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技术专题
电路设计集成电磁学的利弊
众所周知，与在线路频率下工作相比，以数十kHz的更高频率工作可以导致使用更轻，更紧凑的磁性设备。但是，即使在这种情况下，磁性装置也可以占整个开关转换器系统尺寸的一半左右。因此，电路设计人员总是共同关注可如图1 [2]进行优化的系统组件，由于以下优点，它们倾向于专注于磁学。
图1. 电路设计人员审查下的系统组件
增加工作频率
从理论上讲，进一步提高工作频率可以使系统更小，但有其缺点。高工作频率还意味着更高的铁芯损耗和更低的磁通密度。因此，更好的选择是将多个磁性部件集成到一个设备中，该设备本质上被称为集成磁性结构。
集成的磁变体提供降压和升压功能以及固有的输入和输出电流滤波。它减少了内部能量存储，提高了动态性能，并促进了在较高频率下的理想操作。电感器的耦合减小了系统的整体尺寸，并具有消除绕组之一中电流纹波的优点。磁性元件之间的受控耦合有助于实现特定功能[2]。
性能和尺寸改进
集成磁性结构的使用保证了性能的提高以及尺寸和重量的减小。在这种情况下，由于沿相反方向的磁通量导致总磁通量为零，因此可以移除中心磁分支。这转化为更小，更轻的结构，铁损相对较低，同时保持了铜损值和能量存储能力。由于减少了磁芯损耗以及高密度系统，管理热问题和空间，这进一步有助于提高效率。
同样，如果将两个磁芯堆叠在一起，并在其上缠绕相同的匝数，则它们中的电感，磁芯损耗和能量存储能力的值将与两个独立电感器的串联配置中的值相同。但是，铜线缠绕的长度显着减少，从而导致重量减轻和铜损减少。这进一步提高了整体效率，并使系统紧凑。
可以采用纹波控制技术，即将电感器纹波电流减小到基本为零的能力，从而可以利用绕组漏感来减小滤波电容器的尺寸[3]。这进一步促进了外腿中间隙的使用，以实现无波纹的行为。电磁干扰（EMI）显着降低，因为较短的走线会导致辐射面积的减少，从而降低天线效应。由于布局更有条理，因此所需的屏蔽层较小。同样，较短走线中的较低电阻导致热量减少，从而提高了工作效率。
集成磁性有效的应用
在大多数正向拓扑转换器中，变压器用于能量的传递和隔离，而电感器则有助于能量的存储。即使这些元素执行不同的功能，它们仍可以并排或从上到下的配置集成到单个结构中。它适用于尺寸至关重要的任何额定功率，非常适合平面变压器，并且由于平台是标准化的，因此无需重新设计设计。通常，集成磁性结构非常适合在50 W至200 W范围内的拓扑中使用。
优雅地采用集成磁结构的其他拓扑包括基本转换器，例如用于零输出纹波的改进型降压转换器，升压派生转换器，集成磁隔离升压转换器，正向转换器，耦合电感准方波转换器以及常规Ćuk的变体。转换器。
先进的拓扑结构（例如，多输出降压衍生的准方波转换器，集成式正激转换器的推挽版本，单端温伯格转换器，Severns转换器，Hughes转换器，双转换器和多模式转换器）也将从中受益。集成磁性结构。