Maggiore è la frequenza di commutazione del trasformatore, minore è il suo volume. Quindi, significa che non esiste un limite superiore alla frequenza di commutazione? Pertanto, il volume può essere molto piccolo?
La risposta è negativa. Nel processo operativo effettivo, la frequenza dei trasformatori ad alta frequenza è determinata da molteplici fattori e può essere suddivisa in diversi aspetti:
1. Topologia del circuito topologia flyback: i trasformatori hanno le funzioni di accumulo e trasformazione di energia, con una frequenza operativa comunemente utilizzata di 40-100 kHz. Quando la frequenza è inferiore a 40 kHz, il volume del nucleo di ferro è troppo grande, con conseguente maggiore volume dell'alimentatore; quando la frequenza supera i 100 kHz, i picchi di tensione causati dall'induttanza di dispersione possono danneggiare il transistor di commutazione.
Topologia forward: la gamma comune è 60-150 kHz, ma richiede il bilanciamento delle perdite del nucleo magnetico e delle perdite degli interruttori. Topologia push-pull/half bridge/full bridge: nucleo magnetico magnetizzato bidirezionale azionato da interruttori simmetrici, maggiore efficienza, supporta frequenze più elevate che vanno da centinaia di kHz a MHz, ma richiede una progettazione di controllo e una dissipazione del calore più complesse.
2. Le caratteristiche dei materiali del nucleo magnetico includono le perdite per isteresi magnetica e le perdite per correnti parassite. Entro un certo intervallo, le perdite del nucleo magnetico aumentano con l'aumentare della frequenza. Pertanto, materiali diversi per il nucleo magnetico dovrebbero avere intervalli di frequenza di utilizzo diversi per garantire perdite del nucleo magnetico relativamente inferiori. Ad esempio, la ferrite di manganese e zinco è adatta per l'uso a frequenze comprese tra 10 e 300 kHz, mentre la ferrite di nichel e zinco è adatta per l'uso a frequenze superiori a 1 MHz.
In secondo luogo, all'aumentare della frequenza, l'intensità massima dell'induzione magnetica deve essere ridotta per evitare la saturazione del nucleo magnetico. Ad esempio, l'intensità dell'induzione magnetica del DMR40 è di 0,38 T e, quando si progetta a una frequenza di 100 kHz, si assume solitamente un valore intorno a 0,2 T.
3. Velocità di commutazione dei dispositivi di potenza: il transistor MOS appartiene alla categoria dei dispositivi unipolari, con un tempo di accensione/spegnimento dell'ordine dei nanosecondi. La frequenza operativa teorica può raggiungere i MHz, mentre la frequenza operativa massima effettiva è di diverse centinaia di kHz. L'IGBT appartiene alla categoria dei dispositivi bipolari, con un tempo di spegnimento relativamente lungo e una frequenza operativa massima solitamente compresa tra 40 e 50 kHz.
4. L'aumento dell'efficienza e della frequenza di dissipazione del calore comporta un aumento delle perdite di commutazione e di azionamento, con conseguente diminuzione dell'efficienza complessiva e aumento della generazione di calore. Per garantire che la temperatura del prodotto rientri nell'intervallo normale, sono necessarie ulteriori misure per gestire la dissipazione del calore.
5. Alle alte frequenze, il costo aumenta a causa delle maggiori perdite di commutazione, che richiedono maggiori accorgimenti per la dissipazione del calore, con conseguente aumento dei costi. In secondo luogo, condensatori e induttori spesso subiscono un degrado delle prestazioni alle alte frequenze, e occorre scegliere dispositivi adatti a tali frequenze, il che aumenta i costi. Nella progettazione pratica, i costi sono limitati, il che spesso determina il limite superiore della frequenza operativa.
6. Caratteristiche del chip: i chip di controllo PWM spesso hanno requisiti di limite superiore di frequenza per rispondere alle regolazioni dinamiche del carico. Ciò determina anche che la frequenza di commutazione del trasformatore rientri in un determinato intervallo.
Data di pubblicazione: 6 agosto 2025
