Čím vyšší je spínací frekvence transformátoru, tím menší je jeho objem. Znamená to tedy, že neexistuje horní limit spínací frekvence? Může být tedy objem velmi malý?
Odpověď je záporná. V reálném pracovním procesu je frekvence vysokofrekvenčních transformátorů určena mnoha faktory a lze ji rozdělit do několika aspektů:
1. Topologie obvodu flyback: Transformátory slouží k ukládání a transformaci energie s běžně používanou provozní frekvencí 40–100 kHz. Pokud je frekvence nižší než 40 kHz, je objem železného jádra příliš velký, což vede k většímu objemu napájení. Pokud frekvence překročí 100 kHz, mohou napěťové špičky způsobené rozptylovou indukčností poškodit spínací tranzistor.
Topologie v dopředném směru: Běžný rozsah je 60–150 kHz, ale vyžaduje vyrovnání ztrát magnetického jádra a ztrát spínačem. Topologie push-pull/half-můstek/full-můstek: Symetrické spínačem řízené obousměrné magnetizované magnetické jádro, vyšší účinnost, podporuje vyšší frekvence v rozsahu od stovek kHz do MHz, ale vyžaduje složitější návrh řízení a odvod tepla.
2. Mezi vlastnosti materiálů magnetických jader patří ztráta magnetickou hysterezí a ztráta vířivými proudy. V určitém rozsahu se ztráta magnetického jádra zvyšuje se zvyšující se frekvencí. Proto by různé materiály magnetických jader měly mít různé frekvenční rozsahy, aby se zajistily relativně nižší ztráty magnetického jádra. Například mangan-zinkový ferit je vhodný pro použití při frekvencích od 10 do 300 kHz, zatímco nikl-zinkový ferit je vhodný pro použití při frekvencích nad 1 MHz.
Za druhé, s rostoucí frekvencí je třeba snižovat maximální intenzitu magnetické indukce, aby se zabránilo saturaci magnetického jádra. Například intenzita magnetické indukce DMR40 je 0,38 T a při návrhu na frekvenci 100 kHz obvykle volíme hodnotu kolem 0,2 T.
3. Rychlost spínání výkonových součástek. MOS tranzistor patří mezi unipolární součástky s dobou zapnutí a vypnutí v nanosekundách. Teoretická provozní frekvence může dosáhnout MHz a skutečná maximální provozní frekvence je několik stovek kHz. IGBT patří mezi bipolární součástky s relativně dlouhou dobou vypnutí a maximální provozní frekvencí obvykle mezi 40~50 kHz.
4. Zvýšení účinnosti a frekvence odvodu tepla vede ke zvýšení ztrát spínačů a měničů, což má za následek snížení celkové účinnosti a zvýšení generování tepla. Abychom zajistili, že teplota produktu bude v normálním rozmezí, potřebujeme více opatření k řešení odvodu tepla.
5. Při vysokých frekvencích se náklady zvyšují v důsledku zvýšených ztrát spínačem, což vyžaduje více opatření k řešení odvodu tepla, což vede ke zvýšení nákladů. Za druhé, kondenzátory a cívky často při vysokých frekvencích vykazují zhoršení výkonu a je třeba volit součástky vhodné pro vyšší frekvence, což zvyšuje náklady. V praxi jsou náklady omezené, což často určuje horní hranici provozní frekvence.
6. Vlastnosti čipu: Čipy PWM řízení mají často požadavky na horní hranici frekvence, aby reagovaly na dynamické změny zátěže. To také určuje, zda je spínací frekvence transformátoru v určitém rozsahu.
Čas zveřejnění: 6. srpna 2025
