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深圳奧宇合:高頻變壓器發熱機理與相應對策

來源: 奧宇合 作者: ayhe 發布日期: 2021-04-24 瀏覽: 0
下降高頻變壓器的發熱,不只能夠簡化散熱與風冷規劃,下降散熱成本,還可提高整機的效率與作業可靠性,所以一直是人們不斷追求與探索的目標方向。

下降高頻變壓器的發熱,不只能夠簡化散熱與風冷規劃,下降散熱成本,還可提高整機的效率與作業可靠性,所以一直是人們不斷追求與探索的目標方向。


對削減高頻高頻變壓器作業時的發熱與溫升,我們熟知的常用辦法措施有9個:


1.線圈繞制結構改進與分布參數的有效控制,有雙線并行繞法(增強互感)、層間“Z”型繞法(減小層間壓差)、分段繞法(削減分布電容、下降AC阻抗)、P/S“三明治”穿插換位(減小漏感)、P/S多槽穿插換位繞法等等。


2.避免磁路氣隙處漏磁通引起的損耗發熱,可限制氣隙距離,或選用特種氣隙結構,使氣隙遠離繞組線包等等。


3.單個高頻變壓器渙散成多個高頻變壓器組合。如EE55C(21mm厚)分隔為兩個EER49,相同輸出功率,相同散熱條件,溫升至少能夠下降攝氏10度以上。


4.強制空氣對流散熱(風冷)。


5.選用高性能低損耗的高頻鐵氧體磁芯材料,合理選取鐵芯在對應作業頻率Fs下的磁擺幅ΔB。


6.合理選取繞組導線電流密度J,當然不只僅是DC電流密度,更重要的是其AC電流密度。


7.繞組線材類型的合理選取,如多股并聯、里茲線、銅箔等,就比平等截面積的單根漆包線有更低的高頻交流阻抗。


8.液(油)冷散熱。


9.選擇適宜的磁芯、骨架的形狀類型,以EER35-42與EE40這兩種造形結構的磁性材為例,兩者可用功率相近,但在相同輸出功率使用時,由于EER35-42不管線包仍是鐵氧體的熱交換表面積比EE40更大,所以作業時的溫升顯著要比EE40來得更低些。


當然,也見到過一些較為特別的散熱構造辦法,如將繞組銅箔即做繞組導線用,引出至線包外又做散熱片用,將兩者功用合二為一的規劃辦法;也有將低感量大電流的濾波電感繞組導線做成相似散熱器造形的“多表面積”結構,同時即置于磁路中,又處于風道中,有利與熱交換,也大大改進了“集膚”效應等等。


理論與實踐解析高頻高頻變壓器發熱機理與對策。


然而在規劃實踐中,往往會遇到已做足了上述的各個環節的功夫,但高頻變壓器作業時的發熱仍是減不下來的景象,此刻說明還存在一些簡單被忽視的、會導致高頻變壓器發熱的其它相關要素存在。


當遇到高頻變壓器規劃已“沒啥問題”而作業溫度卻又降不下來時,我們已有必要把目光從高頻變壓器轉移到外圍電路的“器材特性”上來,其實來自外圍器材引起的“與高頻變壓器互為作用”而導致的作業溫升過高,在高頻變壓器發熱的要素中也占有相當的比重,畢竟對整個電源而言,原邊開關管也好,副邊整流管也好,吸收補償也好,諧振回路(電感或電容)也好,甚至PFC及濾波電容,PCB布線等,與高頻變壓器都同屬一個整體,其作業狀態必定會是相互相關又互相影響的,僅僅影響作用的強弱罷了。


其間對高頻變壓器作業溫升影響最大的是副邊整流(續流)二極管的反向恢復特性,以常見大功率電源為例(也不難分析小功率反激副變整流二極管的作業狀況),不管是橋式拓撲副邊的兩個全波整流二極管,或是正激拓撲的整流與續流二極管,在反向恢復期內都會發生瞬時共態導通現象,從而在漏感上引起起伏遞減的正弦(有時并非完全是正弦)尖峰振蕩,這個比開關頻率高得多且有較高電壓峰值的振蕩波會在原副邊之間相互耦合,額外地使線包、磁芯的各種損耗添加,尤其是與頻率成指數比例關系的損耗,添加得更為顯著。


由于在二極管“共態導通”瞬間的第一個尖峰波時段內,原邊勵磁電感量下降到了接近于:“短路副邊測得原邊的漏感值”,如遇處理不妥,則原邊的瞬時峰值電流將超越正常作業時的數倍至十數倍!這時磁芯的磁擺幅△B將增大,繞組導線的高頻電流密度也急劇添加,在過后的衰減振蕩過程里,盡管損耗是遞減的,但整個尖峰衰減振蕩是隨著作業頻率周而復始地發生的,所以就不難想象會使線溫、鐵溫升高不少。當然,這種尖峰對電源的可靠性也會帶來不利影響。


作為一個討論性的論題,在外圍器材導致高頻變壓器發熱的機理中,對于二極管的反向恢復特性引起的這種發熱機理而言較為“直接”而簡單了解,也較易找到解決辦法。


而實踐告知我們:引起高頻變壓器額外發熱的要素還有很多,如高頻變壓器諧振頻率Fr的凹凸、各種分布參數的影響、繞組結構不同、漏感巨細等等…,尤其是在全橋諧振拓撲中,有時氣隙的輕輕改變,就會引起開關管及高頻變壓器的溫升改變,這些導致發熱的機理有時就不是那么簡單“直接”地了解了,有時實測波形的不同極小,而實測的作業溫度不同卻不小。


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