(磁性元件在共鐵心條件下，一般電路之最佳化分析)
本章節的目的，在於將前ㄧ章節所模擬 EI 鐵心，其模擬成果，實際 運用於既設電路，相互驗證，期求獲得進ㄧ歩成果。以下列兩個實際電路 驗證。
一. 既設電路負載測試
(ㄧ) 實驗電路：
圖 4-1 計設電路性能測試
(二). S1 電壓，L51A Output filter choke 電流波形：波器 Channel 3 電
流電壓轉換比4為 300A/4V
1.Channel 3：L1 Output filter choke 電流波形；Channel 2：S1 電壓波形，
0W 負載
圖 4-2 ETD 44 既設變壓器鐵心電路，負載 0W
2.Channel 3：L1 Output filter choke 電流波形；Channel 2：S1 電壓波形，
300W 負載
圖 4-3 ETD 44 既設變壓器鐵心電路，負載 300W 3. Channel 3：L1 Output filter choke 電流波形；Channel 2：Q51、Q52
電壓波形，500W 負載
圖 4-4 ETD 44 既設變壓器鐵心電路，負載 500W
(三).輸負載輸出自0W 至500W，分別對於Chock 輸出電流及變壓器 一次側電壓檢測，以驗證鐵心共構後，對整體系統之影響。
1. 當輸出負載為0W 時，由於無負載，故開關導通期間較短；輸出電 流變化不大。
2. 當輸出負載為300W,500W 時，開關導通期間較0W 負載長，但彼 此差異不大；但輸出電流變化，隨著負載增加而增加。
二. 既有 ETD-44 鐵心增設之共鐵心實際電路驗證
下列為ETD-44 共鐵心，實務電路結線及相關參數量測結果。
(ㄧ) 實驗電路：
圖 4-5 ETD 44 變壓器鐵心共構實驗電路
(二). S1 電壓，L51A Output filter choke 電流波形：波器 Channel 1 電 流電壓轉換比5為 300A/4V
1. Channel 1：L51A Output filter choke 電流波形；Channel 2：S1 電壓 波形，0W 負載
5 本實驗電流波型之量測皆使用霍爾比流器(Hall CT) LEM HAL 300-S。
圖 4-6 ETD 44 變壓器鐵心共構實驗電路，負載 0W 2. Channel 1：L51A Output filter choke 電流波形；Channel 2：S1 電壓
波形，300W 負載
圖 4-7 ETD 44 變壓器鐵心共構實驗電路，負載 300W
3. Channel 1：L51A Output filter choke 電流波形；Channel 2：S1 電壓 波形，500W 負載
圖 4-8 ETD 44 變壓器鐵心共構實驗電路，負載 500W
(三). 既有ETD-44 鐵心增設之共鐵心實際電路驗證說明：
1. 當輸出負載為0W 時，電流及電壓波形，與原電路比較，差異性不 大。
2. 由實務電路波形量測驗證，此共鐵心架構之可運用性；此ETD-44 鐵心共構，與原電路鐵心比較，可節省約9%原鐵心體積。
三. E55 鐵心增設之共鐵心實際電路驗證
下列為E55 共鐵心，實務電路結線及相關參數量測結果。
(ㄧ) 實驗電路：
圖 4-9 E55 變壓器鐵心共構實驗電路
(二). S1 電壓，L51A Output filter choke 電流波形：
1. Channel 1：L51A Output filter choke 電流波形；Channel 2：S1 電壓 波形，0W 負載
圖 4-10 E55 變壓器鐵心共構實驗電路，負載 0W
2. Channel 1：L51A Output filter choke 電流波形；Channel 2：S1 電壓 波形，100W 負載
圖 4-11 E55 變壓器鐵心共構實驗電路，負載 100W
3. Channel 1：L51A Output filter choke 電流波形；Channel 2：S1 電壓 波形，200W 負載
圖 4-12 E55 變壓器鐵心共構實驗電路，負載 200W
(三). E55 鐵心增設之共鐵心實際電路驗證測試說明：
1. 輸出負載為0W 時，開關導通期間與原電路比較，導通時間較長。
2. 負載逐漸加時，電壓波形受到鐵心漏感之影響，震盪較大。
3. 負載逐漸增加至300W 時，功率開關因過電壓而失效。
4. 判斷上述現象來自鐵心漏感等因素所造成，此部份可藉助提升鐵心 尺寸，獲得改善。
E55 鐵心漏感再探討：
變壓器的漏感及耦合並非單純，尤其漏感更是複雜，且它 的大小隨幾何空間而改變很難以數學式子來精確量化。無論如
各漏感值L1k、L2k及互感值 M 。
)
(4.5)可得 波形，已達到900V，而切換開關Mostfet 2SK1358 的耐壓為900V 9A，其spike 過高之原因則是漏感太大，而其原因可能為：
一、二次的樣品皆無法正常開機工作，一直到第三次的樣品才勉 強操作到300W，可見高功率變壓器之繞製是一個很難掌握變數。
圖 4-13 變壓器漏感量測的方法
第五章 結論與建議
誠如前述，本計劃之目的在於尋求電源供應器部分是否可達到磁性元 件整合為一，並從理論及技術面探討其可行性，進而達到模組小型化及精 緻化之目的。而磁性元件之整合關鍵技術之一即在於鐵心之共構。關於此 部份之研究，在學理上，我們認為除須考慮鐵心可能發生磁飽和之外，基 本上並無其他條件上之限制，且任何之配置及調整皆可行。然而，在實際 電路設計應用上則須考慮共鐵心之後所造成的磁場加乘或消減對整體電路 工作效率之影響及可能需要面對之潛在問題。本計畫的研究重點之ㄧ即在 於透過實際電路範例探討這些研究課題。
在本計劃中，我們提出兩種共鐵心方式。第一種鐵心共構方式是在原 雙E 型「ETD44」結構方式鐵心之外，加裝另一E 型鐵心，以供電感器運 轉使用。亦即，共有三個E 型鐵心。第二種共構鐵心方式為採用一般雙E 型鐵心設計，重新尋找一比原分離式「ETD44」結構方式鐵心略大的「E55」
結構方式之鐵心，重新手工製作變壓器繞組及將電感器線圈繞於鐵心之一 腳上，以達到鐵心共構之目的。誠如前述，第一種 ETD44 鐵心共構方式 在整體電路運轉量測部分都能獲得良好輸出。而第二種E55 共構鐵心方式 在實務電路實驗量測中發現，電路輸出級之 Power MOS 電晶體在負載變 大時會發生過電壓現象。判斷其發生之原因可能為漏感所致。從已知文獻
知道，鐵心共構之主要優點即在於減少磁性元件之總體積。本案所提之第 一種ETD44 鐵心共構方式，經計算，確實可減少約9%之鐵心體積。
整體而言，本計劃所提之兩種鐵心共構設計在實務電路驗證下都可 行。但是，在實務電路量測時，第二種鐵心共構(E55)在負載變大時會發生 鐵心因漏感造成過電壓現象。由於本計劃之研究目的在於透過實際電路範 例探討共鐵心設計之相對可能性，藉由實驗量測，我們發現第一種ETD44 鐵心共構方式已能達成設計需求，並符合本計劃之研究目標。針對第二種 鐵心共構(E55)設計，我們相信藉由適當設計調整，例如：減低漏感或改變 鐵心尺寸，應可達成所需工作效率。在實務上，建議可考慮下列作法以改 進效果：
1. 對於過電壓部份，可適當修正原有之Snubber 電路，以改善電路過 電壓現象。
2. 由於實驗所使用之變壓器線圈及電感器線圈繞法為手工而非由專 業或機器製作，其線圈繞組在繞線方法及配置方式有可能造成漏感 變大。如能適當調整，應可改善漏感以提高工作效率。
參 考 文 獻
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