Čím vyššia je spínacia frekvencia transformátora, tým menší je jeho objem. Znamená to teda, že neexistuje horná hranica spínacej frekvencie? Môže byť teda objem veľmi malý?
Odpoveď je záporná. V reálnom pracovnom procese je frekvencia vysokofrekvenčných transformátorov určená viacerými faktormi a možno ju rozdeliť na niekoľko aspektov:
1. Topológia obvodu typu flyback: Transformátory slúžia na ukladanie a transformáciu energie s bežne používanou prevádzkovou frekvenciou 40 – 100 kHz. Ak je frekvencia pod 40 kHz, objem železného jadra je príliš veľký, čo vedie k väčšiemu objemu napájania. Ak frekvencia prekročí 100 kHz, napäťové špičky spôsobené rozptylovou indukčnosťou môžu poškodiť spínací tranzistor.
Topológia dopredného smeru: Bežný rozsah je 60 – 150 kHz, ale vyžaduje vyváženie strát magnetického jadra a strát spínačom. Topológia push-pull/half-mostík/plný mostík: Symetrické obojsmerné magnetizované jadro riadené spínačom, vyššia účinnosť, podporuje vyššie frekvencie v rozsahu od stoviek kHz do MHz, ale vyžaduje zložitejší návrh riadenia a odvod tepla.
2. Medzi charakteristiky materiálov magnetických jadier patria straty magnetickou hysteréziou a straty vírivými prúdmi. V určitom rozsahu sa straty magnetických jadier zvyšujú so zvyšujúcou sa frekvenciou. Preto by rôzne materiály magnetických jadier mali mať rôzne frekvenčné rozsahy, aby sa zabezpečili relatívne nižšie straty magnetických jadier. Napríklad mangán-zinkový ferit je vhodný na použitie pri frekvenciách od 10 do 300 kHz, zatiaľ čo nikel-zinkový ferit je vhodný na použitie pri frekvenciách nad 1 MHz.
Po druhé, so zvyšujúcou sa frekvenciou je potrebné znížiť maximálnu intenzitu magnetickej indukcie, aby sa zabránilo nasýteniu magnetického jadra. Napríklad intenzita magnetickej indukcie DMR40 je 0,38 T a pri navrhovaní na frekvenciu 100 kHz zvyčajne volíme hodnotu okolo 0,2 T.
3. Rýchlosť spínania výkonových zariadení. MOS tranzistor patrí medzi unipolárne zariadenia s dobou zapnutia a vypnutia v nanosekundách. Teoretická prevádzková frekvencia môže dosiahnuť MHz a skutočná maximálna prevádzková frekvencia je niekoľko stoviek kHz. IGBT patrí medzi bipolárne zariadenia s relatívne dlhým časom vypnutia a maximálnou prevádzkovou frekvenciou zvyčajne medzi 40~50 kHz.
4. Zvýšenie účinnosti a frekvencie odvodu tepla vedie k zvýšeniu strát spínania a pohonu, čo má za následok zníženie celkovej účinnosti a zvýšenie tvorby tepla. Aby sa zabezpečila normálna teplota produktu, potrebujeme viac opatrení na riešenie odvodu tepla.
5. Pri vysokých frekvenciách sa náklady zvyšujú v dôsledku zvýšených strát v spínačoch, čo si vyžaduje viac opatrení na riešenie odvodu tepla, čo vedie k zvýšeniu nákladov. Po druhé, kondenzátory a cievky pri vysokých frekvenciách často zaznamenávajú zníženie výkonu a musíme si vybrať zariadenia vhodné pre vyššie frekvencie, čo zvyšuje náklady. V praxi sú náklady obmedzené, čo často určuje hornú hranicu prevádzkovej frekvencie.
6. Charakteristiky čipu: Čipy PWM riadenia majú často požiadavky na hornú hranicu frekvencie, aby reagovali na dynamické zmeny zaťaženia. To tiež určuje, či je spínacia frekvencia transformátora v určitom rozsahu.
Čas uverejnenia: 06.08.2025
