Конструирование импульсных источников питания – ЧАСТЬ 5

October 31, 2014 by admin Комментировать »

Если преобразователь двухтактный, то на трансформатор подаются импульсы переменной полярности одинаковой амплитуды. Первый импульс вызовет некоторое остаточное намагничивание сердечника — остаточную индукцию +1}^. Второй импульс имеет другую по отношению к первому полярность. По его окончании окажется, что, остаточная индукция имеет ту же величину В^, но другой знак. То есть сердечник перемагнитился. Следующий импульс вызовет остаточную индукцию +Βο„ — с обратным знаком по отношению к остаточной индукции, вызванной вторым импульсом. Далее, с каждым следующим импульсом тока остаточная индукция будет равна ±В0СТ, причем ее знак станет определяться знаком соответствующих импульсов тока. Нарастания величины остаточной индукции не происходит. Конечно, в каждом импульсе какая-то часть полезной энергии’ затрачивается на компенсацию предыдущей остаточной индукции и создание новой. Это несколько снижает КПД, но не приводит к большим неприятностям.

В однотакгных преобразователях и, в частности, в обратноходовом картина существенно меняется. Все импульсы тока имеют один знак. Для нормальной работы преобразователя каждый импульс должен обеспечить за время своего действия размах величины индукции Вимп. Если сердечник был первоначально размагничен, то максимальная индукция сердечника в первом импульсе равна Виип. После первого импульса величина остаточной индукции равна В^,. Второй импульс должен обеспечить изменение индукции на величину Вимл относительно остаточной индукции В^,, и максимальная индукция в сердечнике будет Виип + Восн- После второго импульса величина остаточной индукции будет Ban} > В,*;,,. С каждым последующим импульсом остаточная намагниченность сердечника увеличивается. Этот процесс не бесконечен — при некоторой остаточной индукции В^ ее прирост остановится. Если размах индукции достаточно велик, сумма В^ + Вимп может превысить индукцию насыщения материала сердечника Вя|. При этом резко падает величина индуктивности обмотки. В реальном преобразователе это может привести к потере работоспособности и даже к выходу из строя силового ключа. Конечно, выбором небольшой величины Вимп можно избавиться от такого эффекта, но на практике это ведет к резкому увеличению габаритов сердечника, что приводит к возрастанию потерь в феррите к, наконец, просто дорого.

Основным методом снижения влияния В^ является введение немагнитного зазора в магнитный поток сердечника. Не вдаваясь в теоретические тонкости, можно сказать, что введение немагнитного зазора приводит к «растягиванию» характеристики индукции сердечника. Более физичным будет такое объяснение — при введении зазора большая часть энергии запасается не в сердечнике, а в зазоре, что и приводит к уменьшению эффективной величины В^. Однако за все надо платить — введение зазора уменьшает магнитную проницаемость сердечника в десятки раз — это приводит к увеличению габаритов и количества витков обмоток (не в такой, правда, степени, как снижение Вимп).

•    Подавляющее большинство разработчиков, вертя в руках неопробованный сердечник будущего трансформатора, задаются двумя главнымопросами какой зазор должен быть для «большей лучшесги» и сколько витков надо намотать в первичной обмотке.

Весьма часто перед тем, как эти вопросы становятся главными, человек старательно штудирует литературу, пытается разобраться во множестве формул, силясь вспомнить школьный курс физики, и даже обнаруживает, что существуют САПР для расчета трансформаторов. Он пытается что-то считать и, наконец, получает величину ширины оптимального зазора 0,0111 мм. С одной стороны, становится понятным, что реализовать такой малый зазор (и вдобавок стабильный по температуре и времени) на практике весьма сложно, а с другой стороны — он же оптимальный… В конце концов, для организации зазора начинают использоваться кусочки бумаги.

Оставляя в стороне эмоции, по поводу силового трансформатора можно сказать следующее. Для того чтобы иметь нормальный трансформатор для хорошо работающего -источника, надо правильно определить такие параметры трансформатора:

•    материал и форму (тип) сердечника;

•    габаритную мощность сердечника;

•    величину немагнитного зазора;

•    количество витков в обмотках;

•          и, наконец, конструкцию — т. е. как разместить обмотки, как их . наматывать и как изолировать.

4.1.                                                  Материал сердечника

Как уже говорилось, в настоящее время лучше всего использовать] ферриты. Феррит должен иметь низкие потери, высокую начальную! магнитную проницаемость mn и высокую индукцию насыщения Bs. > При работе на частотах порядка 100 кГц наилучшими материалами – являются отечественные НМС1, НМС2 (аналогичный импортный — ‘ ЗС8). Основные характеристики отечественных ферритов приведены в табл. 3.4 [4].

Таблица 3.4

4.2.     Форма (тип) сердечника

Форма сердечника во многом определяет индуктивность рассеяния трансформатора 1^. При прочих равных условиях более «закрытый» сердечник (т. е. сердечник, в котором большая часть силовых магнитных линий проходит не по воздуху, а через феррит) даст меньшую индуктивность рассеяния. Наилучшими с этой точки зрения являются сердечники типа PQ. Для Ш-образных сердечников наименьшую величину Lpu имеют сердечники, у которых площадь окна близка к площади сечения керна. Однако такие сердечники, как и сердечники типа! PQ, не позволяют при необходимости разместить несколько вторичных обмоток. Увеличение типоразмера приводит к увеличению потерь в феррите, поскольку эти потери прямо зависят от объема феррита в сердечнике. Поэтому при большом количестве вторичных обмоток приходится выбирать сердечники с большей относительной площадью окна типов ЕС, ETD. Вполне приемлемые величины Ц* получаются при использовании отечественных сердечников типа КВ (импортный аналог RH). Если источник должен иметь небольшую толщину, то выбираются низкопрофильные сердечники типа EFD. В любом случае лучше выбирать сердечник в комплекте с каркасом для обмоток.

4.3.                                                   Габаритная мощность

Габариты сердечника (т. е. типоразмер при выбранном типе) определяются двумя критериями. Во-первых, сердечник не должен перегреваться при максимальной выходной мощности и, во-вторых, окно должно иметь достаточную площадь для размещения всех обмоток трансформатора. После того как намотана пара десятков различных трансформаторов, разработчик практически безошибочно может определить типоразмер сердечника. Если такого опыта нет, то для сетевых обратноходовых источников с небольшим количеством вторичных обмоток можно рекомендовать такой приближенный критерий выбора сердечника по сечению керна: 0,035 см2/Вт для мощностей до 20 Вт и 0,02 см2 /Вт при мощности от 20 до 50 Вт.

Площадь заполнения окна сердечника, SMn, определяется формулой

где d, — диаметр провода i-й обмотки с учетом изоляции, п, — количество витков i-й обмотки, 1„ — толщина слоя изоляции, п„ — общее количество слоев изоляции, h0lc — высота окна с учетом каркаса, — коэффициент заполнения, обычно равный 1,1…1,5 и зависящий от аккуратной намотки трансформатора.

Площадь окна сердечника с учетом каркаса, S0K, должна быть больше площади заполнения окна Sm· Вели это условие не выполняется, необходимо выбрать сердечник с большим относительным размером окна, или (что хуже с точки зрения потерь в феррите) выбрать больший типоразмер того же типа сердечника.

4.41 Величина немагнитного зазора

Теоретически для каждого сердечника при заданной мощности и заданной индуктивности первичной обмотки существует оптимальная величина немагнитного зазора при которой обеспечиваются небольшие потери и надо наматывать не очень большое количество витков. Такие оптимальные величины I, могут находиться в пределах от сотых до десятых долей мм. К сожалению, не всегда можно отыскать материал для изготовления немагнитной прокладки с толщиной, в точности равной рассчитанному I,. При I, < 0,1 мм это может стать проблемой — ведь прокладка должна сохранять толщину при изменении температуры, влажности и усилия крепления половинок сердечника. Если толщина прокладки изменяется, зазор становится неоптимальным. Поэтому для мощностей до 50 Вт зазор обычно выбирается в пределах 0,12…0,3 мм. Эта величина несколько отличается от оптимальной, но ее сравнительно легко сделать практически неизменной при изменении внешних условий. Следует заметить, что многие типы сердечников выпускаются в варианте с зазором, для чего высота центрального керна делается несколько меньше высоты боковых пластин. И для таких сердечников ширина зазора обычно порядка 0,12…0,3 мм.

Если в сердечнике не предусмотрен немагнитный зазор, то в качестве материала прокладки для него удобно использовать одностороннюю липкую бумажную ленту, продаваемую в магазинах электроники. Ее толщина 0,12 мм, что дает ширину зазора 0,24 мм (поскольку прокладка ставится как в центральный керн, так и в боковые пластины сердечника). Опыт нескольких лет эксплуатации показывает, что такой материал удовлетворительно «держит толщину» как по температуре, так и по времени. Для сведения любителей просто бумажек — толщина листа бумаги для принтеров порядка 0,09 мм.

Источник: Под редакцией А. Я. Грифа, Оригинальные схемы и конструкции. Творить вместе! — М.: СОЛОН-Пресс, 2004. – 200 с.: ил. – (Серия «СОЛОН – РАДИОЛЮБИТЕЛЯМ», вып. 23)

Оставить комментарий

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