开关电源中高频磁性元件设计常见错误概念辨析

可以接受的漏感绝对数值，当然可以加上或减去一定的比例，这个比例的典型值为20％。

    4）漏感与磁芯磁导率有关系

    有些电源设计者认为，给绕组加上磁芯，会使绕组耦合更紧密，可降低绕组间的漏感；也有些电源设计者认为，绕组加上磁芯后，磁芯会与绕组间的场相互耦合，可增加漏感量。

    而事实是，在开关电源设计中，两个同轴绕组变压器的漏感与有无磁芯存在并无关系。这一结果可能令人无法理解，这是因为，一种相对磁导率为几千的材料靠近线圈后，对漏感的影响很小。通过几百组变压器的实测结果表明，有无磁芯存在，漏感变化值基本上不会超过10％，很多变化只有2％左右。

    5）变压器绕组电流密度的优化值为2A/mm²～3.1A/mm²

    很多电源设计者在设计高频磁性元件时，往往把绕组中的电流密度大小视为优化设计的标准。其实优化设计与绕组电流密度大小并没有关系。真正有关系的是绕组中有多少损耗，以及散热措施是否足够保证温升在允许的范围之内。

    我们可以设想一下开关电源中散热措施的两种极限情况。当散热分别采用液浸和真空时，绕线中相应的电流密度会相差较大。

    在开关电源的实际研制中，我们并不关心电流密度是多大，而关心的只是线包有多热？温升是否可以接受？

    这种错误概念，是设计人员为了避免繁琐的反复试算，而人为所加的限制，来简化变量数，从而简化计算过程，但这一简化并未说明应用条件。

    6）原边绕组损耗=副边绕组损耗"——优化的变压器设计

    很多电源设计者认为优化的变压器设计对应着变压器的原边绕组损耗与副边绕组损耗相等。甚至在很多磁性元件的设计书中也把此作为一个优化设计的标准。其实这并非什么优化设计的标准。在某些情况下变压器的铁损和铜损可能相近。但如果原边绕组损耗与副边绕组损耗相差较大也没有多大关系。必须再次强调的是，对于高频磁性元件设计我们所关心的是在所使用的散热方式下，绕组有多热？原边绕组损耗=副边绕组损耗只是工频变压器设计的一种经验规则。

    7）绕组直径小于穿透深度——高频损耗就会很小

    绕组直径小于穿透深度并不能代表就没有很大的高频损耗。如果变压器绕组中有很多层，即使绕线采用线径比穿透深度细得多的漆包线，也可能会因为有很强的邻近效应而产生很大的高频损耗。因此在考虑绕组损耗时，不能仅仅从漆包线的粗细来判断损耗大小，要综合考虑整个绕组结构的安排，包括绕组绕制方式、绕组层数、绕线粗细等。

    8）正激式电路中变压器的开路谐振频率必须比开关频率高得多

    很多电源设计人员在设计和检测变压器时认为变压器的开路谐振频率必须比变换器的开关频率高得多。其实不然，变压器的开路谐振频率与开关频率的大小并无关系。我们可以设想一下极限情况：对于理想磁芯，其电感量无穷大，但也会有一个相对很小的匝间电容，其谐振频率近似为零，比开关频率小得多。

    真正与电路有关系的是变压器的短路谐振频率。一般情况下，变压器的短路谐振频率都应当在开关频率的两个数量级以上。

3  结语

    为了使电源设计者在电源设计过程中，少犯同样的错误，就我们在开关电源的研发中遇到的一些与高频磁性元件设计相关的概念性问题进行了总结，希望能起到抛砖引玉的作用。