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技術(shù)專題
電路設(shè)計(jì)集成電磁學(xué)的利弊
眾所周知，與在線路頻率下工作相比，以數(shù)十kHz的更高頻率工作可以導(dǎo)致使用更輕，更緊湊的磁性設(shè)備。但是，即使在這種情況下，磁性裝置也可以占整個(gè)開關(guān)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)尺寸的一半左右。因此，電路設(shè)計(jì)人員總是共同關(guān)注可如圖1 [2]進(jìn)行優(yōu)化的系統(tǒng)組件，由于以下優(yōu)點(diǎn)，它們傾向于專注于磁學(xué)。
圖1. 電路設(shè)計(jì)人員審查下的系統(tǒng)組件
增加工作頻率
從理論上講，進(jìn)一步提高工作頻率可以使系統(tǒng)更小，但有其缺點(diǎn)。高工作頻率還意味著更高的鐵芯損耗和更低的磁通密度。因此，更好的選擇是將多個(gè)磁性部件集成到一個(gè)設(shè)備中，該設(shè)備本質(zhì)上被稱為集成磁性結(jié)構(gòu)。
集成的磁變體提供降壓和升壓功能以及固有的輸入和輸出電流濾波。它減少了內(nèi)部能量存儲(chǔ)，提高了動(dòng)態(tài)性能，并促進(jìn)了在較高頻率下的理想操作。電感器的耦合減小了系統(tǒng)的整體尺寸，并具有消除繞組之一中電流紋波的優(yōu)點(diǎn)。磁性元件之間的受控耦合有助于實(shí)現(xiàn)特定功能[2]。
性能和尺寸改進(jìn)
集成磁性結(jié)構(gòu)的使用保證了性能的提高以及尺寸和重量的減小。在這種情況下，由于沿相反方向的磁通量導(dǎo)致總磁通量為零，因此可以移除中心磁分支。這轉(zhuǎn)化為更小，更輕的結(jié)構(gòu)，鐵損相對(duì)較低，同時(shí)保持了銅損值和能量存儲(chǔ)能力。由于減少了磁芯損耗以及高密度系統(tǒng)，管理熱問題和空間，這進(jìn)一步有助于提高效率。
同樣，如果將兩個(gè)磁芯堆疊在一起，并在其上纏繞相同的匝數(shù)，則它們中的電感，磁芯損耗和能量存儲(chǔ)能力的值將與兩個(gè)獨(dú)立電感器的串聯(lián)配置中的值相同。但是，銅線纏繞的長(zhǎng)度顯著減少，從而導(dǎo)致重量減輕和銅損減少。這進(jìn)一步提高了整體效率，并使系統(tǒng)緊湊。
可以采用紋波控制技術(shù)，即將電感器紋波電流減小到基本為零的能力，從而可以利用繞組漏感來減小濾波電容器的尺寸[3]。這進(jìn)一步促進(jìn)了外腿中間隙的使用，以實(shí)現(xiàn)無波紋的行為。電磁干擾（EMI）顯著降低，因?yàn)檩^短的走線會(huì)導(dǎo)致輻射面積的減少，從而降低天線效應(yīng)。由于布局更有條理，因此所需的屏蔽層較小。同樣，較短走線中的較低電阻導(dǎo)致熱量減少，從而提高了工作效率。
集成磁性有效的應(yīng)用
在大多數(shù)正向拓?fù)滢D(zhuǎn)換器中，變壓器用于能量的傳遞和隔離，而電感器則有助于能量的存儲(chǔ)。即使這些元素執(zhí)行不同的功能，它們?nèi)钥梢圆⑴呕驈纳系较碌呐渲眉傻絾蝹€(gè)結(jié)構(gòu)中。它適用于尺寸至關(guān)重要的任何額定功率，非常適合平面變壓器，并且由于平臺(tái)是標(biāo)準(zhǔn)化的，因此無需重新設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)。通常，集成磁性結(jié)構(gòu)非常適合在50 W至200 W范圍內(nèi)的拓?fù)渲惺褂谩?span>
優(yōu)雅地采用集成磁結(jié)構(gòu)的其他拓?fù)浒ɑ巨D(zhuǎn)換器，例如用于零輸出紋波的改進(jìn)型降壓轉(zhuǎn)換器，升壓派生轉(zhuǎn)換器，集成磁隔離升壓轉(zhuǎn)換器，正向轉(zhuǎn)換器，耦合電感準(zhǔn)方波轉(zhuǎn)換器以及常規(guī)?uk的變體。轉(zhuǎn)換器。
先進(jìn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（例如，多輸出降壓衍生的準(zhǔn)方波轉(zhuǎn)換器，集成式正激轉(zhuǎn)換器的推挽版本，單端溫伯格轉(zhuǎn)換器，Severns轉(zhuǎn)換器，Hughes轉(zhuǎn)換器，雙轉(zhuǎn)換器和多模式轉(zhuǎn)換器）也將從中受益。集成磁性結(jié)構(gòu)。