Конструирование импульсных источников питания – ЧАСТЬ 6

November 21, 2014 by admin Комментировать »

4.5. Количество витков первичной обмотки

Количеством витков первичной обмотки определяется ее индуктивность. Индуктивность, в свою очередь, определяет приращение тока ключа dl, за время его открытого состояния «на прямом ходе» (см. рис. 3.2, Ь). Если индуктивность выбрана небольшой, то пиковый ток ключа Ι„, может значительно превышать его средний импульсный ток 1Я. Для случая ТОР2хх это может привести к тому, что придется выбрать микросхему с большим допустимым током, т. е. более дорогую. Если выбрать очень большую величину индуктивности, то 1ш практически будет равняться 1и, но придется увеличивать количество витков — т. е. увеличить трудоемкость, расход провода и, в конечном счете, цену. Компромиссным решением станет выбор. При этом

Расчет индуктивности первичной обмотки L1 надо производить для максимального значения среднего импульсного тока ключа I            и максимальной длительности открытого состояния ключа     = Т · D^. Из формулы (1.2):

отсюда

Определив индуктивность первичной обмотки, можно определить количество ее витков:

Для сердечников без немагнитного зазора индуктивность L связана с количеством витков N выражением

I

где μη — начальная магнитная проницаемость сердечника, μ0 = 4π · ΙΟ-7, lq> — средняя длина магнитной силовой линии в сердечнике,

Sa — площадь сечения сердечника.

Для сердечника с зазором связь L и N определяется весьма громоздкой и неудобной формулой для практических расчетов, которую в силу ее неудобности нет смысла приводить. Сделать вычисления проще помогает тот факт, что для сердечников с большим значением начальной магнитной проницаемости материала введение зазора уменьшает эффективную величину магнитной проницаемости. Причем эффективная проницаемость μ, становится приблизительно равной:

где I, — ширина немагнитного зазора.

Прии ширине зазора 0,12…0,3 мм формула (4.8) дает

ошибку не более 15…20%, что вполне приемлемо для практики (разброс начальной магнитной проницаемости для сердечников одной и той же марки феррита, но изготовленных в разных партиях, может достигать тех же 15…20%). Подставляя (4.8) в (4.7) и произведя несложные преобразования, можно получить выражения для индуктивности обмотки с сердечником и немагнитным зазором:

Из (4.9) следует, что для сердечника с зазором индуктивность не зависит (в пределах справедливости (4.8) от средней длины магнитной силовой линии 1ср и нет необходимости ее измерять.

По заданной величине индуктивности L и сердечнике с зазором I, необходимое количество витков определяется формулой:

где N — это минимальное количество витков первичной обмотки, при котором величина приращения тока ключа dl^ за импульс при максимальной величине рабочего цикла D,, не превысит заданного максимального среднего импульсного тока ключа 1ктн.

В удобных для расчета единицах выражение (4.10) приобретает вид:

I

где L — мГн, 4 — мм, S, — см2.

Теперь следует проверить, какое минимальное количество витков первичной обмотки необходимо, чтобы сердечник не входил в насыщение при максимальном токе ключа I       

где В„| — индукция насыщения сердечника из табл. 3.4.

Учитывая, что, приведя к удобным для расчетов единицам и введя коэффициент запаса на возможную ошибку определения μ,, получаем рабочую формулу:

I

где L — мГн, Ismax — А, Вм — Тс, S, — см2.

Если полученное из (4.11) значение количества витков первичной обмотки N > Nmta, то индуктивность обмотки и сердечник выбраны правильно. Если N < N,*,, то необходимо увеличить индуктивность L.

4.6. Количество витков вторичной обмотки

В процессе расчета источника должен быть определен коэффициент трансформацииКоличество витков вторичной обмотки

Если п2 получается дробным, то необходимо увеличить п, до такой величины, чтобы при целых числах п, и п2 получить КТР, близкий к требуемому. Подробнее о подгонке количества витков см. в разделе «Методика проектирования источников питания на ТОР».

4.7.    Размещение обмоток на каркасе, выбор провода, изоляция

Диаметр обмоточного провода d определяется из величины среднего тока через обмотку 1ср по известной формуле:

где J — плотность тока, равная 3…5 А/мм2. Для внутренних обмоток (т. е. обмоток, которые наматываются первыми) выбираются меньшие значения плотности тока J, а для наружных обмоток — большие.

В качестве обмоточного можно использовать провод ПЭВ (но не ПЭЛ). Если позволяет площадь окна, то некоторые обмотки можно наматывать проводом bq фторопластовой изоляции, например МГТФ. Это снижает требования к слоям изоляции, но при использовании такого провода следует учитывать, что фторопласт обладает свойством текучести под механическим давлением. Если какой-то виток при намотке сильно передавлен другим витком или, например, арматурой, стягивающей половинки сердечника, то с течением времени в месте приложения давления слой тефлона может стать более тонким или совсем выдавиться в стороны. Очень удобен провод в так называемой тройной изоляции, который позволяет отказаться от применения специальных изолирующих слоев; разделяющих обмотки.

Готовый сетевой источник должен обеспечивать пробивное напряжение между входом и выходом не менее 1,5 кВ, и трансформатор в этой развязке является самым критичным звеном. Поэтому вторичная обмотка должна быть отделена от первичной и обмотки смещения слоем высоковольтной изоляции состоящим, например, из 6—8 слоев тефлоново^ ленты толщиной 0,05…0,1 мм. При намотке этого слоя надо не забывать о хладотекучести тефлона. Слои первичной обмотки достаточно разделять одним слоем тефлоновой ленты. Для изоляции обмотки смещения от первичной обмотки достаточно 2—3 слоев тефлона. Естественно, что можно применить не тефлон, а другой изоляционный материал, но при этом толщина изоляции, скорее всего, окажется большей. Закреплять концы обмотки тефлоном удобно отрезками клейкой бумажной ленты или скотча.

Первой следует наматывать первичную обмотку. Ее началом должен быть вывод, который подключается к силовому ключу (для ТОР2хх — вывод D). На этом выводе при работе создаются перепады напряжения до 300 В и более; если первичная обмотка имеет несколько слоев, то ее верхние слои будут работать как электростатический экран для этого источника помех. При выходной мощности до

5..                .10 Вт первичная обмотка наматывается полностью, а остальные наматываются поверх ее. При большей выходной мощности можно’ вторичную обмотку намотать между слоями первичной. Это увеличивает связь между обмотками и позволяет несколько снизить индуктивность рассеяния L^, что может облегчить режим работы элементов демпфирующей цепи. Но такое размещение обмоток требует лишнего слоя высоковольтной изоляции. Намотку всех обмоток следует выполнять виток к витку. При намотке внавал возрастает вероятность межвиткового пробоя изоляции намоточного провода и неизбежны перехлесты витков, что может привести к пробою. Обмотку питания ТОР (обмотку смещение) можно разместить как угодно, но лучше сразу поверх первичной. Поскольку и первичная обмотка и обмотка смещения работают под потенциалом питающей сети и гальванически связаны, такое размещение не требует их разделения слоем высоковольтной изоляции, что позволяет уменьшить коэффициент заполнения окна сердечника (достаточно 2—3 слоев тефлоновой ленты).

Выводы обмоток можно выполнить тем же проводом, которым производилась намотка. Для большинства типов сердечников выводы обмоток распаиваются на штырьки каркаса. Для сердечников типа КВ удобнее выводы обмоток распаивать ‘в соответствующие отверстия платы, поскольку у этого типа сердечников штырьки каркасов расположены слишком «кучно»,-что затрудняет трассировку печатной платы и создает на ней узкие места с опасностью высоковольтного пробоя.

Если сердечник не имеет специальной арматуры для стягивания его половинок, то для мощностей до 20 Вт и ожидаемой рабочей температуре сердечника не более 50…70‘С стянуть сердечник можно 5…6 слоями односторонней клейкой бумажной ленты или применить специальную клейкую монтажную ленту, имеющуюся в продаже.

5.                                   Переходные процессы, пульсации

5.1.                                                              Включение

Рассмотрим источник (рис. 3.7). Предположим, что ТОР не имеет «мягкого» пуска, т. е. величина рабочего цикла D сразу после включения может быть равной = 0,78. Для определенности рассмотрим некий, приближенный к реальному источник, имеющий следующие параметры:

•      выходное напряжение — +5 В/3 А, выходная мощность — 15 Вт.

‘ Расчетная величина индуктивности первичной обмотки оказывается около 2 мГн. При напряжении питающей сети 220 В и выходном .токе 3 Л пиковый ток ключа 1шом в установившемся режиме будет порядка 270 мА. Исходя из этого тока можно заключить, что для реализации источника подходит самый маломощный ТОР,- например ТОР232 или ТОР242. Рассмотрим, что происходит в схеме источника при подключении питающей сети.

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

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