Проектирование магнитных элементов

November 17, 2011 by admin Комментировать »

формирует костяк для хорошего проекта импульсного источника питания. Их точная электрическая и физическая разработка оказывает большое влияние на надежность функционирования каждого импульсного источника питания. Теории и проектированию магнитных элементов посвящены целые тома, но, следуя целям этой книги, я выбрал другой подход. Поскольку импульсные источники питания являются узким приложением магнитных элементов, процесс их проектирования можно значительно сконцентрировать и упростить. Это ускорить практическую разработку без необходимости понимать тонкости, имеющие отношение ко всем аспектам проекта. Более подробно функционирование материалов сердечника описано в Приложении Г.

3.5.1. Обобщенный план проектирования магнитных элементов

Частичная неразбериха в проектировании магнитных элементов связана с неточностями, закладываемыми в их конструкцию. В лучшем случае, результаты расчетов следует рассматривать лишь как "оценочные". Корректировка результата расчета в том или ином направлении будет все так же приводить к рабочему результату, однако может открыть преимущества в каком-либо другом аспекте проектирования источника питания, таком как размеры сердечника, входной динамический диапазон источника и т.п. Эти компромиссы будут обсуждены в соответствующих пунктах последующего текста.

Обобщенный план проектирования магнитных элементов состоит из шести пунктов.

1.              Выберите материал сердечника, подходящий для приложения и соответствующий частоте функционирования источника питания (Приложение Г).

2.              Выберите желаемую форму сердечника, удовлетворяющую требованиям приложения и любых регулятивных органов (Приложение Г).

3.              Определите размеры сердечника, необходимые для обеспечения требуемой выходной мощности источника питания (раздел 3.5.2).

4.              Определите, нужен ли воздушный зазор, и вычислите количество витков, необходимых для каждой обмотки. Затем определите, соответствует ли точность выходных напряжений требованиям, и можно ли физически расположить рассчитанную обмотку на сердечнике с выбранными размерами (разделы 3.5.3 – 3.5.7).

5.              Выполните обмотку магнитного компонента, используя методики, описанные в разделе 3.5.9.

6.              На стадии создания опытного образца проверьте работу сердечника на предмет уровней выбросов напряжения, перекрестной стабилизации, выходной точности и пульсации, радиопомех и т.д., и выполните необходимые корректировки.

Если перечисленная выше последовательность выполнена, то начальное проектирование любого магнитного компонента должно занять не более 30 минут. Всю необходимую дополнительную информацию можно найти на Web-сайтах производителей сердечников, перечисленных в Приложении Г.

3.5.2. Определение размеров магнитного сердечника

Каждый производитель использует различные процедуры определения размеров сердечника. Одни используют графики, другие просто формулируют, какую мощность каждый сердечник может "обработать" для конкретного приложения, а некоторые используют загадочные уравнения вперемешку с набором каких-то несвязанных модулей. Для оценки начальных размеров сердечника в качестве обобщенных подходов используются следующие две процедуры.

Рассматриваемые далее методы принимают две формы. Первая — это просто таблица размеров в зависимости от мощности, которая дает примерную оценку, если у вас нет множества обмоток или они несложны. Вторая форма реализует расчетный подход, который имеет некие "настроечные параметры", определяющие количество обмоток и соответствие компонента требованиям регулятивного органа. Полученные в обоих случаях результаты следует расценивать только как оценочные, и потому заказывать не только образцы сердечника вычисленного размера, но и образцы следующего по величине размера. Это избавит от необходимости позже возвращаться назад, если обмотки станут слишком большими для сердечника.

Существует пять основных факторов, влияющих на выбор размеров сердечника для некоторого приложения:

Фактор                                             Действующий параметр

Выходная мощность                                    Ас (площадь сечения сердечника)

Биполярный или униполярный поток     Ас (площадь сечения сердечника)

Входное напряжение                                   Aw (площадь окна)

Количество обмоток                                    Aw (площадь окна)

Конфигурация обмотки                               Aw (площадь окна)

Другие вопросы проектирования относятся к функционированию магнитного элемента: желаемый диапазон индуктивности рассеяния для каждой обмотки, электростатическое экранирование и т. п. (см. Приложение Г). Эти факторы влияют на размеры и стоимость конечного магнитного элемента.

Метод 1

Используя табл. 3.4, определяем диапазон мощностей, в который попадает приложение. По спецификации производителя сердечников находим сердечник, соответствующий приложению, и выбираем ближайший или следующий по величине размер сердечника. Заказываем выбранные образцы (см. табл. 3.4). Таблица 3.4. Приблизительные размеры сердечника по значению выходной мощности

Выходная мощность, Вт

Диаметр кольцевого МРР-сердечника, мм

Размеры сторон сердечников формы Ш-Ш, Ш-Г и т. д., мм

<5

16

11

<25

20

30

<50

30

30

< 100

38

47

<250

51

60

Метод 2

Этот метод начинается с предположения о наличии только однообмоточного трансформатора. Каждая обмотка и каждое дополнительное регуляторное требование ведут лишь к увеличению площади сечения обмотки и, следовательно, — всего сердечника. Влияния каждого фактора перемножаются для получения объединенного "коэффициента масштабирования". Затем этот коэффициент используется для масштабирования размера базового однообмоточного индуктора.

Итак, на первом шаге определяем размер однообмоточного индуктора с помощью уравнения 3.15.

где dw — площадь сечения проволоки, используемой в первичной обмотке, см2 (см. Приложение Е); В^ — пиковое значение рабочей магнитной индукции, Тл; /— рабочая частота, Гц; Pout — общая выходная мощность источника, Вт.

Далее следует идентифицировать влияние масштабирования и вычислить объединенный коэффициент масштабирования. Такие коэффициенты можно найти в табл. 3.5.

Таблица 3.5. Коэффициенты масштабирования трансформатора

Вид трансформатора

Коэффициент масштабирования

Обратноходовый трансформатор

1,1

Одна вторичная обмотка

1,2 или 1,3

Две или более вторичных обмоток

1,2; 1,3 или 1,4

Изолированные вторичные обмотки

1,3 или 1,4

Одобренный UL или CSA

1,1 или 1,2

Одобренный IEC

1,1 или 1,2

Клетка Фарадей

1,1

Теперь объединим индивидуальные коэффициенты масштабирования:

Оценочный размер сердечника готового трансформатора вычисляем по формуле:

В метрической системе результат будет представлен в м4. В некоторых спецификациях производителей сердечников указан параметр W^AQ сердечника, который можно сравнить с результатами рассмотренных выше вычислений. Следует выбирать сердечник со значением W^A^ ближайшим или следующим по величине.

Если вы хотите использовать собственный метод производителя для определения размеров сердечника, то вполне можете это сделать. Эта фаза в проектировании трансформатора является в значительной мере лишь оценочной.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты