変圧器のスイッチング周波数が高いほど、体積は小さくなります。ということは、スイッチング周波数に上限はないということでしょうか？つまり、体積は非常に小さくできるということでしょうか？
答えは否定的です。実際の動作プロセスにおいて、高周波トランスの周波数は複数の要因によって決定され、いくつかの側面から分類できます。
1．回路トポロジー フライバックトポロジー：トランスはエネルギーの蓄積と変換の機能を持ち、一般的に使用される動作周波数は40～100kHzです。周波数が40kHz未満の場合、鉄心の体積が大きすぎるため、電源の体積が大きくなります。周波数が100kHzを超えると、漏れインダクタンスによって発生する電圧スパイクがスイッチングトランジスタを損傷する可能性があります。
フォワードトポロジー：一般的な範囲は60～150kHzですが、磁気コア損失とスイッチ損失のバランスを取る必要があります。プッシュプル/ハーフブリッジ/フルブリッジトポロジー：対称スイッチ駆動の双方向磁化磁気コア、高効率、数百kHzからMHzまでの高周波数に対応しますが、より複雑な制御設計と放熱が必要です。
2．磁性コア材料の特性には、磁気ヒステリシス損失と渦電流損失が含まれます。一定の範囲内では、周波数の増加に伴い磁性コア損失が増加します。したがって、磁性コア材料ごとに異なる周波数使用範囲を設定することで、磁性コア損失を比較的低く抑えることができます。例えば、マンガン亜鉛フェライトは10～300kHzの周波数範囲での使用に適していますが、ニッケル亜鉛フェライトは1MHz以上の周波数での使用に適しています。
第二に、周波数が高くなるにつれて、磁気コアの飽和を避けるために最大磁束密度を低減する必要があります。例えば、DMR40の磁束密度は0.38Tですが、100KHzの周波数で設計する場合、通常は0.2T程度の値を採用します。
3．パワーデバイスのスイッチング速度 MOSトランジスタは単極性デバイスであり、オン/オフ時間はナノ秒単位です。理論上の動作周波数はMHzに達する可能性があり、実際の最大動作周波数は数百kHzです。IGBTは双極性デバイスであり、比較的長いターンオフ時間を持ち、最大動作周波数は通常40～50kHzです。
4．効率と放熱頻度の増加は、スイッチング損失と駆動損失の増加につながり、結果として全体効率の低下と発熱量の増加を招きます。製品の温度を正常範囲内に保つためには、放熱対策をさらに強化する必要があります。
5．高周波では、スイッチ損失の増加に伴い、放熱対策を強化する必要が生じ、コストが増加します。また、コンデンサやインダクタは高周波で性能劣化を起こしやすく、高周波に適したデバイスを選択する必要があるため、コストが増加します。実際の設計においては、コストに制約があるため、動作周波数の上限が制限されることがよくあります。
6．チップの特性：PWM制御チップは、動的な負荷調整に対応するために、周波数の上限要件を持つことが多い。これは、トランスのスイッチング周波数が一定の範囲内にあることを決定する。
投稿日時：2025年8月6日
