Выбор материала и типа сердечника

November 8, 2011 by admin Комментировать »

Материал сердечника и его тип для применения в импульсном источнике питания проектировщики поначалу зачастую выбирают наугад. Хотя в любом приложении может подойти сердечник почти из любого материала и любого типа, все-таки можно сделать осознанный оптимальный выбор, а не просто "закрыть глаза и ткнуть пальцем в страницу".

Прежде всего следует выбрать материала сердечника. Все такие материалы — это сплавы, основанными на феррите. Основным фактором, определяющим достоинства материала, являются его потери при рабочей частоте и магнитной индукции приложения. Лучше всего начать с материалов, которые сами производители сердечников рекомендуют для использования в импульсных источниках питания с ШИМ, и тех, которые обычно используются в проектной практике (табл. Г.1).

Таблица Г.1. Материалы для сердечников, обычно используемые в промышленности

Производитель

Частота функционирования

< 100 кГц

< 1 МГц

Magnetics, Inc.

F, T, P

F, R, N

TDK

P7, C4

P7, C40

Philips

3C8

3C85

Siemens

N27

N67

Используя один из указанных в табл. Г.1 материалов, проектировщик может быть уверен в том, что сделал правильный выбор феррита (и не без основания). Мо- пермаллой — это сплав феррита с немагнитным молибденом. Молибден действует как распределенный воздушный зазор внутри материала, благодаря чему мопермал- лой прекрасно подходит для приложений со смещенным постоянным током и униполярных приложений. К сожалению, этот материал применяется только в кольцевых сердечниках и используется обычно для дросселей выходных фильтров.

А что, если на рынке появился какой-то новый материал? Как его оценить? В первую очередь следует обратить внимание на потери в сердечнике (Вт/см3), степень понижения кривой намагничивания при повышенных температурах и на то, существует ли требуемый тип сердечника (например, с воздушными зазорами). Главный вопрос — это потери сердечника, состоящие из гистерезисных потерь и потерь от вихревых токов. Производители применяют графики, показывающие величину этих потерь в зависимости от рабочей частоты и максимальной рабочей магнитной индукции, что облегчает сравнение различных материалов (рис. Г.4).

Рис. Г.4. Кривые, демонстрирующие объемные потери сердечника в зависимости от частоты и Вт (для материала ЗС8 — данные любезно предоставлены компанией Philips Components)

Тем не менее, будьте внимательны: производители используют разные единицы измерения (теслы или гауссы) и разные основы (объем или вес сердечника). Переводные коэффициенты представлены в Приложении Е. Для того чтобы воспользоваться графиками производителей, проектировщик должен точно знать, какую собирается использовать рабочую частоту.

Вторым важным фактором является максимальная магнитная индукция (BSM). Промышленной нормой является допустимое значение потерь не более 2% от общего КПД источника питания. Например, при частоте 50 кГц номинальное значение fitrax должно составлять половину значения Вум. Для поддержания постоянного уровня потерь в сердечнике внутри источника питания значение Впш должна соответствовать ограничениям, представленным в табл. Г.2.

Таблица Г.2. Рекомендуемые пределы значения магнитной индукции в зависимости от частоты

Чтобы воспользоваться графиком, аналогичным показанному на рис. Г.4, найдите на оси X требуемое значение В^, перемещайтесь вертикально вверх до пересечения с кривой, соответствующей интересующей частоте, и определите по оси Y значение объемных потерь в сердечнике.

Второй оценочный аспект заключается в том, насколько изменяется значение 5sat материала с ростом рабочей температуры (рис. Г.5).

Рис. Г.5. Кривые, иллюстрирующие изменения Bsa, при различных температурах сердечника (для материала ЗС8 — данные любезно предоставлены компанией Philips Components)

Такое изменение различно для разных материалов. В основном, для общепринятых материалов при температуре 100°С следует ожидать падения 5sat в 30%. Это говорит проектировщику о том, что никогда не следует превышать порог 70% номинальной магнитной индукции насыщения материала сердечника. Наконец, некоторые материалы проявляют меньшие потери в сердечнике при увеличении температуры. Сердечники всегда будут иметь более высокую температуру, чем окружающая среда, и потому нагрев сердечника на 10~40°С — вполне нормальное явление. Иногда на графиках производителей сердечников показана эта точка при заданном уровне возбуждения. Если материал достигает минимальных потерь при температуре 50°С, то это лишь на руку проектировщику.

Как только материал сердечника выбран, следует рассмотреть тип сердечника. Производители выпускают сердечники самых разнообразных типов — обычно они разбиваются на категории, показанные на рис. Г.6. Каждая категория имеет преимущества по размеру, стоимости или экранированию, и все эти факторы должны рассматриваться с точки зрения приложения.

Рис. Г.6. Общепринятые типы магнитных сердечников

Обычно сердечники разделяются на два типа: кольцевые и ленточные сердечники. Трансформаторы на кольцевых сердечниках обходятся дороже, поскольку для намотки витков на сердечник требуется специальное оборудование, однако они выигрывают с точки зрения степени излучения магнитного потока за пределы трансформатора. Ленточные сердечники обходятся дешевле при намотке, однако стоимость их основных компонентов оказывается выше, чем у кольцевых.

Некоторые из рассмотренных аспектов сведены в табл. Г.З.

Таблица Г.З. Типы сердечников и их характеристики

Базовый тип сердечника

Материал сердечника

Воздушный зазор

Экранирование обмотки

Стоимость

пермаллой

феррит

сердечника

производства

Кольцевой

X

X

Есть/Нет

Нет

Низкая

Высокая

LU-образный

 

X

Есть

Нет

Низкая

Низкая

П-образный

 

X

Есть

Нет

Низкая

Низкая

Горшковый

 

X

Есть

Да

Высокая

Средняя

ЕР

 

X

Есть

Нет

Низкая

Средняя

Горшковые сердечники и их производные (PQ, RS и т. п.) дороги для приобретения, но с их использованием легче конструировать трансформаторы. Такие сердечники предоставляют хорошее магнитное экранирование обмоток и имеют воздушный зазор. К сожалению, из-за недостаточного потока воздуха вокруг обмоток они работают при повышенной температуре. Сердечники типа LLI-Ш и LLI-I не такие дорогие как горшковые и обычно имеют большую площадь обмоток. Поскольку при намотке трансформаторов размеры сердечника определяются именно по площади обмоток, сердечники типа Ш-Ш и LLI-I становятся более предпочтительными для разработчиков. Обмотки открыты и потому работают при более низких температурах, однако из-за открытого воздушного зазора больше излучают в окружающее пространство.

Таким образом, в первую очередь следует учитывать базовую стоимость сердечника, стоимость собранного трансформатора и радиопомехи.

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