yōu)化設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)之一，其實否則。在高頻變壓器的設(shè)計中，鐵損和銅損可以相差較大，有時兩者不同甚至可以抵達一個數(shù)量級之大，但這并不代表該高頻變壓器設(shè)計不好。

這種錯誤概念也是受工頻變壓器設(shè)計的影響。工頻變壓器往往因為繞組匝數(shù)較多，所占面積較大，因此從熱安穩(wěn)、熱均勻視點動身，得出“鐵損=銅損”這一經(jīng)歷設(shè)計規(guī)則。但關(guān)于高頻變壓器，選用十分細(xì)的漆包線作為繞組，這一經(jīng)歷規(guī)律并不樹立。在開關(guān)電源高頻變壓器設(shè)計中，確認(rèn)優(yōu)化設(shè)計有許多要素，而“鐵損=銅損”其實是最少受重視的一個方面。

3、漏感=1％的磁化電感

許多開關(guān)電源在設(shè)計好磁性元件后，把相關(guān)的技能要求提交給變壓器制造廠家時，往往要對漏感大小要求進行說明。在許多技能單上，標(biāo)示著“漏感=1％的磁化電感”或“漏感<2％的磁化電感”等類似的技能要求。其實這種說法很不專業(yè)。開關(guān)電源設(shè)計應(yīng)當(dāng)依據(jù)電路正常作業(yè)要求,對所能接受的漏感值作一個數(shù)值束縛。在變壓器的制造進程中，應(yīng)在不使變壓器的其它參數(shù)（如匝間電容等）變差的情況下盡或許地減小漏感值，而非給出漏感與磁化電感的比例聯(lián)絡(luò)作為技能要求。因為漏感與磁化電感的聯(lián)絡(luò)隨變壓器有無氣隙改變很大。無氣隙時，漏感或許小于磁化電感的0.1％,而在有氣隙時，即使變壓器繞組耦合得很嚴(yán)密，漏感與磁化電感的比例聯(lián)絡(luò)卻或許抵達10％。

因此，不要把漏感與磁化電感的比例聯(lián)絡(luò)作為變壓器設(shè)計指標(biāo)供給給磁性元件生產(chǎn)商。否則，這將標(biāo)明你不了解漏感知識或并不實在關(guān)心實踐的漏感值。正確的做法是規(guī)則清楚可以接受的漏感肯定數(shù)值，當(dāng)然可以加上或減去一定的比例，這個比例的典型值為20％。

4、漏感與磁芯磁導(dǎo)率有聯(lián)絡(luò)

有些開關(guān)電源設(shè)計認(rèn)為，給繞組加上磁芯，會使繞組耦合更嚴(yán)密，可下降繞組間的漏感；也有些開關(guān)電源設(shè)計認(rèn)為，繞組加上磁芯后，磁芯會與繞組間的場互相耦合，可添加漏感量。而事實是，在開關(guān)電源設(shè)計中，兩個同軸繞組變壓器的漏感與有無磁芯存在并無聯(lián)絡(luò)。這一成果或許令人無法了解，這是因為，一種相對磁導(dǎo)率為幾千的材料接近線圈后，對漏感的影響很小。通過幾百組變壓器的實測成果標(biāo)明，有無磁芯存在，漏感改變值基本上不會超越10％，許多改變只需2％左右。

5、變壓器繞組電流密度的優(yōu)化值為2A/mm2～3.1A/mm2

許多開關(guān)電源設(shè)計在設(shè)計高頻磁性元件時，往往把繞組中的電流密度大小視為優(yōu)化設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。其實優(yōu)化設(shè)計與繞組電流密度大小并沒有聯(lián)絡(luò)。實在有聯(lián)絡(luò)的是繞組中有多少損耗，以及散熱方法是否滿足確保溫升在容許的范圍之內(nèi)。

我們可以想象一下開關(guān)電源中散熱方法的兩種極限情況。當(dāng)散熱分別選用液浸和真空時，繞線中相應(yīng)的電流密度會相差較大。

在開關(guān)電源的實踐研制中，我們并不關(guān)心電流密度是多大，而關(guān)心的只是線包有多熱？溫升是否可以接受？

這種錯誤概念，是設(shè)計人員為了避免繁瑣的重復(fù)試算，而人為所加的束縛，來簡化變量數(shù)，然后簡化核算進程，但這一簡化并未說明運用條件。

6、原邊繞組損耗=副邊繞組損耗”—優(yōu)化的變壓器設(shè)計

許多開關(guān)電源設(shè)計認(rèn)為優(yōu)化的變壓器設(shè)計對應(yīng)著變壓器的原邊繞組損耗與副邊繞組損耗相等。甚至在許多磁性元件的設(shè)計書中也把此作為一個優(yōu)化設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。其實這并非什么優(yōu)化設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。在某些情況下變壓器的鐵損和銅損或許相近。但如果原邊繞組損耗與副邊繞組損耗相差較大也沒有多大聯(lián)絡(luò)。有必要再次側(cè)重的是，關(guān)于高頻磁性元件設(shè)計我們所關(guān)心的是在所運用的散熱方法下，繞組有多熱？原邊繞組損耗=副邊繞組損耗只是工頻變壓器設(shè)計的一種經(jīng)歷規(guī)則。

7、繞組直徑小于穿透深度—高頻損耗就會很小

繞組直徑小于穿透深度并不能代表就沒有很大的高頻損耗。如果變壓器繞組中有許多層，即使繞線選用線徑比穿透深度細(xì)得多的漆包線，也或許會因為有很強的鄰近效應(yīng)而產(chǎn)生很大的高頻損耗。因此在考慮繞組損耗時，不能僅僅從漆包線的粗細(xì)來判別損耗大小，要歸納考慮整個繞組結(jié)構(gòu)的組織，包括繞組繞制方法、繞組層數(shù)、繞線粗細(xì)等。

8、正激式電路中變壓器的開路諧振頻率有必要比開關(guān)頻率高得多

許多開關(guān)電源在設(shè)計和檢測變壓器時認(rèn)為變壓器的開路諧振頻率有必要比變換器的開關(guān)頻率高得多。其實否則，變壓器的開路諧振頻率與開關(guān)頻率的大小并無聯(lián)絡(luò)。我們可以想象一下極限情況：關(guān)于抱負(fù)磁芯，其電感量無窮大，但也會有一個相對很小的匝間電容，其諧振頻率近似為零，比開關(guān)頻率小得多。實在與電路有聯(lián)絡(luò)的是變壓器的短路諧振頻率。一般情況下，變壓器的短路諧振頻率都應(yīng)當(dāng)在開關(guān)頻率的兩個數(shù)量級以上。