開關電源中高頻磁性元件的設計關于電路能否正常運轉和各項性能指標能否合格起著至關重要的作用。加上高頻磁性元件的設計中還包括許多細節(jié)的知識點，而這些細節(jié)內容很難被一本或幾本所謂的“設計大全”一一羅列清楚。為了優(yōu)化高頻磁性元件，必須依據使用場所，歸納考慮多個變量進行設計，重復核算調整。正因為此，高頻磁性元件的設計一直是令人頭疼的難題，甚至是有多年作業(yè)經歷的開關電源工程師也還是困擾著。
許多文獻及相關技能資料給出的磁性元件設計方法或公式往往直接忽略了某些應用場所的變量影響，作了假定簡化后得出一套公式；或許并未交代清楚公式的運用條件，甚至有些文獻所傳達的信息自身就不正確。許多開關電源設計并沒有意識到這一點，直接套用設計手冊中的公式，或把設計手冊中某些話斷章取義，而沒有進行透徹的分析和考慮，以及試驗的驗證。其成果往往是設計出來的高頻磁性元件不能滿足運用場合的要求，影響了研制的發(fā)展和項目的如期結束。
為了使開關電源設計在設計進程中，避免犯同樣的錯誤，為此，我們針對在學習和研制中遇到的一些概念性的問題進行了總結，期望能給我們供給一個學習。
一些錯誤概念的剖析
這兒介紹開關電源高頻磁性元件設計中8種常見的錯誤概念，并加以具體的剖析。
開關電源
1、優(yōu)化的設計
許多設計人員認為在高頻磁性元件設計中，填滿磁芯窗口可以獲得最優(yōu)設計，其實否則。在多例高頻變壓器和電感的設計中，我們可以發(fā)現多添加一層或幾層繞組，或選用更大線徑的漆包線，不但不能獲得優(yōu)化的作用，反而會因為繞線中的鄰近效應而增大繞組總損耗。因此在高頻磁性元件設計中，即使繞線沒把鐵芯窗口繞滿，只繞滿了窗口面積的25％，也沒有聯(lián)絡。不必非得主見設法填滿整個窗口面積。
這種錯誤概念主要是受工頻磁性元件設計的影響。在工頻變壓器設計中，側重鐵芯和繞組的整體性，因此不期望鐵芯與繞組中心有空隙，一般都設計成繞組填滿整個窗口，然后確保其機械安穩(wěn)性。但高頻磁性元件設計并沒有這個要求。
2、“鐵損=銅損”——優(yōu)化的變壓器設計
許多開關電源的設計中甚至在許多磁性元件設計參考書中都把“鐵損=銅損”列為高頻變壓器優(yōu)化設計的標準之一，其實否則。在高頻變壓器的設計中，鐵損和銅損可以相差較大，有時兩者不同甚至可以抵達一個數量級之大，但這并不代表該高頻變壓器設計不好。
這種錯誤概念也是受工頻變壓器設計的影響。工頻變壓器往往因為繞組匝數較多，所占面積較大，因此從熱安穩(wěn)、熱均勻視點動身，得出“鐵損=銅損”這一經歷設計規(guī)則。但關于高頻變壓器，選用十分細的漆包線作為繞組，這一經歷規(guī)律并不樹立。在開關電源高頻變壓器設計中，確認優(yōu)化設計有許多要素，而“鐵損=銅損”其實是最少受重視的一個方面。
3、漏感=1％的磁化電感
許多開關電源在設計好磁性元件后，把相關的技能要求提交給變壓器制造廠家時，往往要對漏感大小要求進行說明。在許多技能單上，標示著“漏感=1％的磁化電感”或“漏感<2％的磁化電感”等類似的技能要求。其實這種說法很不專業(yè)。開關電源設計應當依據電路正常作業(yè)要求,對所能接受的漏感值作一個數值束縛。在變壓器的制造進程中，應在不使變壓器的其它參數（如匝間電容等）變差的情況下盡或許地減小漏感值，而非給出漏感與磁化電感的比例聯(lián)絡作為技能要求。因為漏感與磁化電感的聯(lián)絡隨變壓器有無氣隙改變很大。無氣隙時，漏感或許小于磁化電感的0.1％,而在有氣隙時，即使變壓器繞組耦合得很嚴密，漏感與磁化電感的比例聯(lián)絡卻或許抵達10％。
因此，不要把漏感與磁化電感的比例聯(lián)絡作為變壓器設計指標供給給磁性元件生產商。否則，這將標明你不了解漏感知識或并不實在關心實踐的漏感值。正確的做法是規(guī)則清楚可以接受的漏感肯定數值，當然可以加上或減去一定的比例，這個比例的典型值為20％。
4、漏感與磁芯磁導率有聯(lián)絡
有些開關電源設計認為，給繞組加上磁芯，會使繞組耦合更嚴密，可下降繞組間的漏感；也有些開關電源設計認為，繞組加上磁芯后，磁芯會與繞組間的場互相耦合，可添加漏感量。而事實是，在開關電源設計中，兩個同軸繞組變壓器的漏感與有無磁芯存在并無聯(lián)絡。這一成果或許令人無法了解，這是因為，一種相對磁導率為幾千的材料接近線圈后，對漏感的影響很小。通過幾百組變壓器的實測成果標明，有無磁芯存在，漏感改變值基本上不會超越10％，許多改變只需2％左右。
5、變壓器繞組電流密度的優(yōu)化值為2A/mm2～3.1A/mm2
許多開關電源設計在設計高頻磁性元件時，往往把繞組中的電流密度大小視為優(yōu)化設計的標準。其實優(yōu)化設計與繞組電流密度大小并沒有聯(lián)絡。實在有聯(lián)絡的是繞組中有多少損耗，以及散熱方法是否滿足確保溫升在容許的范圍之內。
我們可以想象一下開關電源中散熱方法的兩種極限情況。當散熱分別選用液浸和真空時，繞線中相應的電流密度會相差較大。
在開關電源的實踐研制中，我們并不關心電流密度是多大，而關心的只是線包有多熱？溫升是否可以接受？
這種錯誤概念，是設計人員為了避免繁瑣的重復試算，而人為所加的束縛，來簡化變量數，然后簡化核算進程，但這一簡化并未說明運用條件。
6、原邊繞組損耗=副邊繞組損耗”—優(yōu)化的變壓器設計
許多開關電源設計認為優(yōu)化的變壓器設計對應著變壓器的原邊繞組損耗與副邊繞組損耗相等。甚至在許多磁性元件的設計書中也把此作為一個優(yōu)化設計的標準。其實這并非什么優(yōu)化設計的標準。在某些情況下變壓器的鐵損和銅損或許相近。但如果原邊繞組損耗與副邊繞組損耗相差較大也沒有多大聯(lián)絡。有必要再次側重的是，關于高頻磁性元件設計我們所關心的是在所運用的散熱方法下，繞組有多熱？原邊繞組損耗=副邊繞組損耗只是工頻變壓器設計的一種經歷規(guī)則。
7、繞組直徑小于穿透深度—高頻損耗就會很小
繞組直徑小于穿透深度并不能代表就沒有很大的高頻損耗。如果變壓器繞組中有許多層，即使繞線選用線徑比穿透深度細得多的漆包線，也或許會因為有很強的鄰近效應而產生很大的高頻損耗。因此在考慮繞組損耗時，不能僅僅從漆包線的粗細來判別損耗大小，要歸納考慮整個繞組結構的組織，包括繞組繞制方法、繞組層數、繞線粗細等。
8、正激式電路中變壓器的開路諧振頻率有必要比開關頻率高得多
許多開關電源在設計和檢測變壓器時認為變壓器的開路諧振頻率有必要比變換器的開關頻率高得多。其實否則，變壓器的開路諧振頻率與開關頻率的大小并無聯(lián)絡。我們可以想象一下極限情況：關于抱負磁芯，其電感量無窮大，但也會有一個相對很小的匝間電容，其諧振頻率近似為零，比開關頻率小得多。實在與電路有聯(lián)絡的是變壓器的短路諧振頻率。一般情況下，變壓器的短路諧振頻率都應當在開關頻率的兩個數量級以上。
