エネルギー貯蔵にフライバックエアギャップが必要なのはなぜですか？

「フライバックトランスにはエネルギーが保存されるため、エアギャップが必要なため」という理由で、なぜ多くのソースが何かを言うのでしょうか。私はこの推論を教科書やアプリノートで見ました。

エアギャップはエネルギーを保存できないと考え、フライバックトランスもインダクタンスでエネルギーを保存すると考え、エアギャップはインダクタンスを減らすため、インダクタ/フライバックのエネルギーを保存する能力も低下すると思います。

私はどこで混乱していますか？

フォワードトポロジートランス（一次巻線と二次巻線が同時に導通する）とは異なり、フライバックトランスは一次スイッチのオン時間中にエネルギーを蓄積し、一次スイッチのオフ時間中に負荷に供給する必要があります。

ピークフラックス密度は印加されたボルト秒のみの関数であるため、フォワードトポロジートランスはギャップを必要としません。トランスを介して供給される電力は変数ではありません（デューティサイクルへの影響以外）。コアをヒステリシスループに沿って移動させるのは磁化電流だけです。一次および二次アンペアターンが互いに打ち消し合うため、すべてが適切に設計されていれば飽和リスクは生じません。

フライバック変圧器は、フォワードコンバータのアンペアターンキャンセル利点を持っていないので、全体の一次エネルギーは、コアをヒステリシス曲線上に移動します。空隙はヒステリシス曲線を平らにし、コアの透磁率を低下させることにより、より多くのエネルギー処理を可能にします。もちろん、ギャップなしに比べて希望のインダクタンスを得るために巻数を増やす必要がありますが、コアの飽和は避けます。$\frac{1}{2}LI^2$

ここで重要なのは、エアギャップがないと、インダクタに電流を流そうとするとインダクタが飽和するため、インダクタンスが低下し、エネルギーを蓄積できないことです。

「フライバックトランス」という用語は少し誤解を招く可能性があり、従来のトランスのエネルギーが一次側と二次側の両方で同時に発生するため、動作が大きく異なるため、トランスではなく結合インダクタと考える方が便利です。エネルギーを貯蔵しません。「フライバック」では、変圧器のエネルギーが最初に蓄積されてから放出されます。

インダクタについて知っていることをいくつか取り上げます

$$v = L \frac{di}{dt} = N A \frac {dB}{dt}$$

ここで、vは電圧、iは電流、Nは巻数、Bは磁束密度、Aは有効な磁気領域です。

また

$$H = \frac {N \ i}{l} \Rightarrow i = \frac {H \ l}{N}$$

ここで、Hは磁場強度、Nはターン、lは磁路長です。

最後に通気性

$$\mu = \frac {B}{H} \Rightarrow H = \frac {B}{\mu}$$

かくして

$$i = \frac{B \ l}{\mu \ N}$$

これでエネルギーを計算できます

$$\begin{align} Energy & = \int{i \ v} \ dt\\ & = \int{\left( \frac{B \ l}{\mu \ N} \right) \ \left( N A \frac {dB}{dt} \right)} \ dt\\ & = \frac {A \ l}{\mu}\int{B} \ dB\\ & = \frac {A \ l}{\mu}\frac{B^2}{2}\\ \end{align}$$

したがって、エネルギー貯蔵はエアギャップでのみ可能であり、エアギャップの体積と磁束密度の二乗に比例します。

自分を含め、ほとんどの人が考えることとは反対に、有用なエネルギーのほとんどはコアのギャップに蓄積されます。

フェライトの場合、ギャップは小さな金属粒子間に分散されるため、計算に使用される効果的なギャップとしても使用されます。このギャップにより、BHループが線形化され、飽和前の電流処理が増加します。

エアギャップは通常、安全性を考慮して使用されます。フライバックトランスの場合、一次巻線と二次巻線の間にアークが不要であり、エアギャップを使用します。