Quanto maior a frequência de comutação do transformador, menor o seu volume. Isso significa que não há limite superior para a frequência de comutação? Ou seja, o volume pode ser muito pequeno?
A resposta é negativa. No processo de trabalho real, a frequência dos transformadores de alta frequência é determinada por múltiplos fatores e pode ser dividida em diversos aspectos:
1. Topologia de circuito flyback: Os transformadores têm as funções de armazenamento e transformação de energia, com uma frequência de operação comumente utilizada de 40 a 100 kHz. Quando a frequência é inferior a 40 kHz, o volume do núcleo de ferro é muito grande, resultando em um volume de fonte de alimentação maior; quando a frequência excede 100 kHz, picos de tensão causados pela indutância de fuga podem danificar o transistor de comutação.
Topologia direta: A faixa comum é de 60 a 150 kHz, mas requer o balanceamento das perdas no núcleo magnético e das perdas nos interruptores. Topologia push-pull/meia-ponte/ponte completa: Núcleo magnético bidirecionalmente magnetizado acionado por interruptor simétrico, maior eficiência, suporta frequências mais altas, variando de centenas de kHz a MHz, mas requer um projeto de controle e dissipação de calor mais complexos.
2. As características dos materiais do núcleo magnético incluem perdas por histerese magnética e perdas por correntes parasitas. Dentro de uma determinada faixa, as perdas no núcleo magnético aumentam com o aumento da frequência. Portanto, diferentes materiais para núcleos magnéticos devem ter diferentes faixas de frequência de uso para garantir perdas relativamente menores. Por exemplo, a ferrita de manganês-zinco é adequada para uso em frequências de 10 a 300 kHz, enquanto a ferrita de níquel-zinco é adequada para uso em frequências acima de 1 MHz.
Em segundo lugar, à medida que a frequência aumenta, a intensidade máxima de indução magnética precisa ser reduzida para evitar a saturação do núcleo magnético. Por exemplo, a intensidade de indução magnética do DMR40 é de 0,38 T e, ao projetar para uma frequência de 100 kHz, geralmente adotamos um valor em torno de 0,2 T.
3. A velocidade de comutação de dispositivos de potência, como o transistor MOS, pertence à classe de dispositivos unipolares, com tempo de ativação/desativação na ordem de nanossegundos. A frequência operacional teórica pode atingir MHz, e a frequência operacional máxima real é de algumas centenas de kHz. O IGBT, por sua vez, pertence à classe de dispositivos bipolares, com um tempo de desativação relativamente longo e uma frequência operacional máxima geralmente entre 40 e 50 kHz.
4. O aumento na eficiência e na frequência de dissipação de calor leva a um aumento nas perdas de comutação e de acionamento, resultando em uma diminuição na eficiência geral e um aumento na geração de calor. Para garantir que a temperatura do produto esteja dentro da faixa normal, precisamos de mais medidas para lidar com a dissipação de calor.
5. Em altas frequências, o custo aumenta devido ao aumento das perdas de comutação, exigindo mais medidas para lidar com a dissipação de calor, o que leva a um aumento nos custos. Em segundo lugar, capacitores e indutores frequentemente apresentam degradação de desempenho em altas frequências, e precisamos escolher componentes adequados para frequências mais altas, o que aumenta os custos. Na prática, os custos são limitados, o que muitas vezes determina o limite superior da frequência de operação.
6. Características do chip: Os chips de controle PWM geralmente possuem requisitos de limite superior de frequência para responder a ajustes dinâmicos de carga. Isso também determina que a frequência de comutação do transformador esteja dentro de uma determinada faixa.
Data da publicação: 06/08/2025
