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技術(shù)專(zhuān)題
電路設計集成電磁學(xué)的利弊
眾所周知，與在線(xiàn)路頻率下工作相比，以數十kHz的更高頻率工作可以導致使用更輕，更緊湊的磁性設備。但是，即使在這種情況下，磁性裝置也可以占整個(gè)開(kāi)關(guān)轉換器系統尺寸的一半左右。因此，電路設計人員總是共同關(guān)注可如圖1 [2]進(jìn)行優(yōu)化的系統組件，由于以下優(yōu)點(diǎn)，它們傾向于專(zhuān)注于磁學(xué)。
圖1. 電路設計人員審查下的系統組件
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更小，但有其缺點(diǎn)。高工作頻率還意味著(zhù)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)設備中，該設備本質(zhì)上被稱(chēng)為集成磁性結構。
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。它減少了內部能量存儲，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)現特定功能[2]。
性能和尺寸改進(jìn)
集成磁性結構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致總磁通量為零，因此可以移除中心磁分支。這轉化為更小，更輕的結構，鐵損相對較低，同時(shí)保持了銅損值和能量存儲能力。由于減少了磁芯損耗以及高密度系統，管理熱問(wèn)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，則它們中的電感，磁芯損耗和能量存儲能力的值將與兩個(gè)獨立電感器的串聯(lián)配置中的值相同。但是，銅線(xiàn)纏繞的長(cháng)度顯著(zhù)減少，從而導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(lái)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)現無(wú)波紋的行為。電磁干擾（EMI）顯著(zhù)降低，因為較短的走線(xiàn)會(huì )導致輻射面積的減少，從而降低天線(xiàn)效應。由于布局更有條理，因此所需的屏蔽層較小。同樣，較短走線(xiàn)中的較低電阻導致熱量減少，從而提高了工作效率。
集成磁性有效的應用
在大多數正向拓撲轉換器中，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。即使這些元素執行不同的功能，它們仍可以并排或從上到下的配置集成到單個(gè)結構中。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，并且由于平臺是標準化的，因此無(wú)需重新設計設計。通常，集成磁性結構非常適合在50 W至200 W范圍內的拓撲中使用。
優(yōu)雅地采用集成磁結構的其他拓撲包括基本轉換器，例如用于零輸出紋波的改進(jìn)型降壓轉換器，升壓派生轉換器，集成磁隔離升壓轉換器，正向轉換器，耦合電感準方波轉換器以及常規?uk的變體。轉換器。
先進(jìn)的拓撲結構（例如，多輸出降壓衍生的準方波轉換器，集成式正激轉換器的推挽版本，單端溫伯格轉換器，Severns轉換器，Hughes轉換器，雙轉換器和多模式轉換器）也將從中受益。集成磁性結構。