Основы проектирования обратноходового трансформатора

November 28, 2011 by admin Комментировать »

Работа обратноходового трансформатора отличается от работы прямоходового трансформатора. Вместо того, чтобы обе обмотки проводили ток одновременно, энергия сохраняется в материале сердечника первичной обмоткой и затем передается в цепь вторичной обмотки, когда первичная отключается. Соответственно, классические трансформаторные соотношения вносимых полных сопротивлений (reflected impedance) и витков первичной обмотки к вторичной напрямую неприменимы. Теперь основное значение приобретают напряжение, время и энергия.

Для того чтобы приступить к проектированию, на этапе оценок “черного ящика” должна быть оценена величина пикового тока. Кроме того, должны быть выбраны форма и материал сердечника (см. Приложение Г). На этот раз для надежного функционирования необходим воздушный зазор.

Начинаем с констатации того факта, что в период, когда ключ замкнут, первичная обмотка выполняет роль элементарного индуктора и подчиняется равенству (3.22):

Разрешив это равенство относительно Lpri и выполнив подстановку Топ = б(1ШХ>//, можем по формуле (3.23) рассчитать максимальную индукцию первичной обмотки, используя известные параметры функционирования источника питания:

где Smax— максимальный рабочий цикл (обычно 50% или 0,5).

Это значение индукции следует рассматривать как максимальное, поскольку любое более высокое значение будет приводить к нарушении стабилизации источником питания выше минимума рабочего входного напряжения.

Энергия, поступающая в сердечник на протяжении времени замкнутого состояния ключа, описывается формулой:

Для того чтобы убедиться в том, что способность трансформатора поддерживать максимальную непрерывную выходную мощность сможет удовлетворить требованиям по максимальной мощности нагрузки, вычисляем: где: Ас — эффективная площадь поперечного сечения сердечника, м ; Втт — максимальная рабочая магнитная индукция, Тл (вебер/м2).

Это — лишь оценочная длина воздушного зазора. Разработчик должен использовать ближайшую величину воздушного зазора из стандарта для сердечника.

Производитель сердечника для длины каждого воздушного зазора указывает параметр, обозначаемый AL. Этот параметр характеризует индуктивность сердечника, если на него намотано 1000 витков. Для определения числа витков, требуемых для достижения желаемого значения индуктивности, используется формула:

где Lpri — величина индуктивности первичной обмотки, мГн.

Если для некоторой комбинации “сердечник/воздушный зазор” величина AL не указана, то можно воспользоваться формулой (3.28), в которой используются единицы метрической системы: теслы и метры:

Эта величина соответствует максимальной индуктивность первичной обмотки, которая может поместить требуемую энергию в сердечник в период подачи самого низкого уровня ожидаемого входного напряжения. Любые дальнейшие модификации этого числа должны выполняться в направлении его снижения.

Теперь определим количество витков вторичной обмотки наибольшей мощности с использованием соотношения (3.29):

где бщах— максимальный рабочий цикл (обычно 50%).

Полученное значение Nstx следует рассматривать как максимальное число витков, поскольку любое большее количество витков увеличивало бы индуктивность вторичной обмотки и замедляло бы высвобождало энергии сердечника. Такой расчет всегда дает результат в виде нецелого числа витков. Многие сердечники не поддерживают дробного числа витков, поэтому округлите полученное значение до ближайшего числа, которое позволит сердечник.

Воздушный зазор требуется для всех устройств с управлением униполярным магнитным потоком, наподобие этого. Один из методов расчета такого зазора демонстрирует следующее уравнение:

Для определения количества витков для каких-либо дополнительных вторичных обмоток используйте процедуру, описанную в предыдущем разделе для прямо- ходовых трансформаторов (см. формулу 3.20). Опять-таки, если полученные отклонения выходных напряжений от их “идеальных” значений выходного напряжения оказываются чрезмерными, придется применить итерационный процесс. Начинайте с удаления одного витка с исходной вторичной обмотки и пересчета выходных напряжений (включая падение прямых напряжений выпрямителя). В конечном счете, будет получена приемлемая ошибка выходных напряжений.

Теперь решим вопрос с размещением вторичных обмоток. Разработчик может выбрать либо автотрансформаторный стиль вторичных обмоток (т.е. совместное использование витков с обмотками более низкого напряжения), либо изолированные обмотки. Поскольку обратноходовые вторичные обмотки являются выпрямляющими на один полупериод, то обмотка без центральной точки или мосты двухполу- преиодного выпрямителя невозможны (рис. 3.19).

Рис. 3.19. Размещение вторичных обмоток обратноходового трансформатора: а — вторичные обмотки с центральной точкой; б— изолированные вторичные обмотки

Когда решение о размещении вторичной обмотки принято, следует проверить, сможет ли эта обмотка поместиться на выделенной ей площади сердечника. Это выполняется с помощью все того же соотношения (3.21).

Физическое проектирование трансформатора в обратноходовых преобразователях имеет крайне важное значение. Если они плохо проработаны в физическом плане, то могут возникать чрезмерно высокие выбросы напряжения, которые будут оказывать неблагоприятное воздействие на надежность работы полупроводниковых компонентов (см. раздел 3.5.8).

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