Mitä suurempi muuntajan kytkentätaajuus on, sitä pienempi on sen tilavuus. Tarkoittaako tämä siis, että kytkentätaajuudelle ei ole ylärajaa? Voiko tilavuus siis olla hyvin pieni?
Vastaus on kielteinen. Varsinaisessa työprosessissa suurtaajuusmuuntajien taajuus määräytyy useiden tekijöiden perusteella, ja se voidaan jakaa useisiin näkökohtiin:
1. Piiritopologian flyback-topologia: Muuntajat suorittavat energian varastointi- ja muuntamistoimintoja, ja niiden yleinen toimintataajuus on 40–100 kHz. Kun taajuus on alle 40 kHz, rautasydämen tilavuus on liian suuri, mikä johtaa suurempaan virtalähteen tilavuuteen. Kun taajuus ylittää 100 kHz, vuotoinduktanssin aiheuttamat jännitepiikit voivat vahingoittaa kytkentätransistoria.
Eteenpäin suuntautuva topologia: Yleinen taajuusalue on 60–150 kHz, mutta se vaatii magneettisten ydinhäviöiden ja kytkinhäviöiden tasapainottamista. Push-pull-/puolisilta-/täyssilta-topologia: Symmetrinen kytkimellä toimiva kaksisuuntainen magnetoitu magneettinen ydin, korkeampi hyötysuhde, tukee korkeampia taajuuksia sadoista kHz:stä megahertseihin, mutta vaatii monimutkaisempaa ohjaussuunnittelua ja lämmönpoistoa.
2. Magneettisten ydinmateriaalien ominaisuuksiin kuuluvat magneettinen hystereesihäviö ja pyörrevirtahäviö. Tietyllä alueella magneettinen ydinhäviö kasvaa taajuuden kasvaessa. Siksi eri magneettisten ydinmateriaalien taajuusalueiden tulisi olla erilaiset, jotta magneettiset ydinhäviöt olisivat suhteellisen pienet. Esimerkiksi mangaani-sinkkiferriitti soveltuu käytettäväksi 10–300 kHz:n taajuuksilla, kun taas nikkeli-sinkkiferriitti soveltuu käytettäväksi yli 1 MHz:n taajuuksilla.
Toiseksi, taajuuden kasvaessa magneettisen induktion enimmäisintensiteettiä on pienennettävä magneettisen ytimen kyllästymisen välttämiseksi. Esimerkiksi DMR40:n magneettisen induktion intensiteetti on 0,38 T, ja 100 kHz:n taajuudella suunniteltaessa arvoksi otetaan yleensä noin 0,2 T.
3. Teholaitteen kytkentänopeuksinen MOS-transistori kuuluu unipolaarisiin laitteisiin, joiden päälle- ja poiskytkentäaika on nanosekunteina. Teoreettinen toimintataajuus voi olla jopa megahertsejä, ja todellinen maksimitoimintataajuus on useita satoja kHz. IGBT kuuluu bipolaarisiin laitteisiin, joiden poiskytkentäaika on suhteellisen pitkä ja maksimitoimintataajuus on yleensä 40–50 kHz.
4. Tehokkuuden ja lämmönhukkataajuuden kasvu johtaa kytkimen ja käyttölaitteen häviöiden kasvuun, mikä puolestaan heikentää kokonaishyötysuhdetta ja lisää lämmöntuotantoa. Jotta tuotteen lämpötila pysyisi normaalialueella, tarvitaan lisää toimenpiteitä lämmönhukkamäärän hallitsemiseksi.
5. Korkeilla taajuuksilla kustannukset nousevat kytkentähäviöiden kasvun vuoksi, mikä vaatii enemmän toimenpiteitä lämmönhukkauksen käsittelemiseksi ja johtaa kustannusten nousuun. Toiseksi kondensaattoreiden ja induktoreiden suorituskyky heikkenee usein korkeilla taajuuksilla, ja meidän on valittava laitteita, jotka soveltuvat korkeammille taajuuksille, mikä lisää kustannuksia. Käytännön suunnittelussa kustannukset ovat rajalliset, mikä usein määrää toimintataajuuden ylärajan.
6. Piirin ominaisuudet: PWM-ohjauspiireillä on usein taajuuden ylärajavaatimukset, jotta ne reagoivat dynaamisiin kuormitusmuutoksiin. Tämä myös määrittää, että muuntajan kytkentätaajuus on tietyllä alueella.
Julkaisun aika: 06.08.2025
