Hoe hoger de schakelfrequentie van de transformator, hoe kleiner het volume. Betekent dit dan dat er geen bovengrens is aan de schakelfrequentie? Kan het volume dus heel klein zijn?
Het antwoord is nee. In de praktijk wordt de frequentie van hoogfrequenttransformatoren bepaald door meerdere factoren en kan deze worden onderverdeeld in verschillende aspecten:
1. Circuittopologie - Flyback-topologie: Transformatoren hebben de functies van energieopslag en -transformatie, met een veelgebruikte werkfrequentie van 40-100 kHz. Bij frequenties onder de 40 kHz is het volume van de ijzeren kern te groot, wat resulteert in een groter voedingsvolume; bij frequenties boven de 100 kHz kunnen spanningspieken veroorzaakt door lekinductantie de schakeltransistor beschadigen.
Voorwaartse topologie: Het gebruikelijke bereik is 60-150 kHz, maar vereist een balans tussen verliezen in de magnetische kern en verliezen in de schakelaar. Push-pull/halfbrug/volbrug topologie: Symmetrische schakelaar met bidirectionele magnetisering, hogere efficiëntie, ondersteunt hogere frequenties van honderden kHz tot MHz, maar vereist een complexer besturingsontwerp en warmteafvoer.
2. De eigenschappen van magnetische kernmaterialen omvatten magnetische hysteresisverliezen en wervelstroomverliezen. Binnen een bepaald bereik nemen de magnetische kernverliezen toe met de frequentie. Daarom moeten verschillende magnetische kernmaterialen verschillende frequentiebereiken hebben om relatief lage magnetische kernverliezen te garanderen. Mangaanzinkferriet is bijvoorbeeld geschikt voor gebruik bij frequenties van 10 tot 300 kHz, terwijl nikkelzinkferriet geschikt is voor frequenties boven 1 MHz.
Ten tweede moet, naarmate de frequentie toeneemt, de maximale magnetische inductiekracht worden verlaagd om verzadiging van de magnetische kern te voorkomen. De magnetische inductiekracht van DMR40 is bijvoorbeeld 0,38 T, en bij een frequentie van 100 kHz nemen we doorgaans een waarde van ongeveer 0,2 T.
3. Schakelsnelheid van vermogenscomponenten: MOS-transistoren behoren tot de unipolaire componenten, met een aan-uit-tijd van nanoseconden. De theoretische werkfrequentie kan oplopen tot MHz, en de werkelijke maximale werkfrequentie ligt op enkele honderden kHz. IGBT's behoren tot de bipolaire componenten, met een relatief lange uitschakeltijd en een maximale werkfrequentie die doorgaans tussen de 40 en 50 kHz ligt.
4. De toename van de efficiëntie en de frequentie van de warmteafvoer leiden tot een toename van de schakel- en aandrijfverliezen, met als gevolg een afname van de algehele efficiëntie en een toename van de warmteontwikkeling. Om ervoor te zorgen dat de temperatuur van het product binnen het normale bereik blijft, zijn er meer maatregelen nodig om de warmteafvoer te beheersen.
5. Bij hoge frequenties stijgen de kosten door toegenomen schakelverliezen, waardoor meer maatregelen nodig zijn voor warmteafvoer en de kosten verder oplopen. Ten tweede vertonen condensatoren en spoelen vaak een prestatievermindering bij hoge frequenties, en moeten we componenten kiezen die geschikt zijn voor hogere frequenties, wat de kosten verhoogt. In de praktijk zijn de kosten beperkt, wat vaak de bovengrens van de werkfrequentie bepaalt.
6. Chipkenmerken: PWM-regelchips hebben vaak een bovengrens voor de frequentie om te kunnen reageren op dynamische belastingaanpassingen. Dit bepaalt ook dat de schakelfrequentie van de transformator binnen een bepaald bereik moet blijven.
Geplaatst op: 6 augustus 2025
