Сердечники для трансформаторов импульсных блоков питания

Нанокристаллические сердечники для импульсных трансформаторов имеет очень высокую проницаемость, высокую индукция насыщения, низкую коэрцитивную силу, низкие потери в сердечнике. Подходит для высокочастотных импульсных трансформаторов, инверторов сварочного оборудования, инверторов солнечных электростанций, а также импульсных силовых трансформатор мощностью до десятков кВт.

Применение:

•  Блок питания инверторных сварочных аппаратов
•  Блоки питания рентгеновского, лазерного, телекоммуникационного оборудования
•  ИБП и источники питания для высокочастотного индукционного нагрева
•  Зарядные устройства
•  Источники питания для гальванического покрытия
•  Регуляторы скорости вращения с частотной модуляцией

Ключевые свойства:

•  Высокая индукция насыщения – эффективное уменьшение габаритов
•  Высокая магнитная проницаемость и низкая коэрцитивная сила -повышение эффективности трансформатора, уменьшение потерь
•  Низкая остаточная индукция (B_r≤0,2 Т) – больше размах индукции и выше выходная мощность
•  Низкие потери – уменьшается нагрев трансформатора
•  Хорошая температурная стабильность – длительная работоспособность при 130^оС

Магнитные характеристики

Магнитный параметр	Нанокристаллический сердечник	Ферритовый сердечник
Индукция насыщения Bs (Т)	1,25	0,5
Остаточная индукция Br (Т) (20кГц)	<0,2	0,2
Потери в сердечнике (20кГц/0,2Т) (Вт/кг)	<3,4	7,5
Потери в сердечнике (20кГц/0,5Т) (Вт/кг)	<35	—
Потери в сердечнике (50кГц/0,32Т) (Вт/кг)	<40	—
Магнитная проницаемость (20кГц)	>20 000	2000
Коэрцитивная сила Нс (А/м)	<1,6	6
Магнитострикция насыщения (х10-6)	<2	4
Удельное сопротивление (мОм*см)	80	106
Температура Кюри Тс (оС)	570	<200
Коэффициент заполнения	>0,75	1

 

Маркировка: NMNP-OD-ID/H

NM	—	NANOMAGNET
N	—	Нанокристаллический
P	—	Силовой
D	—	Внешний диаметр
d	—	Внутренний диаметр
h	—	Высота

 

Таблица размеров

Маркировка	Размер сердечника			Размер с покрытием			Длина средней линии	Сечение	Вес	Ориентировочная мощность при 20кГц
	D	d	h	Dc	dc	hc	Le	Ae	m	W
	(мм)	(мм)	(мм)	(мм)	(мм)	(мм)	(см)	(см2)	(г)	кВт)
NMNP-50-32/20	50	32	20	53. 8	28.5	24	1.40	12.9	131	0.5-1
NMN6440/20	64	40	20	68.2	37	23.5	1.87	16. 3	222	1-3
NMN8505	80	50	25	83.5	47.2	28.8	2.93	20.4	433	3-5
NMN10060/20	100	60	20	106	55	25	3. 12	25.1	568	5-7
NMN1270/20	120	70	20	125	65	25	3.90	29.8	843	7-10
NMN1207030	120	70	30	125	65	36	5. 85	2.98	1265	10-15
NMN138040	130	80	40	136	75	46	7.80	33.0	1864	15-20
NMN138050	130	80	50	136	75	56	9. 75	33.0	2331	20-25

 

Примечание: сердечники других размеров и с другими свойствами доступны на заказ

  – отправьте нам Ваши размеры и спецификации.

Ферритовый сердечник импульсного источника питания трансформатор кремния стальной М6

Ферритовый сердечник Иип трансформатор кремния стальной М6\Н \Н \Н \Н \п продукт \Н\Н Описание \п ЭИ ламинация производится на кремниевую стальную полосу. Модель ЭИ ламинация в стандартные размеры от 28 до ЭИ ЭИ -240, и модели ЭИ ламинация нестандартных размеров от EI-36 в EI-360. зазор размеры трансформатора слоения сердечника можно подгонять\.Н \Н три -фаза ЭИ ламинация производится на кремниевую стальную полосу. Модель трехфазного е. и. ламинирование один из трех-фаза (20) в три этапа (100), и размер отверстия от Φ4. 5 до Φ14, зазор размеры трансформатора слоения сердечника можно подгонять\.п \п пользовательского интерфейса ламинация производится на кремниевую стальную полосу.модель пользовательского интерфейса слоения от пользовательского интерфейса-30 до ИП-100, и размер отверстия составляет от 8 до Φ Φ 14. Зазор размеры трансформатора слоения сердечника можно подгонять\.Н \Н  \п

Model	A	B	C	D	E	F	G	Hole Size
EI-28	28	25	8	4	4	17	21
EI-30	30	25	10	5	5	15	20
EI-35	35	29.5	10	5	7.5	19.5	24.5
EI-38.4	38.4	32.2	12.8	6.4	6.4	19.2	25.7
EI-38. 4	38.4	52	12.8	6.4	6.4	38.4	45.5
EI-41	41	27	13	6	8	21	27
EI-42	42	35	14	7	7	21	28	3.5
EI-48	48	40	16	8	8	24	32	3.5
EI-50	50	42	14	9	9	25	34
EI-54	54	45	18	9	9	27	36	3.5
EI-57	57	47.5	19	9.5	9.5	28.5	38	4.0
EI-60	60	50	20	10	10	30	40	3.5
EI-66	66	55	22	11	11	33	44	4. 5
EI-75	75	62.5	25	12.5	12.5	37.5	50
EI-76.2	76.2	63.5	25.4	12.7	12.7	38.1	50.8	5.0
EI-78	78	65	26	13	13	39	52	5.0
EI-78	78	67	22	14	14	39	53	5.0
EI-84	84	70	28	14	14	42	56	5.0
EI-85.8	85.8	71.5	28.6	14.3	14.3	42.9	57.2	5.0
EI-96	96	80	32	16	16	48	64	6.2
EI-105	105	87.5	35	17.5	17.5	52.5	70	6. 0
EI-108	108	90	36	18	18	54	72	5.5
EI-114	114	95	38	19	19	57	76	7.0
EI-120	120	100	40	20	20	60	80	7.0
EI-132	132	110	44	22	22	66	88	7.0
EI-133.2	133.2	111	44.4	22.2	22.2	66.6	88.8	7.0
EI-144	144	124	40	26	26	72	98	7.0
EI-150	150	125	50	25	25	75	100	8.0
EI-152.4	152.4	127	50.8	25.4	25.4	76.2	101. 6	8.0
EI-162	162	135	54	27	27	81	108	8.0
EI-168	168	140	56	28	28	84	112	9.0
EI-171	171	142.5	57	28.5	28.5	85.5	114	9.0
EI-174	174	145	58	29	29	87	116	9.0
EI-180	180	150	60	30	30	90	120	10.0
EI-192	192	160	64	32	32	96	128	10.0
EI-210	210	175	70	35	35	105	140	10.0
EI-240	240	200	80	160	40	120	160	10. 0

\п

Item	Ballast Core
Type	Steel Coil
Thickness	0.35 ~ 0.50mm
Width	According to your requests
Coil Weight	4 ~ 8 tons
Material	BAO Stleel: B501300, B50A1000, B50A800, B50A700, B50A600, B50A470, B35A440, B35A550, B65A600, B65A1600 B WU Steel: 50WW1300, 50WW1000, 50WW800, 50WW700, 50WW600, 50WW470, 35WW350, 35WW310, 65AW600, 65AW1600 AN Steel: 50AW1300, 50AW1000, 50AW800, 50AW700, 50AW600, 65AW1600, 65AW600, 35AW440, 35AW550 Tai Steel: 50TW290,  50TW310,  50TW470, 50TW600, 50TW800
Surface Treatment	C-4 Insulated Coated
OEM and ODM	Welcome
Application	Motor, electric engine, dynamo, transformer, electromagnetic switch, reactor, magnetic amplifiers, ballast, relay, yoke flow circle and other industry usage.

\п \п 1. Низкая потеря утюга, высокая прочность магнитного потока, приходит до международного предварительного стандарта\Н2. Небольшая разница в толщины между горизонтальным и продольным направлением, обещая высокий фактор слоения\Н3. Производительность обработки: легко пробиваются и отрезок, высокая габаритная точность\Н4. Изоляционное покрытие: равномерный цвет, хорошая изоляция, сильный клей, высокая термостойкость, высокая putrescibility\н5. Ровная поверхность, отсутствие ржавчины, отсутствие меток завальцовки, холодной коленях, складки, без клетки пузыря, отсутствие расслаивания дефектов.\Н \Н Быстрее скорость обработки короткие сроки предоставить программу нулевой инвентаризации. Можем сделать согласно требованиям к клиентов наши преимущества\п 1. Низкое moq: оно может встретить ваше выдвиженческое очень хорошее дело.н 2. Хорошее обслуживание: мы обрабатываем клиентов как наши друзья.\н 3. Хорошее качество: мы имеем строгую систему контроля качества; не продавать некачественный товар\п 4. Лучшая цена: выбрав все необходимые ресурсы из более чем пяти фабрик для вас\н 5. Быстрая & дешевая Поставка: мы имеем большой Рабат от товароотправителя.\использование Н\Н \н упаковывать & грузить \н moq: 2 тонны\п торговых терминов: ФОБ, EXW, склад завода
Payment условия: Т/Т, Л/C; залемь 30% заранее, 70% баланс перед грузить
Delivery время: 5~7 дней после получать компенсацию 30%
Packing: Стандартная seaworthy упаковка экспорта или согласно Вашему требованию
Shipping: морским путем, воздухом, курьерским\п \N на наши услуги \п 1. Сразу изготовляя фабрика с конкурентоспособной ценой и контроля качества, мы проверяем все материалы, когда мы начинаем массового производства.\П2. Профессиональные консультации помогут Вам купить продукты, которые вы хотели\Н3. Профессиональное обслуживание экспорта команды сервера в интернет.\Н4. Настройка услуги доступна, OEM бизнес оценили\.н5. Мы будем проверять и проверять тщательно все продукты материал, чтобы убедиться в отсутствии повреждений и затерялся. н6. Успех нашего сотрудничества можно гарантировать для нашей компании будет заслуживающий доверия и честный партнер.\Н \Н Акции образец бесплатно, но клиент должен заплатить за образец выразить стоимость. Образца не на складе будет взимать плату от клиента. Подгонянный образец стоимость будет на основе дизайна информации компании

About our technical support

Мы имеем ДВОЙН-головки ВАШГЕРДА катушки(без мотора): Характеристика\Н:\Н подходит для выправляя машину.\N сохранить время для кормления ,улучшить возможности для получения,низкая стоимость,быть более конкурентоспособными.\н \п \п \п создана в 1986 году, наша компания является одним из первых предприятий, занимающихся ядер балласта производства. Мы расположены в городе jiangyin, провинция Цзянсу, наслаждаясь удобное расположение и транспортная развязка\.мы были специализированы в развитии и изготовлении сердечников балласта более 20 лет. До теперь, мы ввели десятки полностью автоматических высокоскоростных прецизионных пробивных прессов и других пробивных прессов, а также сотни международных стандартов серии высокоточные твердосплавные штампы. \мы производим все виды силовой трансформатор и балласт обслуживания серии Тип EI балласт ядра (ядра EI), HID серии и серии ВТА балласт балласт ядра, фиксированного ротора электрического инструмента, и мы также производим много специальных спецификации балласта ядер, включая Тип EI, F типа, индукторы и реактор.\н \н ч. З. в. Q: сколько времени ваш срок поставки? Ответ: как правило, это 5-10 дней, если товар находится на складе. или это 15-20 дней, если товар находится не на складе, это по количеству.\н Q: вы обеспечиваете образцы ? платно ли это ? A: Да, мы можем предложить образец бесплатно, но не оплатить стоимость фрахта. Вопрос: Что такое Ваши условия оплаты ? Ответ: платеж=1000руб, 30% не/Т В заранее ,баланс перед пересылкой.\песли у вас есть другой вопрос, то PLS чувствуют свободными контактировать с нами как ниже:\н

Группа Продуктов : Трансформатор Серии

Идентификация материала — учёные прошлых времён стремились к истине; затем были жаждущие славы; нынешние учёные жаждут окладов — ЖЖ

Украина, э-ге-гей! Кто ферриты делает? Вопрос к технологам есть: почему у «буржуйских» сердечников сложной формы магнитная проницаемость процентов на 20 меньше, чем у материала, из которого ни сделаны, тогда как с кольцами в этом плане всё в порядке? Дело в стыках половинок сердечников или что-то не то с материалом?

Вот у меня постоянно – что бы ни делал, всё идет не совсем так, как запланировал, и в итоге количество вопросов не уменьшается, просто одни вопросы сменяются другими.
Изначально была мысль просто идентифицировать материал (феррит), из которого сделаны магнитопроводы силовых трансформаторов из двух раскуроченных 300-ваттных компьютерных ATX блоков питания. БП разных производителей, но сердечники в них идентичны по габаритам.
Вот реальные габариты сердечника и для сравнения номинальные размеры Epcos-овского ER35/20/11:

Вообще в магнитном смысле их сложно измерять, потому что на пути следования магнитного потока меняется сечение: если у центрального цилиндрического керна оно 98,5 мм², то у боковых кернов по 52,5 мм² (в сумме 105 мм², что на 7% больше центрального керна), а у каждой из половинок основания Ш-образного сердечника – 67 мм² (в сумме 134 мм², что на 36% больше центрального керна). Это хорошо и правильно с точки зрения трансформатора – обмотка по торцам «закрыта» магнитопроводом с избыточным сечением, что уменьшает рассеяние магнитного поля, но это плохо при измерении гистерезиса — разные участки магнитопровода работают в разных условиях, а основания сердечника вообще нереально довести до насыщения. Ситуация такая же, как и при последовательном соединении проводов разного сечения или труб разного диаметра, и простейшее решение – считать по среднему магнитному сопротивлению (но с учётом сечения и длины каждого участка). При средней длине магнитной линии 90,8 мм эквивалентное сечение получается 109 мм² (по фактическим размерам сердечника).
Идентифицировать магнитные материалы можно по разным параметрам, но начну с конца — с магнитного спектра. Это график зависимости относительной комплексной магнитной проницаемости от частоты,на котором действительная часть μ’ относится к идеальной индуктивности, а мнимая μ» – к потерям энергии в сердечнике. Из тех материалов, что делает Epcos, почти идеальное сходство получается с N87, который они и позиционируют как основной материал для трансформаторов до 500 кГц. Я даже не ожидал такой красоты – просто начал со сравнения с материалами этой фирмы, и вдруг с очередным PDF-ом повезло 🙂 Но нет никакой гарантии, что это N87, просто очень похож:

Сравнение с материалами Ferroxcube (бывший Филипс) 3C90 и 3C94 не катит – у них более «гладкое» поведение графиков в окрестности 1–3 Мгц. TDK делает сердечники такого размера немножко другого типа (там, где центральный керн утыкается в основание), так что это вряд ли они, да и подробной документации на их материалы PC47 и PC95 я не нашёл. Если смотреть на американский «Ceramic Magnetics, Inc.», то их MN80C по магнитному спектру больше похож на 3C90 Ferroxcube, но не на исследуемый сердечник.
В принципе, в Азии должно быть некоторое количество своих производителей ферритов, и этот материал может быть или N87 «в подлиннике», или то же самое, но под китайским брендом 🙂

Но это всё малосигнальные графики, когда амплитуда индукции не превышает 0,25 мТл (я измерял почти правильно – при 1 мТл и меньше). Если же похулиганить и поднять амплитуду индукции до 12 мТл (удавалось держать до частоты 100 кГц, потом она начинала падать из-за того, что не хватало напряжения с генератора), то начинается форменное безобразие на низких частотах, я даже не ожидал появления ступеньки в районе 40 кГц:

К магнитной проницаемости я ещё вернусь, а пока можно оценить удельные потери на гистерезис в этом феррите (кВт/м³). В даташите на N87 нормируются потери начиная с 25 кГц, но для феррита такая частота – аки постоянный ток, и львиная доля потерь при этом вызвана гистерезисом. Поэтому для сердечника из транса блока питания можно воспользоваться петлёй гистерезиса, полученной экспериментально на низкой частоте (100 Гц) с амплитудой индукции 200 мТл:

Площадь этой петли составляет 3,96 Па (это не смешно, потому что Тл•А/м дают паскали), а удельные потери на частоте 25 кГц будут 3,96 Па • 25 кГц = 99 кВт/м³.
Конечно, на «честных» 25 кГц петля гистерезиса чуть-чуть растянется и потери будут выше, но незначительно.
По даташиту у холодного (25°C) N87 при амплитуде индукции 200 мТл и частоте 25 кГц удельные потери составляют 130 кВт/м³, у горячего (100°C) – 57 кВт/м³. Если учесть, что исследуемый сердечник был чуть теплее комнаты (а с нагревом этого феррита потери в нём снижаются), то 100 кВт/м³ у неизвестного сердечника неплохо соответствуют N87.

С магнитной проницаемостью всё становится гораздо интереснее.
Начальная проницаемость должна измеряться в слабом поле (как и в случае магнитного спектра, индукция должна быть не более 0,25 мТл). В принципе, RLC-метр для измерений использует слабый сигнал, и можно взять за основу его показания. На частоте тест-сигнала 1 кГц для обмотки 10 витков на этом сердечнике получается индуктивность L=234 мкГн (добротность Q=30, в последовательной схеме замещения R=50 мОм, из них 48 мОм – омическое сопротивление обмотки).
Если N – число витков обмотки (10), A_e – эквивалентное сечение магнитопровода (109 мм²), l_e – эквивалентная длина магнитной линии (90,8 мм), то относительная проницаемость μ получается

μ = L•l_e / (N²•A_e•μ₀) = 1480

Для сравнения – на графике магнитного спектра при амплитуде индукции 1 мТл (это выше нормы) проницаемость была близкой – 1520.

Возникает вопрос: если по магнитному спектру феррит похож на N87, у которого начальная магнитная проницаемость 2200, то почему у сердечника μ получилось около 1500, что на 32% меньше?
Первая мысль – это воздушный зазор на стыках половинок магнитопровода, вызванный остатками клея (это ж не новый сердечник), да и у нового будет неидеальная плоскостность и чистота поверхности торцов. Если предположить, что зазор на пути магнитной линии составляет 19 мкм (это соответствует зазору 9,5 мкм между половинками сердечника), то начальная магнитная проницаемость сердечника «подтянется» до 2200. Но всё равно что-то подозрительно.
Вот сравнение графиков амплитудной магнитной проницаемости μ_a в зависимости от индукции B для материала N87 (сплошной чёрный график для комнатной температуры) и для исследуемого сердечника. Синий график – измеренная проницаемость μ_a, красный график – проницаемость, пересчитанная из синего графика за вычетом зазора 17 мкм. То, что красный график слишком уж резво загибается при индукции выше 300 мТл, можно объяснить преждевременным насыщением сравнительно тонкого центрального керна и углов магнитопровода. В целом вроде бы есть схожесть красного графика со сплошным чёрным, но они такие по форме у всех ферритов 🙂

Предполагаемый зазор 8-9 микрон на стыке половинок моего магнитопровода с клеем – вещь вполне возможная. Это может объяснить, почему проницаемость сердечника оказалась на 32% ниже, чем у материала N87 (хотя сердечник может быть сделан и из другого «китайского» материала с меньшей проницаемостью). Но теперь обращаем внимание на то, что в даташите на сам сердечник Epcos-а ER35/20/11 тоже указана пониженная проницаемость – только 1735 (на 21% меньше, чем μ_i 2200 у материала N87), у сердечника Ferroxcube ER35/21/11 – μ_e 1900 (на 17% меньше, чем μ_i 2300 у материала 3C90). Возникает вопрос – почему? Это учтена кривизна и шероховатость стыкуемых торцов половинок магнитопровода или это что-то с материалом сердечника? Я так понял, что ситуация с пониженной проницаемостью у E-сердечников наблюдается у всех производителей.
И тут же на глаза попадается чудо в хэндбуке Ferroxcube. Кроме «классического» сердечника ER35/21/11 есть его модификация ER35W/21/11. Я не сразу нашёл отличия, но вот эти изменённые размеры с красными стрелками:

У «модифицированного» ER35W/21/11 при неизменных габаритах увеличено окно за счёт того, что боковые керны стали тоньше и длиннее. Сам сердечник стал на 0,1 мм уже (размер 11,3).
Это значит, что для магнитного потока сечение A_e уменьшилось, длина магнитной линии l_e увеличилась, и индуктивность одного витка (параметр A_L), как и соотношение A_e/l_e, должна бы уменьшиться. Но не тут-то было – индуктивность на виток (A_L) у ER35W/21/11, наоборот, выросла за счёт роста магнитной проницаемости! Вот параметры Ш-образных сердечников ER35/21/11, ER35W/21/11 и кольца TX40/24/16 по данным «Ferroxcube data handbook 2009»:

	ER35/21/11	ER35W/21/11	TX42/26/13	материал 3C90
Эффективное сечение Ae, мм2	107	103	95,8	–
Длина магнитной линии le, мм	90,8	92,7	103	–
Эффективная проницаемость μe	1900	2150	2300	2300
Индуктивность на виток AL, нГн	2800	3000	2690	–
Эффективный объём Ve, мм3	9710	9548	9860	–
Физический объём (мой расчёт) Vф, мм3	10920	10590	1100	–
Масса двух половинок m, г	46	54	53	–
Плотность по физическому объёму ρ, кг/м3	4210	5100	4780	4800

Чудеса! У сердечника ER35W/21/11 уменьшился объём – как эффективный для магнитных расчётов, так и геометрический, но увеличилась масса! Я не претендую на абсолютную точность, да и массу Ferroxcube приводит без десятых долей, но плотность второго сердечника ER35W/21/11 откровенно выше, чем у ER35/21/11, и даже превысила плотность исходного материала 3C90 из-за возможно неправильной массы в даташите 🙂
Но самое главное тут – магнитная проницаемость у сердечника ER35W/21/11 (2150) приблизилась к проницаемости исходного материала 3C90 (2300) одновременно с ростом плотности по сравнению с «низкопроницаемым» ER35/21/11. Если верить данным Ferroxcube по массе, то плотность сердечника возросла на 20%, проницаемость – на 13%. И после этого производители пишут, что их сердечник изготовлен «из такого-то материала»??? А нельзя ли уточнить процентное содержание этого самого материала в объёме сердечника?
Такое впечатление, что для стабилизации усадки и уменьшения коробления сложных сердечников при спекании феррита в состав материала вводят нечто вроде пластификатора, и это нечто занимает часть внутреннего объёма и снижает плотность и проницаемость феррита. Или туда ничего не добавляют, а просто условия спекания влияют на пористость получаемого феррита? И почему тогда у колец всё нормально с плотностью и проницаемостью (пример TX42/26/13 в таблице)?
У исследуемого сердечника (из блока питания) фактическая масса 52 г (измерена на бытовых весах), объём (по вытеснению воды, измерение шприцем 5 мл) 11000…11100 мм³, и плотность получается 4690…4730 г/мм³. Конечно, можно спорить о систематической погрешности шприца и весов 🙂 , но как-то маловато получается по сравнению с 4850 г/мм³ у N87.

В этом месте можно сказать, что я ужасный педант и зануда и приколупался к какой-то ерунде. Ну кого интересует проницаемость феррита в трансформаторах? Правильно, никого. И даже в однотактных прямоходовых преобразователях индуктивность и проницаемость непринципиальна. Но там критически важен такой параметр сердечника, как остаточная индукция B_r – точка, где предельная петля гистерезиса пересекает ось «B» при H=0. Примечательно, что Epcos никак не нормирует этот параметр для своих материалов 🙂 У Ferroxcube есть хотя бы петли гистерезиса с увеличенным начальным участком, где всё видно, а у Эпкоса какая-то сплющенная ерунда, в которой ничего не разобрать.
А теперь – тот график, с которого всё началось – почти предельная петля гистерезиса у исследуемого сердечника. Меня просто изумила её невероятная линейность в околонулевой области и фантастически низкая остаточная намагниченность:
 
Центральная часть увеличено:
 
Здесь коэрцитивная сила H_c – 13 А/м, остаточная намагниченность B_r – 41 Тл.
H_c получилось правдоподобное, хотя у самого материала должно быть немножко больше, потому что у этого E-сердечника не насыщаются некоторые части. Например, Epcos для материала N87 приводит H_c=21 А/м (подозрительно много), Ferroxcube для 3С90 – 17 А/м, «Ceramic Magnetics, Inc.» для MN80C – 15 А/м.
А вот B_r просто нереально низкое для сердечника без зазора (должно быть в районе 150 мТл), да и вообще график нереально прямой – хоть линейку прикладывай. Можно сравнить с «истинной» петлёй гистерезиса похожего материала, например Ferroxcube 3С90 (красным показана петля моего сердечника, чёрным – оригинальные петли холодного и горячего 3С90):
 
По чёрной петле гистерезиса видно, что у «нормальных» материалов остаточная намагниченность около 150 мТл, а моя красная петля пересекает вертикальную ось гораздо ниже и идёт более полого – такой эффект может быть только от зазора (сконцентрированного воздушного или распределённого, как в магнитодиэлектриках).
Я понимаю, что такая красная петля гистерезиса с низким B_r очень хороша для прямоходовых однотактных преобразователей, но возникает вопрос – какой вклад в её линеаризацию внесли микронные остатки клея на торцах сердечника, а какой – нечто, снижающее проницаемость μ_e и плотность сердечника? Кто знает?

Импульсный трансформатор

Одним из основных элементов импульсных источников питания является импульсный трансформатор. Особенность работы данного вида трансформатора заключается в том, что на вход подается периодическая последовательность импульсов одной полярности, содержащие постоянную составляющую тока.

В следствии чего, происходит непрерывное подмагничивание сердечника. Рассмотрим более детально работу импульсного трансформатора. Схема включения трансформатора изображена на рисунке 1 (а).

На рисунке 1 (б) приведены временные зависимости тока, напряжения и индукции во вторичной обмотке от напряжения на первичной обмотке:

Рисунок 1. Схема включения (а) и временные диаграммы (б) импульсного трансформатора.

Так как напряжение на входе имеет прямоугольную форму е(t) и период следования импульсов больше чем их длительность, то при положительном напряжении (интервал t_u )  индукция магнитного поля возрастает.

А когда напряжение на входе отсутствует (интервал (T−t_u)), индукция спадает по экспоненциальному закону. Скорость уменьшения и увеличения индукции сердечника трансформатора характеризуется постоянной времени, которая рассчитывается по формуле:

Индукция изменяется от максимального значения B_m до значения остаточной индукции B_r.

Данный процесс проиллюстрирован на рисунке 2. Рабочая точка на петле гистерезиса перемещается по частному циклу перемагничивания, что ведет к возрастанию минимально необходимых габаритов сердечника.

Рисунок 2. Перемещение рабочей точки в сердечнике импульсного трансформатора.

Следует обратить внимание, что напряжение на вторичной обмотке трансформатора U₂ содержит отрицательный выброс в следствии накопленной сердечником энергии, что обеспечивается током намагничивания i_μ.

Это линейный ток, который добавляется к импульсному току нагрузки. В результате чего импульсы входного тока (первичной обмотки) имеют форму трапеции.

Напряжение во вторичной обмотке рассчитывается по формуле:

где ψ – потокосцепление, s – сечение магнитопровода.

Так как производная от изменения постоянного тока в первичной обмотке при выбранных условиях имеет постоянное значение, то индукция сердечника импульсного трансформатора возрастает по линейному закону.

Это позволяет нам заменить производную разностью начальных и конечных значений временного интервала. Тогда предыдущая формула будет иметь следующий вид:

где Δt = t_u — длительность входного импульса напряжения

Немного видоизменим формулу, заменив Δt длительностью импульса t_u и умножим обе части формулы на эту величину:

Данное выражение описывает площадь импульса напряжения, передаваемого во вторичную обмотку, что является основной характеристикой импульсного трансформатора. Она зависит напрямую от перепада индукции, чем больше ΔB, тем больше площадь и соответственно тем лучше.

Величина ΔB определяется индуктивностью первичной обмотки, которая зависит от площади сечения сердечника, его магнитной проницаемости и количества витков провода:

Значительно влияет на индуктивность трансформатора магнитная проницаемость. Исходя из чего, при проектировании трансформатора выбирают магнитный материал с линейным участком кривой намагничивания, а также с наибольшим значением μ_а.

Выбранный магнитный материал должен обладать минимальным значением остаточной индукции В_r. В случае, если магнитный материал и тип обмотки не подходят, форма импульса значительно искажается, что негативно отражается на характеристиках трансформатора и приводит к появлению шумов в аппаратуре.

Из магнитных материалов для изготовления импульсных трансформаторов используются тонкие ленты трансформаторных сталей или пермаллой с малым коэффициентом прямоугольности:

В высокочастотных импульсных трансформаторах применяются ферритовые сердечники, так как они имеют малые динамические потери. 

<< Предыдущая  Следующая >>

Импульсные источники питания теория | Техника и Программы

Импульсные источники питания стали фактически непре­менным атрибутом любой современной бытовой техники, потреб­ляющей от сети мощность свыше 100 Вт. В эту категорию попадают компьютеры, телевизоры, мониторы.

Для создания импульсных источников питания, примеры конкретного воплощения которых будут приведены ниже, приме­няются специальные схемные решения.

Так, для исключения сквозных токов через выходные тран­зисторы некоторых импульсных источников питания используют специальную форму импульсов, а именно, биполярные импульсы прямоугольной формы, имеющие между собой промежуток во времени. Продолжительность этого промежутка должна быть больше времени рассасывания неосновных носителей в базе вы­ходных транзисторов, иначе эти транзисторы будут повреждены. Ширина управляющих импульсов с целью стабилизации выходно­го напряжения может изменяться с помощью обратной связи.

Обычно для обеспечения надежности в импульсных ис­точниках питания используют вьюоковольтные транзисторы, ко­торые в силу технологических особенностей не отличаются в лучшую сторону (имеют низкие частоты переключения, малые коэффициенты передачи по току, значительные токи утечки, большие падения напряжения на коллекторном переходе в от­крытом состоянии). Особенно это касается устаревших ныне мо­делей отечественных транзисторов типа КТ809, КТ812, КТ826, КТ828 и многих других. Стоит сказать, что в последние годы поя­вилась достойная замена биполярным транзисторам, традицион­но используемых в выходных каскадах импульсных источников питания. Это специальные высоковольтные полевые транзисто­ры отечественного, и, главным образом, зарубежного производ­ства. Кроме того, существуют многочисленные микросхемы для импульсных источников питания.

Биполярные симметричные импульсы регулируемой ши­рины позволяет получить генератор импульсов по схеме на рис. 5.1 [5.1]. Устройство может быть использовано в схемах

Рис. 5.1. Схема формирователя биполярных симметричных импульсов регулируемой длительности

авторегулирования выходной мощности импульсных источников питания. На микросхеме DDI {К561ЛЕ5/К561 ЛАТ) собран гене­ратор прямоугольных импульсов со скважностью, равной 2. Симметрии генерируемых импульсов добиваются регулировкой резистора R1. Рабочую частоту генератора (44 кГц) при необхо­димости можно изменить подбором емкости конденсатора С1.

На элементах DA1.1, DA1.3 {К561КТЗ) собраны компарато­ры напряжения; на DA1.2, DA1.4 — выходные ключи. На входы компараторов-ключей DA1.1, DA1.3 в противофазе через форми­рующие RC-диодные цепочки (R3, С2, VD2 и R6, СЗ, VD5) пода­ются прямоугольные импульсы. Заряд конденсаторов С2, СЗ происходит по экспоненциальному закону через R3 и R5, соответ­ственно; разряд — практически мгновенно через диоды VD2 и VD5. Когда напряжение на конденсаторе С2 или СЗ достигнет по­рога срабатывания компараторов-ключей DA1.1 или DA1.3, соот­ветственно, происходит их включение, и резисторы R9 и R10, а также управляющие входы ключей DA1.2 и DA1.4 подключаются к положительному полюсу источника питания.

Поскольку включение ключей производится в противофазе, такое переключение происходит строго поочередно, с паузой меж­ду импульсами, что исключает возможность протекания сквозного тока через ключи DA1.2 и DA1.4 и управляемые ими транзисторы преобразователя, если генератор двухполярных импульсов ис­пользуется в схеме импульсного источника питания. Плавное ре­гулирование ширины импульсов осуществляется одновременной подачей стартового (начального) напряжения на входы компарато­ров (конденсаторы С2, СЗ) с потенциометра R5 через диодно-ре-зистивные цепочки VD3, R7 и VD4, R8. Предельный уровень управляющего напряжения (максимальную ширину выходных им­пульсов) устанавливают подбором резистора R4.

Сопротивление нагрузки можно подключить по мостовой схеме — между точкой соединения элементов DA1.2, DA1.4 и кон­денсаторами Са, СЬ. Импульсы с генератора можно подать и на транзисторный усилитель мощности.

При использовании генератора двухполярных импульсов в схеме импульсного источника питания в состав резистивного де­лителя R4, R5 следует включить регулирующий элемент — поле­вой транзистор, фотодиод оптрона и т.д., позволяющий при уменьшении/увеличении тока нагрузки автоматически регулиро­вать ширину генерируемого импульса, управляя тем самым вы­ходной мощностью преобразователя.

В качестве примера практической реализации импульсных источников питания приведем описания и схемы некоторых из них.

Импульсный источник питания (рис. 5.2) состоит из выпря­мителей сетевого напряжения, задающего генератора, формиро­вателя прямоугольных импульсов регулируемой длительности, двухкаскадного усилителя мощности, выходных выпрямителей и схемы стабилизации выходного напряжения [5.2].

Задающий генератор выполнен на микросхеме типа К555ЛАЗ (элементы DDI .1, DDI .2) и вырабатывает прямоугольные импульсы частотой 150 кГц. На элементах DDI .3, DDI .4 собран RS-триггер, на выходе которого частота вдвое меньше — 75 кГц. Узел управления длительностью коммутирующих импульсов реализован на микро­схеме типа К555ЛИ1 (элементы DD2.1, DD2.2), а регулировка дли­тельности осуществляется с помощью оптрона U1.

Выходной каскад формирователя коммутирующих импуль­сов собран на элементах DD2.3, DD2.4. Максимальная мощность на выходе формирователя импульсов достигает 40 мВт. Предва­рительный усилитель мощности выполнен на транзисторах VT1, VT2 типа КТ645А, а оконечный — на транзисторах VT3, VT4 типа КТ828 или более современных. Выходная мощность каскадов — 2 и 60…65 Вт, соответственно.

На транзисторах VT5, VT6 и оптроне U1 собрана схема стабилизации выходного напряжения. Если напряжение на выхо­де источника питания ниже нормы (12 В), стабилитроны VD19, VD20 {КС182+КС139) закрыты, транзистор VT5 закрыт, транзи­стор VT6 открыт, через светодиод (U1.2) оптрона протекает ток, ограниченный сопротивлением R14; сопротивление фотодиода (U1.1) оптрона минимально. Сигнал, снимаемый с выхода элемен­та DD2.1 и поступающий на входы схемы совпадения DD2.2 на­прямую и через регулируемый элемент задержки (R3 — R5, С4, VD2, U1.1), в силу его малой постоянной времени поступает практически одновременно на входы схемы совпадения (элемент DD2.2). На выходе этого элемента формируются широкие управ­ляющие импульсы. На первичной обмотке трансформатора Т1

Рис. 5.2. Схема импульсного источника питания

(выходах элементов DD2.3, DD2.4) формируются двухполярные импульсы регулируемой длительности.

Если по какой-либо причине напряжение на выходе источни­ка питания будет увеличиваться сверх нормы, через стабилитроны VD19, VD20 начнет протекать ток, транзистор VT5 приоткроется, VT6 — закроется, уменьшая ток через светодиод оптрона U1.2. При этом возрастает сопротивление фотодиода оптрона U1.1. Длительность управляющих импульсов уменьшается, и происхо­дит уменьшение выходного напряжения (мощности). При коротком замыкании нагрузки светодиод оптрона гаснет, сопротивление фотодиода оптрона максимально, а длительность управляющих импульсов — минимальна. Кнопка SB1 предназначена для запус­ка схемы.

При максимальной длительности положительные и отрица­тельные управляющие импульсы не перекрываются во времени, поскольку между ними существует временная просечка, обу­словленная наличием резистора R3 в формирующей цепи. Тем самым снижается вероятность протекания сквозных токов через выходные относительно низкочастотные транзисторы оконечного каскада усиления мощности, которые имеют большое время рас­сасывания избыточных носителей на базовом переходе. Выход­ные транзисторы установлены на ребристые теплоотводящие радиаторы с площадью не менее 200 сь/. В базовые цепи этих транзисторов желательно установить сопротивления величиной 10…51 Ом.

Каскады усиления мощности и схема формирования двух­полярных импульсов получают питание от выпрямителей, выпол­ненных на диодах VD5 — VD12 и элементах R9 — R11, С6 — С9, С12, VD3, VD4.

Трансформаторы Т1, Т2 выполнены на ферритовых коль­цах К10x6x4,5 ЗОООНМ; ТЗ — К28х16х9 ЗОООНМ. Первичная об­мотка трансформатора Т1 содержит 165 витков провода ПЭЛШО 0,12, вторичные — 2×65 витков ПЭЛ-2 0,45 (намотка в два прово­да). Первичная обмотка трансформатора Т2 содержит 165 вит­ков провода ПЭВ-2 0,15 мм, вторичные — 2×40 витков того же провода. Первичная обмотка трансформатора ТЗ содержит 31 виток провода МГШВ, продетого в кембрик и имеющего сечение 0,35 мм^, вторичная обмотка имеет 3×6 витков провода ПЭВ-2 1,28 мм (параллельное включение). При подключении обмоток трансформаторов необходимо правильно их фазировать. Начала обмоток показаны на рисунке звездочками.

Источник питания работоспособен в диапазоне измене­ния сетевого напряжения 130…250 В. Максимальная выходная мощность при симметричной нагрузке достигает 60…65 Вт (ста­билизированное напряжение положительной и отрицательной по­лярности 12 S и стабилизированное напряжение переменного тока частотой 75 кГц, снимаемые,со вторичной обмотки транс­форматора ТЗ). Напряжение пульсаций на выходе источника пи­тания не превышает 0,6 В.

При налаживании источника питания сетевое напряжение на него подают через разделительный трансформатор или фер-рорезонансный стабилизатор с изолированным от сети выходом. Все перепайки в источнике допустимо производить только при полном отключении устройства от сети. Последовательно с вы­ходным каскадом на время налаживания устройства рекоменду­ется включить лампу накаливания 60 Вт на 220 В. Эта лампа защитит выходные транзисторы в случае ошибок в монтаже. Оп-трон U1 должен иметь напряжение пробоя изоляции не менее 400 В. Работа устройства без нагрузки не допускается.

Сетевой импульсный источник питания (рис. 5.3) разрабо­тан для телефонных аппаратов с автоматическим определителем номера или для других устройств с потребляемой мощностью 3…5 Вт, питаемых напряжением 5…24 В [5.3].

Источник питания защищен от короткого замыкания на вы­ходе. Нестабильность выходного напряжения не превышает 5% при изменении напряжения питания от 150 до 240 В и тока нагруз­ки в пределах 20… 100% от номинального значения.

Управляемый генератор импульсов обеспечивает на базе транзистора VT3 сигнал частотой 25…30 кГц.

Дроссели L1, L2 и L3 намотаны на магнитопроводах типа К10x6x3 из пресс-пермаллоя МП140. Обмотки дросселя L1, L2 со­держат по 20 витков провода ПЭТВ 0,35 мм и расположены каж­дая на своей половине кольца с зазором между обмотками не менее 1 мм. Дроссель L3 наматывают проводом ПЭТВ 0,63 мм виток к витку в один слой по внутреннему периметру кольца. Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе Б22 из феррита

Рис. 5.3. Схема сетевого импульсного источника питания

М2000НМ1. Его обмотки наматывают на разборном каркасе ви­ток к витку проводом ПЭТВ и пропитывают клеем. Первой нама­тывают в несколько слоев обмотку I, содержащую 260 витков провода 0,12 мм. Таким же проводом наматывают экранирующую обмотку с одним выводом (на рис. 5.3 показана пунктирной лини­ей), затем наносят клей БФ-2 и обматывают одним слоем лакот-кани. Обмотку III наматывают проводом 0,56 мм. Для выходного напряжения 5 В она содержит 13 витков. Последней наматывают обмотку II. Она содержит 22 витка провода 0,15…0,18 мм. Между чашками обеспечивают немагнитный зазор [5.3].

Для создания вьюокого напряжения (30…35 кВ при токе на­грузки до 1 мА) для питания электроэффлювиальной люстры (люстры А. Л. Чижевского) предназначен источник питания посто­янного тока на основе специализированной микросхемы типа К1182ГГЗ{р\лс. 5.4) [5.4].

Источник питания состоит из выпрямителя сетевого напря­жения на диодном мосте VD1, конденсатора фильтра С1 и вьюо-ковольтного полумостового автогенератора на микросхеме DA1 типа К1182ГГЗ. Микросхема DA1 совместно с трансформатором Т1 преобразует постоянное выпрямленное сетевое напряжение в вьюокочастотное (30…50 кГц) импульсное.

Выпрямленное сетевое напряжение поступает на микросхе­му DA1, а стартовая цепочка R2, С2 запускает автогенератор микросхемы. Цепочки R3, СЗ и R4, С4 задают частоту генерато­ра. Резисторы R3 и R4 стабилизируют длительность полуперио­дов генерируемых импульсов. Выходное напряжение повышается обмоткой L4 трансформатора и подается на умножитель напря­жения на диодах VD2 — VD7 и конденсаторах С7 — С12. Выпрям­ленное напряжение подается на нагрузку через ограничительный резистор R5.

Конденсатор сетевого фильтра С1 рассчитан на рабочее на­пряжение 450 В {К50-29), С2 — любого типа на напряжение 30 В. Конденсаторы С5, С6 выбирают в пределах 0,022…0,22 мкФ на напряжение не менее 250 В {К71-7, К73-17). Конденсаторы умно­жителя С7 — С12 типа КВИ-3 на напряжение 10 кВ. Возможна за­мена на конденсаторы типов К15-4, К73-4, ПОВ и другие на рабочее напряжение ^OкB или выше.

Рис. 5.4. Схема высоковольтного источника питания постоянного тока

Высоковольтные диоды VD2 — VD7 типа КЦ106Г {КЦ105Д). Ограничительный резистор R5 типа КЭВ-1. Его можно заменить тремя резисторами типа МЛТ-2 по 10 МОм. В качестве трансфор­матора используется телевизионный строчный трансформатор, например, ТВС-110ЛА. ВЬюоковольтную обмотку оставляют, ос­тальные удаляют и на их месте размещают новые обмотки. Об­мотки L1, L3 содержат по 7 витков провода ПЭЛ 0,2 мм, а обмотка L2 — 90 витков такого же провода [5.4].

Цепочку резисторов R5, ограничивающих ток короткого замыкания, рекомендуется включить в «минусовой» провод, кото­рый подводится к люстре. Этот провод должен иметь вьюоко-вольтную изоляцию.

Устройство, именуемое корректором коэффициента мощ­ности (рис. 5.5), собрано на основе специализированной микро­схемы TOP202YA3 (фирма Power Integration) и обеспечивает коэффициент мощности не менее 0,95 при мощности нагрузки 65 Вт. Корректор приближает форму тока, потребляемую нагруз­кой, к синусоидальной [5.4, 5.5].

Рис. 5.5. Схема корректора коэффициента мощности на микро­схеме TOP202YA3

Максимальное напряжение на входе — 265 В. Средняя час­тота преобразователя — 100 кГц. КПД корректора — 0,95.

Схема источника питания с микросхемой той же фирмы Po­wer Integration показана на рис. 5.6 [5.5]. В устройстве применен полупроводниковый ограничитель напряжения — 1,5КЕ250А. Пре­образователь обеспечивает гальваническую развязку выходного

напряжения от напряжения сети. При указанных на схеме номина­лах и элементах устройство позволяет подключать нагрузку, по­требляющую 20 Вт при напряжении 24 В. КПД преобразователя приближается к 90%. Частота преобразования — 100 /сГц. Устрой­ство защищено от коротких замыканий в нагрузке.

Рис. 5.6. Схема импульсного источника питания на микросхеме фирмы Power Integration

Выходная мощность преобразователя определяется типом используемой микросхемы, основные характеристики которых приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1. Характеристики микросхем серии TOP221Y — TOP227Y

Тип микросхемы	Ртах-	Ток срабатывания защиты, А	Ней открытого тран­зистора, Ом
TOP221Y	7	0,25	31,2
T0P222Y	15	0,5	15,6
T0P223Y	30	1	7,8
T0P224Y	45	1,5	5,2 .
T0P225Y	60	2	3,9
T0P226Y	75	2,5	3,1
T0P227Y	90	3	2,6

На основе одной из микросхем ТОР200/204/214 фирмы Power Integration [5.7] может быть собран простой и высокоэффек­тивный преобразователь напряжения (рис. 5.7) с выходной мощ­ностью до 100 Вт.

Рис. 5.7. Схема импульсного Buck-Boost преобразователя на микросхеме ТОР200/204/214

Преобразователь содержит сетевой фильтр (С1, L1, L2), мостовой выпрямитель (VD1 — VD4), собственно сам преобразо­ватель U1, схему стабилизации выходного напряжения, выпрями­тели и выходной LC-фильтр.

Входной фильтр L1, L2 намотан в два провода на феррито-вом кольце М2000 (2×8 витков). Индуктивность полученной катуш­ки — 18…40 мГн. Трансформатор Т1 выполнен на ферритовом сердечнике со стандартным каркасом ETD34 фирмы Siemens или Matsushita, хотя можно использовать и иные импортные сердечни­ки типа ЕР, ЕС, EF или отечественные Ш-образные ферритовые сердечники М2000. Обмотка I имеет 4×90 витков ПЭВ-2 0,15 мм; II — 3×6 того же провода; III — 2×21 витков ПЭВ-2 0,35 мм. Все об­мотки наматывают виток к витку. Между слоями должна быть обеспечена надежная изоляция.

Как правильно подключить импульсный блок питания к сети

Как правильно подключить импульсный блок питания к сети?

Для наладки импульсных блоков питания обычно используют вот такую схему включения. Здесь лампа накаливания используется в качестве балласта с нелинейной характеристикой и защищает ИБП от выхода из строя при нештатных ситуациях. Мощность лампы обычно выбирают близкой к мощности испытываемого импульсного БП.

При работе импульсного БП на холостом ходу или при небольшой нагрузке, сопротивление нити какала лампы невелико и оно не влияет на работу блока. Когда же, по каким-либо причинам, ток ключевых транзисторов возрастает, спираль лампы накаливается и её сопротивление увеличивается, что приводит к ограничению тока до безопасной величины.

На этом чертеже изображена схема стенда для тестирования и наладки импульсных БП, отвечающая нормам электробезопасности. Отличие этой схемы от предыдущей в том, что она снабжена разделительным трансформатором, который обеспечивает гальваническую развязку исследуемого ИБП от осветительной сети. Выключатель SA2 позволяет блокировать лампу, когда блок питания отдаёт большую мощность.

А это уже изображение реального стенда для ремонта и наладки импульсных БП, который я изготовил много лет назад по схеме, расположенной выше.

Важной операцией при тестировании БП является испытание на эквиваленте нагрузки. В качестве нагрузки удобно использовать мощные резисторы типа ПЭВ, ППБ, ПСБ и т.д. Эти «стекло-керамические» резисторы легко найти на радиорынке по зелёной раскраске. Красные цифры – рассеиваемая мощность.

Из опыта известно, что мощности эквивалента нагрузки почему-то всегда не хватает. Перечисленные же выше резисторы могут ограниченное время рассеивать мощность в два-три раза превышающую номинальную. Когда БП включается на длительное время для проверки теплового режима, а мощность эквивалента нагрузки недостаточна, то резисторы можно просто опустить в воду.

Будьте осторожны, берегитесь ожога!

Нагрузочные резисторы этого типа могут нагреться до температуры в несколько сотен градусов без каких-либо внешних проявлений!

То есть, ни дыма, ни изменения окраски Вы не заметите и можете попытаться тронуть резистор пальцами.

Вернуться наверх к меню

Как наладить импульсный блок питания?

Собственно, блок питания, собранный на основе исправного электронного балласта, особой наладки не требует.

Его нужно подключить к эквиваленту нагрузки и убедиться, что БП способен отдать расчетную мощность.

Во время прогона под максимальной нагрузкой, нужно проследить за динамикой роста температуры транзисторов и трансформатора. Если слишком сильно греется трансформатор, то нужно, либо увеличить сечение провода, либо увеличить габаритную мощность магнитопровода, либо и то и другое.

Если сильно греются транзисторы, то нужно установить их на радиаторы.

Если в качестве импульсного трансформатора используется домотанный дроссель от КЛЛ, а его температура превышает 60… 65ºС, то нужно уменьшить мощность нагрузки.

Не рекомендуется доводить температуру трансформатора выше 60… 65ºС, а транзисторов выше 80… 85ºС.

Вернуться наверх к меню

Каково назначение элементов схемы импульсного блока питания?

R0 – ограничивает пиковый ток, протекающий через диоды выпрямителя, в момент включения. В КЛЛ также часто выполняет функцию предохранителя.

VD1… VD4 – мостовой выпрямитель.

L0, C0 – фильтр питания.

R1, C1, VD2, VD8 – цепь запуска преобразователя.

Работает узел запуска следующим образом. Конденсатор C1 заряжается от источника через резистор R1. Когда напряжения на конденсаторе C1 достигает напряжения пробоя динистора VD2, динистор отпирается сам и отпирает транзистор VT2, вызывая автоколебания. После возникновения генерации, прямоугольные импульсы прикладываются к катоду диода VD8 и отрицательный потенциал надёжно запирает динистор VD2.

R2, C11, C8 – облегчают запуск преобразователя.

R7, R8 – улучшают запирание транзисторов.

R5, R6 – ограничивают ток баз транзисторов.

R3, R4 – предотвращают насыщение транзисторов и исполняют роль предохранителей при пробое транзисторов.

VD7, VD6 – защищают транзисторы от обратного напряжения.

TV1 – трансформатор обратной связи.

L5 – балластный дроссель.

C4, C6 – разделительные конденсаторы, на которых напряжение питания делится пополам.

TV2 – импульсный трансформатор.

VD14, VD15 – импульсные диоды.

C9, C10 – конденсаторы фильтра.

Как рассчитать и намотать импульсный трансформатор для полумостового блока питания?

/ru/pulse_transformer/

Близкие темы.

Как за час сделать импульсный блок питания из сгоревшей лампочки?

Оглавление статьи.

1. Выбор типа магнитопровода.

2. Получение исходных данных для простого расчёта импульсного трансформатора.

3. Как выбрать ферритовый кольцевой сердечник?

4. Как рассчитать число витков первичной обмотки?

5. Как рассчитать диаметр провода для первичных и вторичных обмоток?

6. Особенности намотки импульсных трансформаторов.

7. Как намотать импульсный трансформатор?

8. Дополнительные материалы.

Выбор типа магнитопровода.

Наиболее универсальными магнитопроводами являются Ш-образные и чашкообразные броневые сердечники. Их можно применить в любом импульсном блоке питания, благодаря возможности установки зазора между частями сердечника. Но, мы собираемся мотать импульсный трансформатор для двухтактного полумостового преобразователя, сердечнику которого зазор не нужен и поэтому вполне сгодится кольцевой магнитопровод. /

Для кольцевого сердечника не нужно изготавливать каркас и мастерить приспособление для намотки. Единственное, что придётся сделать, так это изготовить простенький челнок.

На картинке изображён ферритовый магнитопровод М2000НМ.

Идентифицировать типоразмер кольцевого магнитопровода можно по следующим параметрам.

D – внешний диаметр кольца.

d – внутренний диаметр кольца.

H – высота кольца.

В справочниках по ферритовым магнитопроводам эти размеры обычно указываются в таком формате: КDxdxH.

Пример: К28х16х9

Вернуться наверх к меню.

Получение исходных данных для простого расчёта импульсного трансформатора.

Напряжение питания.

Помню, когда наши электросети ещё не приватизировали иностранцы, я строил импульсный блок питания. Работы затянулись до ночи. Во время проведения последних испытаний, вдруг обнаружилось, что ключевые транзисторы начали сильно греться. Оказалось, что напряжение сети ночью подскочило аж до 256 Вольт!

Конечно, 256 Вольт, это перебор, но ориентироваться на ГОСТ-овские 220 +5% –10% тоже не стоит. Если выбрать за максимальное напряжение сети 220 Вольт +10%, то:

242 * 1,41 = 341,22V (считаем амплитудное значение).

341,22 – 0,8 * 2 ≈ 340V (вычитаем падение на выпрямителе).

Индукция.

Определяем примерную величину индукции по таблице.

Пример: М2000НМ – 0,39Тл.

Частота.

Частота генерации преобразователя с самовозбуждением зависит от многих факторов, в том числе и от величины нагрузки. Если выберите 20-30 кГц, то вряд ли сильно ошибётесь.

Граничные частоты и величины индукции широко распространённых ферритов.

Марганец-цинковые ферриты.

Параметр	Марка феррита
	6000НМ	4000НМ	3000НМ	2000НМ	1500НМ	1000НМ
Граничная частота при tg δ ≤ 0,1, МГц	0,005	0,1	0,2	0,45	0,6	1,0
Магнитная индукция B при Hм = 800 А / м, Тл	0,35	0,36	0,38	0,39	0,35	0,35

Никель-цинкове ферриты.

Параметр	Марка феррита
	200НН	1000НН	600НН	400НН	200НН	100НН
Граничная частота при tg δ ≤ 0,1, МГц	0,02	0,4	1,2	2,0	3,0	30
Магнитная индукция B при Hм = 800 А / м, Тл	0,25	0,32	0,31	0,23	0,17	0,44

Вернуться наверх к меню.

Как выбрать ферритовый кольцевой сердечник?

Выбрать примерный размер ферритового кольца можно при помощи калькулятора для расчета импульсных трансформаторов и справочника по ферритовым магнитопроводам. И то и другое Вы можете найти в «Дополнительных материалах».

Вводим в форму калькулятора данные предполагаемого магнитопровода и данные, полученные в предыдущем параграфе, чтобы определить габаритную мощность срдечника.

Не стоит выбирать габариты кольца впритык к максимальной мощности нагрузки. Маленькие кольца мотать не так удобно, да и витков придётся мотать намного больше.

Если свободного места в корпусе будущей конструкции достаточно, то можно выбрать кольцо с заведомо бо’льшей габаритной мощностью.

В моём распоряжении оказалось кольцо М2000НМ типоразмера К28х16х9мм. Я внёс входные данные в форму калькулятора и получил габаритную мощность 87 Ватт. Этого с лихвой хватит для моего 50-ти Ваттного источника питания.

Запустите программу. Выберете «Pacчёт тpaнcфopмaтopa пoлумocтoвoго пpeoбpaзoвaтeля c зaдaющим гeнepaтopoм».

Чтобы калькулятор не «ругался», заполните нолями окошки, неиспользуемые для расчёта вторичных обмоток.

Вернуться наверх к меню.

Как рассчитать число витков первичной обмотки?

Вводим исходные данные, полученные в предыдущих параграфах, в форму калькулятора и получаем количество витков первичной обмотки. Меняя типоразмер кольца, марку феррита и частоту генерации преобразователя, можно изменить число витков первичной обмотки.

Нужно отметить, что это очень-очень упрощённый расчёт импульсного трансформатора.

Но, свойства нашего замечательного блока питания с самовозбуждением таковы, что преобразователь сам адаптируется к параметрам трансформатора и величине нагрузки, путём изменения частоты генерации. Так что, с ростом нагрузки и попытке трансформатора войти в насыщение, частота генерации возрастает и работа нормализуется. Точно также компенсируются и мелкие ошибки в наших вычислениях. Я пробовал менять количество витков одного и того же трансформатора более чем в полтора раза, что и отразил в ниже приведённых примерах, но так и не смог обнаружить никаких существенных изменений в работе БП, кроме изменения частоты генерации.

Вернуться наверх к меню.

Как рассчитать диаметр провода для первичных и вторичных обмоток?

Диаметр провода первичных и вторичных обмоток зависит от параметров БП, введённых в форму. Чем больше ток обмотки, тем больший потребуется диаметр провода. Ток первичной обмотки пропорцонален «Используемой мощности трансформатора».

Вернуться наверх к меню.

Особенности намотки импульсных трансформаторов.

Намотка импульсных трансформаторов, а особенно трансформаторов на кольцевых и тороидальных магнитопроводах имеет некоторые особенности.

Дело в том, что если какая-либо обмотка трансформатора будет недостаточно равномерно распределена по периметру магнитопровода, то отдельные участки магнитопровода могут войти в насыщение, что может привести к существенному снижению мощности БП и даже привести к выходу его из строя.

Казалось бы, можно просто рассчитать расстояние между отдельными витками катушки так, чтобы витки обмотки уложились ровно в один или несколько слоёв. Но, на практике, мотать такую обмотку сложно и утомительно.

Мы же пытаемся мотать «ленивую обмотку». А в этом случае, проще всего намотать однослойную обмотку «виток к витку».

Что для этого нужно?

Нужно подобрать провод такого диаметра, чтобы он уложился «виток к витку», в один слой, в окно имеющегося кольцевого сердечника, да ещё и так, чтобы при этом число витков первичной обмотки не сильно отличалось от расчётного.

Если количество витков, полученное в калькуляторе, не будет отличаться более чем на 10-20% от количества, полученного в формуле для расчёта укладки, то можно смело мотать обмотку, не считая витков.

Правда, для такой намотки, скорее всего, понадобится выбрать магнитопровод с несколько завышенной габаритной мощностью, что я уже советовал выше.

1 – кольцевой сердечник.

2 — прокладка.

3 – витки обмотки.

D – диаметр по которому можно рассчитать периметр, занимаемый витками обмотки.

На картинке видно, что при намотке «виток к витку», расчетный периметр будет намного меньше, чем внутренний диаметр ферритового кольца. Это обусловлено и диаметром самого провода и толщиной прокладки.

На самом же деле, реальный периметр, который будет заполняться проводом, будет ещё меньше. Это связано с тем, что обмоточный провод не прилегает к внутренней поверхности кольца, образуя некоторый зазор. Причём, между диаметром провода и величиной этого зазора существует прямая зависимость.

Не стоит увеличивать натяжение провода при намотке с целью сократить этот зазор, так как при этом можно повредить изоляцию, да и сам провод.

По нижеприведённой эмпирической формуле можно рассчитать количество витков, исходя из диаметра имеющегося провода и диаметра окна сердечника.

Максимальная ошибка вычислений составляет примерно –5%+10% и зависит от плотности укладки провода.

w = π(D – 10S – 4d) / d, где:

w – число витков первичной обмотки,

π – 3,1416,

D – внутренний диаметр кольцевого магнитопровода,

S – толщина изолирующей прокладки,

d – диаметр провода с изоляцией,

/ – дробная черта.

Как измерить диаметр провода и определить толщину изоляции – рассказано здесь.

Несколько примеров расчёта реальных трансформаторов.

● Мощность – 50 Ватт.

Магнитопровод – К28 х 16 х 9.

Провод – Ø0,35мм.

D = 16мм.

S = 0,1мм.

d = 0,39мм.

w= π (16 – 10*0,1 – 4*0,39) / 0,39 ≈ 108 (витков).

Реально поместилось – 114 витков.

● Мощность – 20 Ватт.

Магнитопровод – К28 х 16 х 9.

Провод – Ø0,23мм.

D = 16мм.

S = 0,1мм.

d = 0,25мм.

w = π (16 – 10*0,1 – 4*0,25) / 0,25 ≈ 176 (витков).

Реально поместилось – 176 витков.

● Мощность – 200 Ватт.

Магнитопровод – два кольца К38 х 24 х 7.

Провод – Ø1,0мм.

D = 24.

S = 0,1мм.

d = 1,07мм.

w = π (24 – 10*0,1 – 4*1,07) / 1,07 ≈ 55 (витков).

Реально поместилось 58 витков.

В практике радиолюбителя нечасто выпадает возможность выбрать диаметр обмоточного провода с необходимой точностью.

Если провод оказался слишком тонким для намотки «виток к витку», а так часто бывает при намотке вторичных обмоток, то всегда можно слегка растянуть обмотку, путём раздвигания витков. А если не хватает сечения провода, то обмотку можно намотать сразу в несколько проводов.

Вернуться наверх к меню.

Как намотать импульсный трансформатор?

Вначале нужно подготовить ферритовое кольцо.

Для того чтобы провод не прорезал изоляционную прокладку, да и не повредился сам, желательно притупить острые кромки ферритового сердечника. Но, делать это не обязательно, особенно если провод тонкий или используется надёжная прокладка. Правда, я почему-то всегда это делаю.

При помощи наждачной бумаги скругляем наружные острые грани.

То же самое проделываем и с внутренними гранями кольца.

Чтобы предотвратить пробой между первичной обмоткой и сердечником, на кольцо следует намотать изоляционную прокладку.

В качестве изоляционного материала можно выбрать лакоткань, стеклолакоткань, киперную ленту, лавсановую плёнку или даже бумагу.

При намотке крупных колец с использованием провода толще 1-2мм удобно использовать киперную ленту.

Иногда, при изготовлении самодельных импульсных трансформаторов, радиолюбители используют фторопластовую ленту – ФУМ, которая применяется в сантехнике.

Работать этой лентой удобно, но фторопласты обладают холодной текучестью, а давление провода в области острых краёв кольца может быть значительным.

Во всяком случае, если Вы собираетесь использовать ленту ФУМ, то проложите по краю кольца полоску электрокартона или обычной бумаги.

При намотке прокладки на кольца небольших размеров очень удобно использовать монтажный крючок.

Монтажный крючок можно изготовить из куска стальной проволоки или велосипедной спицы.

Аккуратно наматываем изолирующую ленту на кольцо так, чтобы каждый очередной виток перехлёстывал предыдущий с наружной стороны кольца. Таким образом, изоляция снаружи кольца становится двухслойной, а внутри – четырёх-пятислойной.

Для намотки первичной обмотки нам понадобится челнок. Его можно легко изготовить из двух отрезков толстой медной проволоки.

Необходимую длину провода обмотки определить совсем просто. Достаточно измерить длину одного витка и перемножить это значение на необходимое количество витков. Небольшой припуск на выводы и погрешность вычисления тоже не помешает.

Пример

34(мм) * 120(витков) * 1,1(раз) = 4488(мм)

Если для обмотки используется провод тоньше, чем 0,1мм, то зачистка изоляции при помощи скальпеля может снизить надёжность трансформатора. Изоляцию такого провода лучше удалить при помощи паяльника и таблетки аспирина (ацетилсалициловой кислоты).

Будьте осторожны! При плавлении ацетилсалициловой кислоты выделяются ядовитые пары!

Если для какой-либо обмотки используется провод диаметром менее 0,5мм, то выводы лучше изготовить из многожильного провода. Припаиваем к началу первичной обмотки отрезок многожильного изолированного провода.

Изолируем место пайки небольшим отрезком электрокартона или обыкновенной бумаги толщиной 0,05… 0,1мм.

Наматываем начало обмотки так, чтобы надёжно закрепить место соединения.

Те же самые операции проделываем и с выводом конца обмотки, только на этот раз закрепляем место соединения х/б нитками. Чтобы натяжение нити не ослабло во время завязывания узла, крепим концы нити каплей расплавленной канифоли.

Если для обмотки используется провод толще 0,5мм, то выводы можно сделать этим же проводом. На концы нужно надеть отрезки полихлорвиниловой или другой трубки (кембрика).

Затем выводы вместе с трубкой нужно закрепить х/б нитью.

Поверх первичной обмотки наматываем два слоя лакоткани или другой изолирующей ленты. Это межобмоточная прокладка необходима для надёжной изоляции вторичных цепей блока питания от осветительной сети. Если используется провод диаметром более 1-го миллиметра, то неплохо в качестве прокладки использовать киперную ленту.

Если предполагается использовать выпрямитель с нулевой точкой, то можно намотать вторичную обмотку в два провода. Это обеспечит полную симметрию обмоток. Витки вторичных обмоток также должны быть равномерно распределены по периметру сердечника. Особенно это касается наиболее мощных в плане отбора мощности обмоток. Вторичные обмотки, отбирающие небольшую, по сравнению с общей, мощность, можно мотать как попало.

Если под рукой не оказалось провода достаточного сечения, то можно намотать обмотку несколькими проводами, соединёнными параллельно.

На картинке вторичная обмотка, намотанная в четыре провода.

Вернуться наверх к меню.

Дополнительные материалы.

• Скачать справочник “Малогабаритные магнитопроводы и сердечники” И. Н. Сидоров и др. (4,4МБ).

• Скачать программу для упрощённого расчёта импульсных трансформаторов (1МБ).

• Таблица с данными обмоточных проводов.

схемы для проверки нассыщения сердечников дросселей

/index.php?showtopic=48242

Для начала перенесу сюда схемы для проверки нассыщения сердечников дросселей и небольшую статью по проверке сердечников

_/radiofan/measuring_technics/definition_current_saturation_coils_inductance.html

Отправлено 06 Май 2009 — 21:41

Бирюков С.Дроссели для импульсных источников питания на ферритовых кольцах http://www.ferrite.com.ua/user_files/File/…literature8.zip схема к статье:

Расчёт дросселя (статья) http://valvolodin.na…ms/drossel.html

Рассчет дросселей на резисторах МЛТ (прога) — http://rf.atnn.ru/s3/r—dros.html

Программа для расчёта высокочастотных трансформаторов и дросселей — http://www.ntpo.com/…gramm/5/3.shtml

Программа для расчёта импульсного трансформатора — http://www.ntpo.com/…gramm/5/2.shtml

Дроссели переменного тока радиоэлектронной аппаратуры — http://dmitriks.naro…ooks/dptra.djvu

Рассчёт дросселей и катушек книга — http://depositfiles….files/mcckejoig

Трансформаторы и дроссели 1.1 на —

Оптимальное проектирование силовых высокочастотных ферромагнитных устройств — http://dmitriks.naro…oks/opsvfu.djvu

«Импульсные источники вторичного электропитания в бытовой радиоаппаратуре» — http://dmitriks.naro…books1/iip.djvu

на 494 http://focus.ti.com/…1d/slva001d.pdf

ТРАНСФОРМАТОРЫ И ДРОССЕЛИ ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ — http://members.kern….ouz/chokes.html
http://www.coilcraft.com/ser2800.cfm

Выбор и расчет конструкции анодного дросселя — http://qrx.narod.ru/hams/r_and.htm

Расчет индуктивности дросселя с магнитным зазором — http://www.gerelo.dp…ras_indukt.html

Авторская страница Семёнова — http://www.radioland…ha.ru/proga.htm

Расчёт трансформатора и дросселя — http://enginee—ru.uc…oad/0-0-0-12-20
http://enginee—ru.uc…/load/14-1-0-12

автоматическиq on-line калькулятор
http://schmidt—walte…smps_e.html#Abw

С. Н. Кризе.
Расчет маломощных силовых трансформаторов и дросселей фильтров
http://goooood.ru/book/krizeSN.zip

характеристики и прога рассчета индуктивностей на металопорошковых
сердечниках Micrometals — http://www.micrometals.com/

Материаллы — http://www.ferrite.com.ua/

Прога по катушкам — http://kazus.ru/nuke/modules/Downloads/pub…/l_%20meter.zip

Кольцевые сердечники: ферритовые кольца Amidon — http://www.cqham.ru/…rrite_Cores.htm

Библиотека знаний: http://www.mag—inc.com/library.asp
Расчетные программы: http://www.mag—inc.c…re/software.asp

Трансформаторы и дроссели для импульсных источников питания — http://www.atomlink.ru/~slash/st8.html

Ещё материаллы и расчёт — http://www.rusgates….ocore.php?pg=12

имп сердечники и их расчёт — http://www.mag—inc.com/default.asp

===================================================================================
НАСЫЩЕНИЕ СЕРДЕЧНИКА
Если через катушку с сердечником протекает большой ток, то магнитный материал сердечника может войти в насыщение. При насыщении сердечника его относительная магнитная проницаемость резко уменьшается, что влечет за собой пропорциональное уменьшение индуктивности. Уменьшившаяся индуктивность вызывает дальнейший ускоренный рост тока через КИ, и т.д. В большинстве ИИП насыщение сердечника крайне нежелательно и может приводить к следующим негативным явлениям:

увеличенный уровень потерь в материале сердечника и увеличенный уровень омических потерь в проводе обмотки приводят к неоправданно низкому КПД ИИП;
дополнительные потери вызывают перегрев КИ, а также расположенных поблизости радиодеталей
сильные магнитные поля в сердечнике в сочетании с его уменьшившейся магнитной проницаемостью являются многократно усиленным по сравнению с нормальным режимом работы источником помех и наводок на малосигнальные цепи ИИП и другие приборы;
ускоренно нарастающий ток через КИ вызывает ударные токовые перегрузки ключей ИИП, повышенные омические потери в ключах, их перегрев и преждевременный выход из строя;
ненормально большие импульсные токи КИ влекут за собой перегрев электролитических конденсаторов фильтров питания, а также увеличенный уровень помех излучаемых проводами и дорожками печатной платы ИИП.
Список можно продолжить, но и так уже ясно, что следует избегать работы сердечника в режиме насыщения. Ферриты входят в насыщение, если величина плотности потока магнитной индукции превышает 300 [мТ] (миллитесла), причем эта величина не так уж сильно зависит от марки феррита. То есть 300 [мТ] является как бы врожденным свойством именно ферритов, другие магнитные материалы имеют другие величины порога насыщения. Например, трансформаторное железо и порошковое железо насыщаются при примерно 1 [Т], то есть могут работать в гораздо более сильных полях. Более точные значения порога насыщения для разных ферритов указаны в таблице 5.

Величина плотности потока магнитной индукции в сердечнике рассчитывается по следующей формуле:

(8) B = 1000 * µ0 * µe * I * N / le [мТ]
где µ0 — абсолютная магнитная проницаемость вакуума, 1.257*10-3 [мкГн/мм]
µe — относительная магнитная проницаемость сердечника (не путать с проницаемостью материала сердечника!)
I — ток через обмотку, [А]
N — количество витков в обмотке
le — длина средней магнитной линии сердечника, [мм]

Несложное преобразование формулы (8) поможет найти ответ на практический вопрос — какой максимальный ток может проходить через дроссель до того, как сердечник войдет в насыщение:

(9) Iмакс = 0.001 * Bмакс * le / ( µ0 * µe * N ) [A]
где Bмакс — табличное значение для используемого материала сердечника, вместо которого можно использовать значение 300 [мТ] для любых силовых ферритов

Для сердечников с зазором удобно подставить сюда выражение (4), после сокращений получаем:

(10) Iмакс = 0.001 * Bмакс * g / ( µ0 * N ) [A]

Результат получается на первый взгляд довольно парадоксальный: величина максимального тока через КИ с зазором определяется отношением размера зазора к количеству витков обмотки, и не зависит от размеров и типа сердечника. Однако этот кажущийся парадокс просто объясняется. Ферритовый сердечник настолько хорошо проводит магнитное поле, что все падение напряженности магнитного поля приходится на зазор. При этом величина потока магнитной индукции, одинаковая и для зазора и для сердечника, зависит лишь от толщины зазора, тока через обмотку и количества витков в обмотке, и не должна превышать 300 [мТ] для обычных силовых ферритов.

Для ответа на вопрос, какой величины суммарный зазор g надо ввести в сердечник, чтобы он выдержал без насыщения заданный ток, преобразуем выражение (10) к следующему виду:

(11) g = 1000 * µ0 * I * N / Bмакс [мм]

Чтобы нагляднее показать влияние зазора, приведем следующий пример. Возьмем сердечник E30/15/7 без зазора, феррит 3C85, магнитная проницаемость µe = 1700. Рассчитаем количество витков, необходимое для получения индуктивности 500 [мкГн]. Сердечник, согласно таблице, имеет AL = 1.9 [мкГн], воспользовавшись формулой (7) получаем чуть более 16 витков. Зная эффективную длину сердечника le = 67 [мм], по формуле (9) вычислим максимальный рабочий ток, Iмакс = 0.58 [А].

Теперь введем в сердечник прокладку толщиной 1 [мм], зазор составит g = 2 [мм]. Эффективная магнитная проницаемость уменьшится, после несложных расчетов по формулам (5) и (7) находим, что для получения индуктивности 500 [мкГн] надо намотать 125 витков. По формуле (10) определяем максимальный ток КИ, он увеличился до 3.8 [А], то есть более чем в 5 раз!

Отсюда следует и практическая рекомендация для читателей, самостоятельно конструирующих дроссели. Чтобы получить катушку индуктивности, работающую при максимально возможном токе, заполняйте сердечник проводом полностью, а затем вводите в сердечник максимально возможный зазор. Если при проверочном расчете окажется, что дроссель имеет чрезмерный запас по току, то выбирайте меньший размер сердечника, или, по крайней мере, уменьшайте количество витков в обмотке, чтобы снизить потери в меди, и одновременно уменьшайте зазор в сердечнике. Важно подчеркнуть, что эта рекомендация не относится к трансформаторам, в которых ток через первичную обмотку состоит из двух составляющих: тока, передаваемого во вторичную обмотку, и небольшого тока, намагничивающего сердечник (ток магнетизации).

Как видим, зазор в сердечнике дросселя играет исключительно важную роль. Однако не все сердечники позволяют вводить прокладки. Кольцевые сердечники выполнены неразъемными, и, вместо того чтобы «регулировать» эквивалентную магнитную проницаемость при помощи зазора, приходится выбирать кольцо с определенной магнитной проницаемостью феррита. Этим и объясняется факт большого разнообразия типов магнитных материалов, применяемых промышленностью для изготовления колец, тогда как разъемные сердечники для ИИП, куда легко ввести зазор, почти всегда выполнены из ферритов с высокой магнитной проницаемостью. Наиболее употребительными для ИИП оказываются два типа колец: с низкой проницаемостью (в пределах 50…200) — для дросселей, и с высокой проницаемостью (1000 и более) — для трансформаторов.

Порошковое железо оказывается наиболее предпочтительным материалом для кольцевых неразъемных сердечников дросселей, работающих при больших токах подмагничивания. Проницаемость порошкового железа обычно находится в пределах 40…125, чаще всего встречаются кольца, выполненные из материалов с проницаемостью 50…80. В таблице 6 приведены справочные данные кольцевых сердечников из порошкового железа фирмы Филипс.

Проверить, входит ли сердечник в насыщение при работе ИИП, несложно, достаточно при помощи осциллографа проконтролировать форму тока, протекающего через КИ. Датчиком тока может служить низкоомный резистор или трансформатор тока. КИ работающая в нормальном режиме будет иметь геометрически правильную треугольную или пилообразную форму тока. В случае же насыщения сердечника форма тока будет искривлена.2*S/Lср,
где m — магнитная проницаемость феррита,
m0 — магнитная постоянная,
N — число витков,
S — площадь поперечного сечения феррита,
Lср — длина средней линии ферритового кольца.
Активное сопротивление обмотки (без учета скин-эффекта):
R=p*Lп/S,
где p — удельное сопротивление меди (0.017Ом*м),
Lп — длина провода обмотки,
Sп — площадь сечения провода.

Расчет дросселя я провожу в следующем порядке:
1) Выявляем параметры ферритового кольца: магнитную проницаемость m, длину средней линии Lср, площадь сечения S, индукцию насыщения Bm. Последний параметр можно узнать в справочнике по известной марке феррита, либо на сайте производителя феррита.
2) Задаемся необходимой индуктивностью дросселя L.
3) Зная параметры L, m, Lср, S, вычисляем необходимое количество витков N.
4) Определяем максимальное токопотребление нагрузки I и берем с 10-15% запасом.
5) Зная параметры m, Lср, S, I, N рассчитываем индукцию B внутри феррита. Если она оказывается больше, чем 0.8Bm, значит кольцо для поставленной задачи не подходит, необходимо выбрать кольцо либо бОльшего сечения, либо с бОльшей индукцией насыщения.
6) Если индукция не превышает 0.8Bm, определяем удовлетворяет ли нас дроссель по рассеиваемой мощности. Для этого задаемся максимальной мощностью, рассеиваемой на дросселе (Pm=0.5-2Вт в зависимости от размеров кольца).
7) По заданной мощности Pm и токопотреблении I, определяем активное сопротивление провода обмотки R.
8) Подбираем провод, которым собираемся наматывать (0.8-1мм для намотки в один провод, 0.5-0.6мм для намотки в несколько проводов).
9) Зная сечение провода(ов) Sпр и их активное сопротивление R, вычисляем максимальную длину провода(ов) Lпр.
10) Наматываем один виток провода на кольцо и определяем его длину Lв. Добавляем 1-2мм на угловое смещение провода при намотке.
11) По найденной максимальной длине провода Lпр и длине одного витка Lв вычисляем допустимое количество витков Nдоп.
12) Если Nдоп оказываеся меньше ранее посчитанного числа витков N, необходимо использовать провод с бОльшим сечением, либо наматывать в несколько проводов.
13) Если Nдоп>=N, оцениваем возможность намотки посчитанного числа витков. Для этого измеряем внутренний диаметр кольца d и смотрим выполняется ли неравенство:
pi*(d-Sпр)>=N*dпр,
где Sпр — площаль сечения предполагаемого к намотке провода,
dпр — диаметр предполагаемого к намотке провода.
14) Если неравенство не выполняется, значит необходимо наматывать в 2 или более слоя. Для маленьких колец с внутренним диаметром до 8мм я лично мотать в несколько слоев не советую. В этом случае лучше взять кольцо бОльших размеров, либо с бОльшей магнитной проницаемостью.

С сайта — _http://www.rom.by/comment/112509

Советы по проектированию понижающих преобразователей — http://www.compeljou…/enews/2007/8/7

Прога для расчёта трансформаторов и дросселей 6мВ — http://brwbr.com.ua/…e=s2-Droselprog

Мэк Р. Импульсные источники питания. Теоретические основы проектирования и руководство по практическому применению
лежит на сайте — http://www.electrotechnika.info/index.php?…down&id=177

Ещё статья — http://www.ferrite.com.ua/site/page—Trancf…tori_i_drocceli

Проектирование импульсных источников питания (ИИП). — http://megaohm.narod…S/smps_rus.html

Выбор пассивных компонентов для неизолированного импульсного источника питания

Импульсный источник питания (Switch Mode Power Supply, SMPS) способен поддерживать постоянное заданное выходное напряжение(V_out) при изменяющемся входном напряжении (V_in), т. е. имеет регулируемый выход. Постоянное значение (V_out) задается при помощи корректировки частоты импульсов рабочего цикла. Дроссель и конденсатор в схеме SMPS поддерживают устойчивый выходной ток. Без использования дросселя ток в таких источниках будет изменяться до нулевых значений при сменах импульсов переключения схемы управления. Конденсатор в этой цепи является фильтром пульсаций тока и элементом накопления необходимой энергии для совместной работы с дросселем.

Конденсаторы

При выборе конденсаторов для импульсных преобразователей особое внимание уделяется показателям надежности, качеству и минимальным значениям паразитных потерь. При высоком постоянном напряжении основной причиной старения являются электрохимические процессы, возникающие в диэлектрике под действием постоянного поля и усиливающиеся с повышением температуры и влажности окружающей среды. При переменном напряжении и импульсных режимах основной причиной старения становятся ионизационные процессы, возникающие внутри диэлектрика или у краев обкладок, преимущественно в местах газовых включений. Напряжение электрического поля в диэлектрике конденсатора при его испытаниях выбирается с некоторым запасом.

Температура и влажность воздуха также являются важными факторами, влияющими на долговечность и сохранность конденсаторов. Длительное воздействие высокой температуры вызывает ускоренное старение диэлектрика, в результате чего характеристики конденсатора ухудшаются. Тепловое воздействие на конденсатор может быть периодически изменяющимся. Наряду с внешней температурой на пленочные конденсаторы в составе аппаратуры может дополнительно воздействовать теплота, выделяемая другими сильно нагревающимися при работе компонентами. В условиях повышенной влажности на электрические характеристики конденсаторов влияет как пленка воды, образующаяся на поверхности, так и внутреннее поглощение влаги диэлектриком. Проникновение влаги внутрь конденсатора снижает его сопротивление и электрическую прочность.

Пленочные конденсаторы как альтернатива электролитам

Пленочные конденсаторы имеют много преимуществ перед электролитами в промышленных преобразователях мощности, в электротранспорте и производственном оборудовании, хотя они и не являются их полной альтернативой ввиду различия по размерам. Среди этих преимуществ:

1.          возможность выдерживать высокий среднеквадратичный ток до 1 Arms/мкФ;
2.        возможность держать удвоенное избыточное номинальное прямое и обратное                                 напряжение;
3.        стойкость к высоким пиковым токам;
4.        отсутствие кислотного загрязнения при утилизации;
5.        продолжительное время хранения и эксплуатации (до 100 000 ч).

Основа металлизации — покрытие диэлектрической пленки очень тонкими металлическими слоями. В случае пробоя диэлектрика покрытие может улетучиваться и изолировать дефект. Это явление называется самовосстановлением? или способностью самоблокировки внутренних дефектов. Современные диэлектрические пленки BM, используемые для конденсаторов постоянного тока, покрыты очень тонким металлическим слоем. В случае любого дефекта металл испаряется и изолирует его, эффективно восстанавливая конденсатор. После пробоя номинальная емкость пленочного конденсатора немного уменьшается (в пределах погрешности, указываемой производителем), но полного отказаи короткого замыкания нет. Эта особенность может значительно снизить текущие затраты на обслуживание и обеспечить более высокуюэффективность использования SMPS.

Рассмотрим далее различные схемы неизолированных импульсных преобразователейтока.

Повышающий преобразователь напряжения

Повышающий преобразователь (рис. 1) позволяет увеличивать напряжение (при понижении тока) от входа до выхода. Основное применение — преобразователи для электротранспорта, где напряжения одной батареи бывает недостаточно для поддержания 500 В на входемотора. Данный преобразователь позволяетиспользовать меньшее количество батарей,увеличивая доступное постоянное напряжение до требуемого уровня. В качестве элементафильтра в таком преобразователе можно применить пленочный конденсатор DC-LINK.

Конденсатор в данной цепи будет предотвращать пульсации, поступающие обратноот электродвигателя к источнику тока (аккумуляторной батарее), и сглаживать скачки напряжения шины. Для защиты полупроводников (тиристоров и IGBT-модулей) в повышающих преобразователях также могут использоваться демпферные версии пленочных конденсаторов.

Конденсаторы DC-LINK (рис. 2 и 3) имеют хорошие электрические характеристики, малые потери в диэлектрике, высокое значение сопротивления изоляции, низкую диэлектрическую абсорбцию и высокую диэлектрическую прочность (табл. 1). Они практически нечувствительны к повышенной влажности и имеют стабильность параметров при длительных сроках эксплуатации. Следует отметить также, что они имеют отрицательный температурный коэффициент (–200 ppm/°C). Минимальная требуемая емкость конденсатора вычисляется по формуле:

C = I_rms/U_r × 2π × ƒ.

Согласно данному выражению, соотношение расчетной емкости пленочного конденсатора и электролитического составляет 1:25 мкФ.

Таблица 1. Технические характеристики конденсаторов DC-LINK от BM
	DKMJ-P	DKMJ-C
Рабочее напряжение, В	450–1200	500–4000
Диапазон емкости, мкФ	1–120	20–5600
Отклонения емкости, %	±5, ±10, ±20	±5, ±10
Рабочая температура, °C	+85
Максимальная температура, °C	+105
Срок службы, ч	100 000
Показатель отказов	50 FIT

Понижающий преобразователь

Понижающий преобразователь (рис. 4) является одним из наиболее распространенных. Он используется в цепях, где выходное напряжение постоянного тока (на нагрузке) должно быть ниже входного напряжения постоянного тока. Вход постоянного тока может быть выведен от выпрямленного переменного тока или из любого источника постоянного тока. Простейший преобразователь состоит из диода, переключателя (обычно MOSFET) и одного индуктора для применения в однофазных цепях. Чтобы уменьшить пульсацию напряжения, в источник добавляется фильтр на основе конденсатора(фильтр на стороне нагрузки). В качестве фильтра нагрузки можно применить как электролитические, так и пленочные конденсаторы, в зависимости от предназначения преобразователя. Поскольку данные преобразователи часто являются источниками высокочастотных импульсных помех для общей сети 110–250 В, то на вход выпрямителя Vs таких источников устанавливают конденсаторы X2.

Для подавления импульсных помех BM разработана модель B43. Она является самой новой в серии конденсаторов X2 и призвана объединить в себе все достоинства конденсаторов данного типа, изготовленных с применением полипропиленового диэлектрика.

Серия B43 (рис. 5) соответствует требованиям стандарта IEC 60384-14 для конденсаторов X2. Диапазон емкости — 0,1–25 мкФ с интервалом рабочих напряжений 310–350 Vac. По результатам европейских тестов, конденсаторы BM имеют увеличенное значение начального напряжения частичного разряда (PDIV/ Corona) по сравнению с конденсаторами без внутреннего последовательного соединения. Основные характеристики устройств указаны в таблице 2. Металлизация электродов в активной зоне выполнена без использования цинка. В качестве наполнителя применяется новая высококачественная эпоксидная смола. После испытаний на устойчивость к влажности (при +85 °C) с относительной влажностью 85% со смещенным напряжением в течение 1000 ч, среднее значение ΔC/C составляет менее 5%.

 

Таблица 2. Технические характеристики конденсаторов серии B43 от BM
Рабочее напряжение	310 В AC 50/60 Гц	350 В AC 50/60 Гц
Постоянное напряжение, В DC	560	630
Емкость, мкФ	0,1–25	0,1–20
Отклонение емкости, %	±5, ±10, ±20
Рабочая температура, °C	–40…+110

 

 

Для производства конденсаторов X2 применяют два типа диэлектриков: полипропиленовую (PP) и полиэфирную пленку (PET). Их сравнительные характеристики приведены в таблице 3. PET обладает высокой диэлектрической прочностью, хорошими свойствами самовосстановления и температурной стабильностью. У PET положительный температурный коэффициент материала. PP обладает превосходными электрическими характеристиками, имеет очень низкие диэлектрические потери на высоких частотах, высокое сопротивление изоляции, низкое диэлектрическое поглощение и высокую диэлектрическую прочность. Кроме того, PP имеет отличную влагостойкость и очень хорошую долговременную стабильность параметров. Температурный коэффициент материала — отрицательный.

Таблица 3. Сравнительная таблица свойств материалов PP и PET для производства конденсаторов класса X2
	PET	PP
Диэлектрическая постоянная (при +25 °C/50 Гц)	3,2	2,2
DF при 1 кГц, tan δ, в %	0,5	0,02
Сопротивление изоляции, MОм×мкФ	25 000	100 000
Диэлектрическое поглощение, %	0,2	0,05
Дрейф емкости ΔC/C, %	1,5	0,5
Уровень поглощения влаги, %	0,4	0,01
Максимальная рабочая температура, °C	+125	+100
Температурный коэффициент, ppm/°C	+400, ±200	±200, ±100

 

 

Металлизированные пленочные конденсаторы BM соответствуют стандартам IEC61071.Это означает, что они могут обрабатывать несколько скачков напряжения в два раза выше номинального напряжения без значительного сокращения срока службы изделия. Следовательно, разработчику требуется только учет номинальных требований к напряжению при настройке схемы.

Универсальный преобразователь

Универсальный преобразователь (рис. 6) — это тип SMPS, который сочетает в себе принципы понижающего и повышающего преобразователей в одной схеме. В таких схемах величина выходного напряжения может быть больше или меньше входного напряжения. Выходное напряжение имеет противоположную полярность на входе. Один из возможныхнедостатков этого преобразователя, который усложняет схему возбуждения дросселя, заключается в том, что импульсный переключатель не имеет клеммы на землю.

Дроссели для импульсных преобразователей

Дроссель состоит из катушки проволоки, намотанной на ферромагнитный сердечник. Данная комбинация дает индуктивность (L), которая создает сопротивление, поэтому ток, протекающий через индуктор, не может мгновенно измениться. Скорость изменения тока через индуктор (dI/dT) определяется индуктивностью и напряжением, воздействующим на индуктор:

V = L×dI/dT.

Ферромагнитный материал сердечника позволяет сохранять энергию в дросселе. Когда напряжение падает и ток увеличивается, то эта накопленная энергия возвращается в цепь. Когда переключатель S закрыт, ток, текущий к нагрузке, увеличивается, а энергия сохраняется и накапливается в индукторе. Когда переключатель S разомкнут и выход отключен от входа, стабильный выходной ток поддерживается путем вытягивания энергии из катушки индуктивности. Поскольку индуктивность влияет на соотношение dI/dT, ее значение выбирается максимально близким для достижения желаемых пределов тока пульсации (I_ripple), обеспечивая постоянный выходной ток. Индуктор может удерживать только определенное количество энергии. После того как ферромагнитный ripple материал будет насыщен, индуктивность уменьшится, а пульсация тока возрастет. Пиковый ток для схемы (I_pk ) рассчитывается по следующей формуле:

I_pk = I_out + I_ripple/ 2,

При выборе индуктивности важно проверить, чтобы у применяемого компонента ток насыщения сердечника (I_sat) был больше, чем расчетный пиковый ток (I_pk).

Потери в дросселях

Потери в медной обмотке дросселя обусловлены эффективным током (I_rms), которому создается сопротивление (Rdc):

P_cu = R_dc × I_rms2.

В спецификациях на компонент обычно указывается заданный ток повышения температуры (Temperature Rise Current), эквивалентный значению постоянного тока, приводящего к повышению температуры на 40 °C от стандартных значений. Номинальный ток индуктора (Rated Current) — это ток, при котором температура компонента не будет расти более чем на 40 °C от стандартных значений.

Механизм потери тока в сердечнике — довольно сложный процесс. Изменяющийся ток в силовом индукторе создает изменяющуюся плотность потока (B AC), и сопротивление основного материала (феррита) имеет свойство противостоять этому потоку (B AC). Потери в сердечниках зависят от типа материала сердечника, размера, B AC и частоты переключения импульсной схемы (F).

Чем подробнее спецификация на выбираемый компонент (силовой дроссель), тем проще рассчитать рабочие характеристики материала и размеры сердечника. В техническом описании также может указываться ток повышения температуры, поэтому при превышении данного значения нужно будет помнить о том, что потери в сердечнике будут высоки, и индуктор достигнет указанного лимита температуры при более низком среднеквадратичном токе из-за дополнительного воздействия потерь мощности и повышения температуры обмотки.

Рассмотрим выбор дросселей Pulse для импульсного источника питания.

Для обеспечения требований к соотношению индуктивности и тока в преобразователяхсуществуют различные виды корпусов и типыобмоток дросселей (рис. 7).

Индуктивности на ферритовом сердечнике

Индуктивности серии PA (рис. 8) состоят из специальной медной проволоки, намотанной на ферритовый сердечник, при этом сердечник может быть как магнитно-экранирован, так и не экранирован. Неэкранированная версия может поддерживать относительно высокие пиковые токи перед насыщением. Из-за открытой траектории потока открытый сердечник ограничен рабочей частотой и создает электромагнитные помехи на компоненты схемы. Если это условие подходит для применения, то данный тип является оптимальным решением для преобразователя, так как это самый недорогой вид дросселя. Экранированная версия немного дороже и подходит для высокочастотных и чувствительных к шуму схем. Он имеет очень широкий диапазон индуктивности, но ограничен токопроводящей способностью. Применяется в низковольтных преобразователях.

 

Дроссель с тороидальным ферритовым сердечником

В дросселях серии PE (рис. 9) используется толстая обмотка. Компонент является относительно громоздким и имеет сравнительно большие потери на сердечнике на высоких частотах. Основными ограничениями тороида являются размер и производительность. Тороид может быть хорошим решением, когда текущие требования превышают характеристики индукторов с сердечником барабанного типа. Экранированные тороидальные индукторы с ферритовым сердечником также доступны в корпусе для поверхностного (SMT) монтажа на печатную плату. Данные дроссели служат универсальными многоцелевыми платформами и помогают минимизировать поток утечек, чтобы защитить соседние компоненты от чрезмерных электромагнитных помех (EMI).

Дроссели с плоским сердечником

Низкопрофильная серия PG (рис. 10) обладает самой высокой токовой емкостью (60 А) в корпусе высотой 3,2 мм. Это достигается благодаря специальному плоскому проводнику с большим сечением, который намотан в спиральную катушку. Основной материал сердечника — порошкообразное железо с соответствующей мягкой насыщенностью и низким уровнем излучаемых помех. Поскольку падение напряжения в нем обычно невелико, то потери на сердечнике не являются чрезмерными даже на высоких частотах. Плоская катушка индуктивности имеет относительно малое количество витков провода, поэтому данный тип дросселей ограничен низкой индуктивностью и обладает более высокой стоимостью.

Дроссели со стандартной катушкой

Дроссели серии PG (рис. 11) (Round Wire Coil, RWC) обычно разрабатываются для устройств, где не требуется низкий профиль. Они используются в качестве устройств хранения энергии и фильтров в регуляторах точки нагрузки (POL) и в качестве дросселей выходного каскада для преобразователя постоянного тока. Индукторы RWC используют материал ферритового сердечника, который дает на 90% снижение потерь в сердечнике и увеличение максимальной рабочей температуры на 30% по сравнению со стандартным материалом из порошка железа, используемого в индукторах с плоской катушкой. Поскольку ферритовый материал невосприимчив к термическому старению, эти индукторы более надежны и лучше работают при более высоких температурах и частотах, чем индукторы с не ферритовым сердечником. Использование круглого провода вместо плоской катушки приводит к снижению стоимости на 25%.

Экранированные дроссели в ферритовом корпусе

Особенность закрытых порошковых индукторов серии PA (рис. 12) в том, что они имеют железный порошковый материал корпуса, который непосредственно залит на медный провод. Это оптимальное решение для схем, требующих высоких частот и высокого тока с низким сопротивлением постоянному току. Эти индукторы обладают высокими характеристиками по поглощению собственных электромагнитных помех. Экран ограничивает поток помех, устраняет шум и удерживает магнитный поток внутри индуктора. Формованная серия индукторов отлично подходит для высоковольтных, неизолированных DC/DCпреобразователей и регуляторов напряжения. Добавление квалификации AEC-Q200 позволяет использовать эти компоненты и в автомобильной промышленности. Pulse предлагает эти индукторы с расширенным диапазоном рабочих температур (–55…+155 °C).

Катушки индуктивности

Катушки индуктивности серии PA (рис. 13) обладают очень низкой индуктивностью при высоких токах. Они предназначены для низковольтных преобразователей с высокими значениями тока, работающих на высоких частотах переключения. Pulse предлагает экранированные катушки индуктивности для SMT-монтажа, которые объединены в комбинированные и интегрированные типы конструкций. Связанные силовые катушки индуктивности соединяют два (или более) компонента в одну пару с единой магнитной связью между ними, уменьшая общую площадь и обеспечивая более низкий ток пульсаций фазы.

Планарные дроссели и трансформаторы

В планарных трансформаторах серии PA(рис. 14) используется небольшое количество витков. Выполненные с использованием штампованных медных пластин или винтовой обмотки катушки, они обеспечивают низкую индуктивность с очень высокой несущей способностью. Ультранизкий DCR этого трансформатора делает его самым эффективным решением, доступным на рынке сегодня. Pulse имеет экранированные версии плоских катушек с ферритовым сердечником, предназначенные для источников питания с высоким выходным током и низким напряжением. Эта серия имеет дополнительную монтажную площадку для лучшей фиксации на печатной плате.

Заключение

После того, как определены параметры конденсатора и оптимальный вариант дросселя, конечным шагом является выбор типоразмера дросселя, который будет обеспечивать правильные характеристики преобразователя, а также его геометрию, подходящую для конкретного устройства.

Автор: Андрей Ковригин — Макро Групп, Product-менеджер направлений «Электромеханические компоненты», «Батарейки», «Пассивные компоненты»,

 

(PDF) Повышение проницаемости ферритовых сердечников, используемых в импульсных источниках питания

Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology 13 (10): 800-806, 2016

DOI: 10.19026 / rjaset.13.3356

ISSN: 2040-7459; e-ISSN: 2040-7467

© 2016 Maxwell Scientific Publication Corp.

Отправлено: 1 августа 2016 г. Принято: 2 сентября 2016 г. Опубликовано: 15 ноября 2016 г.

A. Taha, Кафедра электроэнергии и машин, факультет of Engineering, Каирский университет, Гиза

12613, Египет

Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 Международная лицензия (URL: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

800

Исследовательская статья

Повышение проницаемости ферритовых сердечников, используемых в импульсных источниках питания

А. Таха, А. Махгуб, О. Махгуб и Э. Абулзахаб

Кафедра электроэнергетики и машин, факультет инженерии , Каирский университет,

Гиза 12613, Египет

Аннотация: В этом исследовании предлагаются два метода увеличения проницаемости ферритовых сердечников, используемых в импульсных источниках питания

.Первый метод основан на принципе магнитного встряхивания, когда магнитное поле переменного тока

накладывается на магнитопровод. Этот метод дает хорошие характеристики при экранировании, но все же

сталкивается с некоторыми техническими трудностями при использовании импульсных источников питания. Второй метод основан на наложении

составляющей магнитного поля постоянного тока, эквивалентной основной составляющей постоянного тока, протекающей в основной обмотке

импульсного источника питания.Этот метод подтвержден для уменьшения пульсаций тока индуктора источника питания на

68% при уменьшении размера сердечника обмотки.

Ключевые слова: смещение постоянного тока, магнитная проницаемость, магнитное встряхивание, импульсные источники питания

ВВЕДЕНИЕ

Принцип магнитного сотрясения

давно применяется в области магнитного экранирования (Cohen, 1967;

Tashiro and Sasada , 2005). Теперь доказано, что

, применяя магнитное встряхивание, может увеличить эффективную проницаемость

аморфных материалов, используемых в магнитном экранировании

.Интерес к применению такой техники в магнитном экранировании

вызван повышенной ценой магнитных материалов с высокой проницаемостью

, используемых в магнитном экранировании

. В Cohen (1967) было экспериментально доказано

, что процесс магнитного встряхивания

может улучшить проницаемость материала, как следствие, эффект магнитного экранирования

ниже и выше приложенной частоты вибрирующего поля

.

При магнитном экранировании процесс магнитного сотрясения

включает наложение переменного магнитного поля

(H

s

) на поле возмущения. Было показано, что

приводит к пятикратному увеличению проницаемости (Kelha

et al., 1980). Это повышение проницаемости из-за сотрясения

может быть оправдано сохранением доменов в движении

. Это движение предотвращает замораживание доменной стенки

на дефекте решетки (Cohen, 1967; Bozorth, 1968).

В этом исследовании показано, что этот принцип

в равной степени применим к ферритовым материалам, используемым в приложениях силовой электроники

. В отличие от чистого железа (с



r

= 200 000) и Metglass (с 

r

= 1000 000) проницаемость ферритов

(с

r

= 1600 ) относительно

низкий. Ферриты

превосходно подходят для высокочастотных применений из-за их плохой электропроводности и, следовательно, более низких потерь тока на вихревые

.Если бы проницаемость материалов из феррита

увеличилась, это привело бы к меньшему размеру сердечника

и меньшему количеству витков обмотки сердечника

. Кроме того, изучается эффект наложения магнитного поля постоянного тока

на сердечник, чтобы исследовать его влияние на характеристики катушки в источниках питания постоянного / постоянного тока

. Сообщается об обоих методах

, которые могут быть эффективными для уменьшения размера ядра в электронных приложениях

.

КОНСТРУКЦИЯ СИСТЕМЫ

На рисунке 1 показана конструкция системы. Он

состоит из ферритового сердечника с тремя обмотками. Используемый сердечник

представляет собой форму ETD39, изготовленную из материала N87 (TDK

EPCOS, 2006). Обмотка (W1) — это основная обмотка, которую

возбуждает низкочастотным синусоидальным сигналом. Его ток

измеряется и подается на X-канал осциллографа

для представления магнитного поля (H

m

).

Обмотка (W2) — это обмотка качающегося поля и

возбуждается высокочастотным синусоидальным сигналом. Напряжение на обмотке

(W3) интегрируется во времени для получения магнитного потока

. Выход интегратора подается на канал Y-

осциллографа для представления плотности потока

(B). Токи возбуждения получаются от двух усилителей Power

(PA). Эти усилители мощности питаются от двух функциональных генераторов

(FG1 и FG2).Количество

витков

трех катушек составляет 300, 300 и 60 соответственно.

ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОЙ ВСТРЕЧИ НА

ФЕРРИТОВЫЙ СЕРДЕЧНИК

Чтобы продемонстрировать влияние магнитного сотрясения на ферритовый сердечник

, установка, описанная в предыдущем разделе

Общие сведения о импульсных источниках питания, часть 2

Домашняя страница — Techniek — Электроника — Radiotechniek — Радиолюбительское радио — QEX — Общие сведения о импульсных источниках питания, Часть 2

---

Приходите изучать методы проектирования в реальном мире.

В первой части этой статьи (1) мы рассмотрели основные конфигурации и работу схемы. В этой статье мы рассмотрим проектирование источников питания с использованием реальных трансформаторов и катушек. Мы подробно рассмотрим техническое описание ферритового материала 77 для трансформаторов и различных порошковых материалов для сглаживающих дросселей. Мы рассмотрим материал 77 от Fair-Rite Corporation, потому что Amidon Inc несет в себе сердечники трансформаторов в этой смеси, и они уже давно поставляют сообществу любительских радиолюбителей разумные требования к заказу.У Амидона есть и другие смеси, но смесь 77 была наиболее доступной, когда я проверил их инвентарь. Мы также рассмотрим относительные достоинства материалов от других поставщиков.

В примерах в этом выпуске требования появляются как по волшебству. Информация о том, как определять коэффициенты поворотов, значения индуктивности, ток пульсаций и т. Д., Будет представлена ​​в одной из следующих статей.

Свойства реальных магнетиков

Наше обсуждение основных схем предполагало идеальные катушки индуктивности и трансформаторы.Настоящие катушки индуктивности обладают такими свойствами, как индуктивность, сопротивление и емкость плюс потери из-за материала сердечника. Раздел, посвященный индукторам, в Справочнике ARRL дает хорошее описание потерь в магнитных сердечниках. Основными свойствами, которые мы должны учитывать при выборе сердечника, являются проницаемость, магнитные потери (гистерезис), максимальная плотность магнитного потока (насыщение) и температура сердечника.

Феррит — это керамика, состоящая из магнитных оксидов металлов, смешанных с оксидом железа. Самыми популярными магнитными материалами являются марганец и цинк или никель и цинк.Магнитные материалы смешиваются с органическим связующим и обжигаются в печи, чтобы сделать керамику так же, как и керамическую посуду. Так как они керамические, ферриты можно изготавливать самых разных форм, просто изменяя форму литейной формы. Их также можно обработать после обжига для получения гладких поверхностей и точных размеров. Ферритовые сердечники для использования в источниках питания обычно изготавливаются из марганцево-цинковых соединений для большей проницаемости. Вихревые потери в феррите довольно низкие в нормальном рабочем диапазоне материала из-за изолирующих свойств оксидов и связующего.Стойкость материала довольно высока по сравнению с металлами. Вихретоковые потери увеличиваются с увеличением частоты.

Порошковые сердечники изготавливаются путем измельчения железа или других сплавов на мелкие частицы и покрытия их изоляционным материалом. Затем их штампуют и запекают. Тороиды или стержни являются распространенными формами, но некоторые производители могут производить другие формы, например сердечники E. Размер порошка ограничивает верхний предел частоты порошковых сердечников из-за потерь на вихревые токи. Все известные нам тороиды Amidon RF представляют собой порошковые сердечники.

Гистерезисные (плотность потока переменного тока) потери являются магнитным эквивалентом диэлектрических потерь. Обе потери возникают в результате взаимодействия электронов материала с внешним полем. Электроны поглощают часть поля по мере увеличения напряженности поля, но они выделяют часть энергии в виде тепла, а не возвращают энергию полю. По мере увеличения частоты или плотности потока переменного тока соответствующие потери в магнитном материале также увеличиваются. Потери плотности потока можно определить, исследуя область внутри кривой B-H для рабочих условий.Гистерезисные потери ограничивают максимальную плотность потока для частот выше 20 кГц. Ниже 20 кГц максимальная плотность потока обычно ограничивается плотностью потока насыщения.

В качестве материала сердечников трансформаторов в современных импульсных источниках питания используется высокочастотный феррит. Сердечники дросселей могут быть из порошкового железа или феррита.

У каждого производителя есть веб-сайт с большим количеством полезных данных об их продуктах и ​​подробными указаниями по применению. Вы найдете список веб-сайтов в конце этой статьи.Каждый производитель предоставляет набор номограмм, цифр и процедур для принятия решения о том, какое ядро ​​использовать. К сожалению, процедура отличается от одного производителя к другому. Представленные ниже процедуры полезны при наличии самого минимума информации о наборе ядер. Если вы собираетесь разрабатывать строгий дизайн, лучше всего получить полную информацию о приложении от производителя, которого вы собираетесь использовать, чтобы процесс проектирования упростился.

Многие каталоги и указания по применению относятся к «мягким ферритам».«Это не имеет ничего общего с механической твердостью материала, а вместо этого относится к кривой магнитного поля BH материала. Мягкие ферриты имеют довольно низкое значение остаточного магнетизма при снятии намагничивающей силы, тогда как твердые ферриты обладают остаточным магнетизмом, который практически идентична плотности потока насыщения. Кроме того, мягкие ферриты имеют низкие значения коэрцитивной силы. Это означает, что требуется очень небольшая магнитная сила, чтобы уменьшить остаточный магнетизм до нуля. Керамические постоянные магниты — это «твердые ферриты».«

Выбор дроссельного сердечника

Прямые преобразователи и понижающие стабилизаторы требуют дроссельной катушки индуктивности для сглаживания прямоугольных импульсов до значения постоянного тока. Сглаживающий дроссель в источнике питания с высоким током будет иметь большой постоянный ток смещения, протекающий через обмотки, что создает очень большое магнитное поле в сердечнике. В сердечнике необходим воздушный зазор, чтобы гарантировать, что сердечник не насыщается. Если мы решим использовать ферритовый сердечник, он должен иметь зазор при сборке частей сердечника. Этот зазор допускает утечку магнитного потока и может быть проблемой для помех и контроля эффективной проницаемости по мере увеличения зазора.Порошковый сердечник имеет характерный распределенный зазор, обусловленный изоляционным материалом вокруг магнитных частиц. Большинство конструкторов предпочитают использовать тороиды с порошковым сердечником для сглаживания дросселей из-за стоимости, контроля проницаемости и простоты сборки. Ограничивающими факторами для сердечников дросселей являются насыщение и повышение температуры.

Рис. 1. Изменение начальной проницаемости в зависимости от плотности потока переменного тока в сердечниках из порошкового железа.

Проницаемость магнитных материалов непостоянна.Он изменяется в зависимости от плотности потока переменного тока, частоты, постоянного тока смещения и температуры. На рис. 1 представлен график изменения начальной проницаемости для различных уровней потока переменного тока в различных порошковых материалах сердечника из микрометаллов. Постоянный ток смещения, который присутствует в непрерывном режиме работы, снижает проницаемость материала, как показано на рис. 2.

Рис. 2. Уменьшение проницаемости из-за смещения постоянного тока в сердечниках из порошкового железа.

Рис. 3. Уменьшение проницаемости из-за частоты в сердечниках из порошкового железа.

На рис. 3 показано изменение проницаемости в зависимости от частоты. Сердцевины из порошка микрометаллов показывают незначительное линейное изменение проницаемости с температурой. Mix-26 имеет температурный коэффициент 825 ppm / ° C, а -52 — 525 ppm / ° C. На рис. 4 показаны кривые B-H для четырех материалов Micrometals, включая -26 и -52.

Рис. 4 — В-Н характеристики сердечников из порошкового железа.

Mix -26 (желтый с белым) и -52 (зеленый с синим) — наименее дорогие порошковые материалы для сердцевины.Они также демонстрируют наибольшее изменение проницаемости из-за факторов окружающей среды. Mix -52 рекомендуется для частот выше 100 кГц, а mix -26 — для частот ниже 100 кГц. Эти два материала чаще всего встречаются в блоках питания компьютеров при поиске запчастей. Если ваша конструкция требует большого диапазона выходного тока (например, источника питания SSB-передатчика) и требуется постоянная индуктивность, то предпочтительными материалами являются смеси -18 и -8. Они имеют гораздо более стабильные характеристики при изменении потока и частоты.Компромисс заключается в том, что проницаемость ниже (55 и 35), а стоимость кернов одинакового размера увеличивается примерно вдвое. Также требуется сердечник большего размера, поэтому окончательная стоимость сердечника может увеличиться в четыре и более раза. К сожалению, ни у Amidon, ни у Micrometals нет всей информации о своих приложениях в Интернете. Micrometals предоставит каталог по их применению по запросу. Это очень полезно, если вам нужно подобрать оптимальную сердцевину. Я включил минимум данных от Micrometals, чтобы вы могли следовать примерам.

Пока пульсация тока составляет примерно 1% от полного тока, единственное повышение температуры будет происходить из-за потерь в меди. Повышение температуры будет больше при увеличении тока пульсаций из-за гистерезисных потерь в сердечнике. Вы также должны учитывать увеличение индуктивности, которое произойдет по мере увеличения проницаемости, когда ток пульсации увеличивается до 10% или 25% от общего тока.

9027 9027 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 9027 902 902 902 902 902

Таблица 1 — Проволочный стол

			Площадь провода		Допустимая нагрузка по току, А (указана в столбцах А / см 2 )
Размер провода (AWG)	Сопротивление Ом / м	Внешний диаметр провода (см) (тяжелый build)	Круглые милы	см 2 (x0.001)	200	400	600	800
8	0,00207	0,334	18000	91,2	16,5	33,0			0,00259	0,298	14350	72,7	13,1	26,2	39,3	52,4
10	0,00328	0,267 11570	2	10,4	20,8	31,2	41,6
11	0,00413	0,238	9160	46,4	8,23		16,4	8,23	16,4	0,213	7310	37,0	6,53	13,1	19,6	26,1
13	0,00656	0,1902	6	5,18	10,4	15,5	20,8
14	0,00827	0,1714	4680	23,7	4,11	2	4,11	2	2	2 902	0,1529	3760	19,1	3,26	6,52	9,78	13,0
16	0,01319	0,1369	70 30002	2,58	5,16	7,74	10,3
17	0,01657	0,1224	2420	12,2	2,05	902 902	2,05	6,1	4702			4	0,1095	1940	9,83	1,62	3,25	4,88	6,50
19	0,0264	0,0980	156091	1,29	2,58	3,87	5,16
20	0,0332	0,0879	1250	6,34	1,02	902 902 902 902	0,0785	1000	5,07	0,812	1,63	2,44	3,25
22	0,0531	0,0701	810 411	0,640	1,28	1,92	2,56
23	0,0666	0,0632	650	3,29	0,511	902 902 902 902 902 902 902	0,0566	525	2,66	0,404	0,808	1,21	1,62
25	0,1063	0,0505	15	0,320	0,641	0,962	1,28
26	0,1345	0,0452	340	1,72	0,253		0,253	9027 0,506	0,0409	270	1,37	0,202	0,403	0,604	0,806

Таблица 1 представляет собой таблицу проводов, в которой описаны характеристики проводов различного калибра.Интересующие нас столбцы — это сопротивление на метр и ток при различных плотностях тока. Плотность тока 600 А / см ² соответствует повышению примерно на 40 ° C, а 400 А / см ² соответствует повышению примерно на 20 ° C.

-10 9023 686 902 902 9070 1 9070 1 9070 1 9070 1 9070 902 902 902 902 701 9027 902 902 9027 304 256 902 902 902 902 902 902 902 902 80

Таблица 2 — Число витков в зависимости от размера провода и размера жилы

Red E cores от 500 кГц до 30 МГц (µ = 10)
No.	OD (дюйм)	ID (дюйм)	H (дюйм)
T-200-2	2,00	1,25	0,55
T-94-2	0.94	0,56	0,31
T-80-2	0,80	0,50	0,25
T-68-2	0,68	0,37	0,19 -2	0,50	0,30	0,19
T-37-2	0,37	0,21	0,12
T-25-2	0,25			0,12	Т-12-2	0.125	0,06	0,05
Черные ядра W от 30 МГц до 200 МГц (µ = 6)
No.	OD (дюйм)	ID (дюйм)	H дюйм)
T-50-10	0,50	0,30	0,19
T-37-10	0,37	0,21	0,12
T-	0,12	0,09
Т-12-10	0.125	0,06	0,05
Желтые сердечники SF от 10 МГц до 90 МГц (µ = 8)
No.	OD (дюйм)	ID (дюйм)	H дюйм)
T-94-6	0,94	0,56	0,31
T-80-6	0,80	0,50	0,25
T-	0,37	0,19
Т-50-6	0.50	0,30	0,19
T-26-6	0,25	0,12	0,09
T-12-6	0,125	0,06		9023 размер	Т-200	Т-130	Т-106	Т-94	Т-80	Т-68	Т-50	Т-37	Т-25	Т-12
10	33	20	12	12	10	6	4	1
25	16271 902	12	14	9	6	3
14	54	32	21	21	18	8
16	69	41	28	28	24	17	13	7	2
	18	9070	32	23	18	10	4	1
20	111	67	47	47	41	29	23	14	6	1
22	140	86	60	60	9070 19	9	2
24	177	109	77	77	67	49	39	25	13 4	9070	137	97	97	85	63	50	33	17	7
28	281	123	9070	64	42	23	9
30	355	217	154	154	136	101	81	54	29	13
32	439	272	194	194	171	127
34	557	346	247	247	218	162	132	88	49	23
	23
268	199	162	108	62	30
38	875	544	389	389	389	389	39
40	1103	687	492	492	434	324 902 71	264	178	102	51

В таблице 2 указано максимальное количество витков, которые уместятся в одном слое на различных тороидах Amidon.В таблице 3 перечислены длины магнитного пути для сердечников различных размеров.

Таблица 3 — Длина магнитного пути сердечников

Сердечник	T-16	T-20	T-25	T-37	T-50	T-68	T-80	T-94	T-106	T-130	T-200
Длина пути (см)	0,93	1,15	1,50	2,31	3,19	4,23	5,14	5,9249	8,28	13,00

Нам также необходимо учитывать изменение начальной проницаемости из-за потока постоянного тока. Формула процентного изменения проницаемости для материалов Micrometals имеет вид:

Таблица 4 — Коэффициенты для уравнения 1 — Изменение проницаемости из-за потока постоянного тока

Коэффициенты материала
	a	b	c	d	e
2	10000	-4.99e-3	-49,5	9,16e-6	0,0865
8	10090	4,26e-3	30,9	7,68e-5	1	1	1	-0,0116 9990	8,36e-4	14,4	3,92e-4	0,0853
26	10090	5,05e-3	13,1	1,17e-3	13,1	1,17e-3 70	10240	6.71e-3	24,7	7,75e-4	-0,0105

В таблице 4 приведены значения этих коэффициентов для интересующих материалов.

Приведем пример конструкции дросселя для прямого преобразователя. Конструкция требует индуктивности 15 мкГн и имеет максимальный ток 20 А с максимальной пульсацией 200 мА. Мы решили ограничить повышение температуры до 40 ° C, чтобы можно было использовать ток из колонки 600 А / см ² .Предположим, мы нашли ядро ​​T106-26 в старом блоке питания ПК. Все параметры, не указанные в таблицах, можно найти в главе «Данные компонентов» Справочника ARRL. А, для этого ядра — 900 мкГн / 100 витков. Сначала рассчитываем необходимое количество витков:

Из Таблицы 2 мы видим, что 13 витков AWG # 12 подходят для этого сердечника. Из таблицы 1 видно, что провод №12 допускает 19,6 А. Это достаточно близко к расчетной цели 20 А. Теперь мы можем проверить, что магнитные параметры соответствуют максимальным для сердечника.Уравнение 2 дает силу намагничивания, приложенную к сердечнику.

Мы проверяем, что 50 Эрстед ниже точки насыщения, используя Рис. 4. Мы можем рассчитать изменение проницаемости из-за смещения постоянного тока из уравнения 1:

Теперь мы можем настроить количество витков в зависимости от пониженной проницаемости:

Мы не можем разместить 18 витков №12 на этом сердечнике в одном слое, поэтому у нас есть несколько вариантов. Первый — использовать следующий больший сердечник (T130), чтобы мы могли уместить нужное количество витков №12.Следующий вариант — нанести два дополнительных витка №12 поверх одного слоя. Это вызовет немного более сильный подъем температуры, но у нас, вероятно, будет достаточно запаса для этого. Следующий вариант — отрегулировать значение индуктивности, чтобы у нас было достаточно провода. В этом случае мы можем разместить 16 витков №12, что дает индуктивность 11,8 мкГн. Последний вариант — позволить большему повышению температуры в индукторе и использовать провод №14.

Выбор сердечника повышающего преобразователя

Пульсации тока обычно намного выше в конструкциях повышающих преобразователей, чем в понижающих преобразователях, поэтому мы должны учитывать изменения проницаемости из-за потока переменного тока, а также потери потока и потери в сердечнике из-за потока переменного тока.Формула для процентного изменения проницаемости из-за потока переменного тока для материалов Micrometals имеет вид:

В таблице 5 приведены значения этих коэффициентов для интересующих материалов.
Материал -52 использует формулу:

.6e-8

Таблица 5 — Коэффициенты для уравнений 2 и 3 проницаемости, обусловленной потоком переменного тока

Коэффициенты материалов
	a	b	c	d	e
2	9970	5.77e-4 7.2		-1,18e-3
8	9990	4.52e-4	11,4	8.82e-9	-8.29e-4
	18 10270 1.01e-4	12.3	2.70e-8	-8.43e-4
26	10600	7.21e-5	37.8	-7.74e-9 903.56 90e270 3
52	92	0,0134	2.77	-3.66e-6

В таблице 5 также перечислены эти значения.

Нам нужно определить значение B (поток переменного тока в сердечнике). Для прямоугольной волны формула:

Где E — пиковое напряжение на катушке индуктивности, t — время включения, A — магнитное поперечное сечение сердечника, N — количество витков, L — индуктивность, а AI — ток пульсаций от пика к пику.(L x ΔI) / N эквивалентно (E x t) / N или вольт-секундам / оборот.

0 6271

Таблица 6 — Номинальные значения E t / N порошковых сердечников при 15 ° C Rise mix 26

	Частота
Ядро	50 кГц	100 кГц	250 кГц	500 кГц
T-37	0,86		0,127	0,86		0,125	0,56 Т-50	1,30	0,81	0,44	0,28
Т-68	1,80	1.10	0,62	0,39
T-80	2,20	1,40	0,75	0,47
T-94	3,10		1,902 902 902 902 902 901 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 -106	4,70	3,00	1,60	1,00
T-130	5,00	3,20	1,70	1,10
T-90	4,30	2,30	1,50
T-184	10,0	6,50	3,50	2,20
T-400		17,0

Таблица 6 дает номинальное значение вольт-микросекунды / виток для каждого размера сердечника для повышения на 15 ° C из-за потерь магнитного потока переменного тока в сердечнике для материала 26.

Давайте посмотрим на пример, где средний ток катушки индуктивности равен 5.0 А, полный размах пульсаций равен 2,5 А, а частота равна 100 кГц. Наша конструкция требует индуктора с минимальной индуктивностью 15 мкГн и максимальным повышением температуры до 40 ° C. Начнем с того же Т106-26 из нашего предыдущего примера. Мы снова рассчитываем 13 витков, необходимых для 15 мкГн, исходя из начальной проницаемости. Теперь посчитаем уменьшение индуктивности из-за de flux:

Мы проверяем, что 12,6 Эрстеда ниже точки насыщения, используя рис. 4.

Мы можем рассчитать изменение проницаемости из-за отклонения от смещения по формуле 1:

Теперь мы можем настроить количество витков в зависимости от пониженной проницаемости:

Далее рассчитываем вольт-микросекунды / оборот:

Из таблицы 6 мы видим, что 2.5 вольт-микросекунд / оборот дают нам повышение температуры чуть менее 15 ° C. Это позволяет нам подняться как минимум на 25 ° C из-за потерь в меди. Мы смотрим на таблицу 1 в столбце 400 A / cm ² , чтобы найти, что нам нужен провод №19 AWG. Поскольку № 18 и № 20 являются наиболее доступными стандартными размерами, мы можем выбрать № 18 на всякий случай. Поскольку у нас немного меньше бюджета на потери в сердечнике и потери в меди, мы, вероятно, можем использовать №20, если это удобно.

Если плотность потока переменного тока высока, это также может повлиять на проницаемость.Мы можем проверить плотность потока переменного тока, чтобы увидеть, есть ли заметный эффект:

Из Рис. 2 мы видим, что этот уровень переменного потока увеличивает проницаемость на 30%. Это дает нам достаточный запас, чтобы оставаться выше минимальной индуктивности.

Рис. 5 — Зависимость мощности от частоты для ферритовых сердечников. Буквы кривых — это обозначения феррита Magnetics. У них нет прямой корреспонденции с номерами Fair-Rite.

Свойства трансформатора

На рис. 5 показана допустимая мощность различных ферритовых материалов по сравнению с рабочей частотой.График показывает добротность (B умноженную на частоту) для постоянной потери мощности 300 мВт / см ³ . Важно проверить соответствие графиков между поставщиками. Magnetics использует 300 мВт / см ³ , как на рис. 5, тогда как Ferroxcube использует 500 мВт / см ³ .

Рис. 6 — Зависимость потерь в сердечнике от температуры для ферритовых сердечников. Кривые F, P и R соответствуют 100 кГц с 1000 Гаусс; кривая K находится на 500 кГц с 500 Гаусс.

Буквы кривых — это обозначения феррита Magnetics.У них нет прямой корреспонденции с номерами Fair-Rite.

На рис. 6 показано сравнение потерь в сердечнике в зависимости от температуры для различных материалов. Обратите внимание, что условия испытаний не идентичны для всех материалов.

Рис. 7 — Зависимость максимальной плотности магнитного потока от частоты для ферритовых сердечников при 250 ° C и 800 ° C. Буквы кривых — это обозначения феррита Magnetics.
У них нет прямой корреспонденции с номерами Fair-Rite.

На рис. 7 показано, как максимальная плотность потока должна быть уменьшена с увеличением частоты для различных материалов Magnetics, и коррелирует плотность потока с повышением температуры.Можно использовать низкочастотные соединения выше их оптимальной частоты (где кривая на рис. 5 начинает поворачиваться вниз), если вы учитываете большие потери и повышение температуры. Температура связана с площадью поверхности; увеличение площади поверхности дает больший отвод тепла при заданных потерях. Потери в сердечнике связаны с объемом сердечника; больший объем генерирует больше тепла для данной плотности потока. Проблема в том, что объем увеличивается, когда размер куба, а площадь поверхности увеличивается пропорционально квадрату размера.Интересно, что наименьшая плотность потерь мощности наблюдается при температурах выше 25 ° C; поэтому работа при повышенных температурах фактически увеличивает эффективность.

Рис 8 — Фото различных ферритовых сердечников.

На рис. 8 показаны различные формы сердечников и катушек, используемых в индукторах и трансформаторах. У сердечников обычно есть катушки для намотки катушек, поэтому последний компонент может быть собран из трех или четырех частей.

Тороид и сердечники потенциометра обеспечивают наибольшее магнитное экранирование.Магнитное поле почти полностью ограничено сердечником. Любое магнитное поле, которое присутствует за пределами сердечника, представляет собой потенциал для снижения эффективности. Эти типы сердечников полезны там, где нет сильного нагрева проволоки из-за протекания тока или нагрева материала из-за магнитных потерь. Обычно эти ядра используются при уровнях мощности ниже 10 Вт.

Остальные полезные жилы являются вариациями формы E и формы U . Эти сердечники имеют очень большие открытые участки, которые позволяют теплу, генерируемому внутри обмоток, отводиться в окружающий воздух.Это пространство также снижает эффективность обмоток из-за паразитных магнитных полей вне материала сердечника. Недостатком сердечников «E» является то, что первичная и вторичная обмотки находятся в непосредственной близости, что делает изоляцию по напряжению проблематичной. Стандартный сердечник E имеет квадратную центральную стойку. Сердечник EC имеет закругленную центральную стойку, что обеспечивает на 11% более короткий провод для обмотки. Это также означает меньшую механическую нагрузку на обмотки, поскольку радиус изгиба больше.Жилы U можно использовать там, где требуется высоковольтная изоляция. Такая форма позволяет наматывать первичную обмотку на бобину на одной ножке, а вторичные обмотки — на противоположную. U-образные сердечники используются почти исключительно в телевизионных трансформаторах с горизонтальным выходом из-за предусмотренной изоляции.

Мы должны рассмотреть провод для трансформатора, потому что провод может быть источником значительных потерь. Когда мы смотрели на сердечники дросселей, провод был однослойным, что обеспечивало хорошие тепловые характеристики.Трансформаторы обычно наматываются слоями, при этом первичная обмотка находится ближе всего к сердечнику, а вторичные катушки наматываются поверх первичной. Хорошее эмпирическое правило (предложенное Magnetics) требует, чтобы провод был сечением от 200 до 250 А / см ² , чтобы свести к минимуму нагрев, вызываемый проволокой. По мере увеличения диаметра провода и увеличения частоты потери на скин-эффект возрастают и могут быть столь же значительными, как потери объемного сопротивления. В коммерческих трансформаторах можно использовать литцевый провод, медную ленту или медную полоску, чтобы уменьшить влияние частоты.MWS Wire Industries производит линейку магнитных проводов квадратного сечения. Эта проволока более дорогая и менее доступная, но квадратная форма дает преимущество для создания компактных отдельных слоев, которые хорошо укладываются друг на друга. MWS также производит ленты и ленты. Они классифицируют ленту как имеющую ширину до 0,100 дюйма, а полосу — как имеющую ширину от 0,125 до 2 дюймов. Скин-эффект значительно снижается, если проводник превращается в тонкую полоску. Во многих коммерческих источниках питания используются ленточные проводники для низковольтных и очень сильноточных обмоток, таких как обмотка 20 А, 5 В в блоке питания ПК.Эти обмотки обычно имеют от 2 до 5 витков.

Полиэфирная лента обычно оборачивается вокруг каждого слоя первичной обмотки автономного трансформатора, чтобы обеспечить безопасную изоляцию между слоями обмотки и между обмотками. Лента толщиной 1 мил рассчитана на изоляцию 5500 В при температуре до 130 ° C. Лента толщиной 2 мил рассчитана на 7000 В. Если требуется более высокая температура, используйте полиимидную ленту Kapton, рассчитанную на 155 ° C и 7500 В. Медная полоса обычно не изолирована, поэтому полоса изолируется полиэфирной лентой.

Ограничивающим фактором для ферритов на частотах выше 20 кГц является повышение температуры из-за потерь в сердечнике. При работе ниже 20 кГц плотность потока насыщения является ограничивающим фактором. Современные источники питания работают на минимальной частоте 20 кГц, а более вероятно, на частоте 100 кГц или выше. В старых статьях о выборе ядра речь идет о большой мощности ядер с биполярным (переменным током) приводом, как в топологиях полумостовых и полномостовых преобразователей. Это неверно для современных высокочастотных конструкций, потому что ограничивающим фактором является уже не поток насыщения сердечника, а, скорее, нагрев сердечника из-за гистерезисных потерь.Цепи привода переменного тока предлагают значительно больший запас между максимальным магнитным потоком и потоком насыщения, чем однополярные схемы привода, но даже униполярные схемы привода вряд ли приблизятся к плотности потока насыщения до того, как что-то начнет плавиться внутри трансформатора. По-прежнему хорошей практикой проектирования является проверка запаса по потоку насыщения в наихудших условиях.

Выбор сердечника трансформатора прямого преобразователя

Нашим примером будет трансформатор, предназначенный для преобразователя прямого хода с одним переключателем, работающего на частоте 100 кГц с коэффициентом передачи 5.7: 1, входное напряжение 310 В и общая мощность 100 Вт (12,6 В при 8,0 А). Мы выберем ядро ​​Amidon Associates, поскольку их легко получить. На веб-сайте Amidon мы видим, что сердечник EA-77-500 рассчитан на 100 Вт. Поскольку наше отношение витков не является целым числом, мы выбираем 17 витков первичной обмотки и 3 витка вторичной обмотки (5,67: 1).

Физические размеры (в см) для этой жилы (1/2 жилы):

W	L	T	Окно W	Окно L
4.13	1,65	1,27	1,03	0,792

Это дает объем для двух половин сердечника 13,2 см ³ .
Уравнение 6 дает плотность потока:

E = действующее значение напряжения В _p-p /2 для прямоугольной формы
A = магнитная площадь сердечника в см ² (из техпаспорта)
N = количество витков первичной обмотки
F = частота в Гц
Для нашего ядра:

Из рис. 9 видно, что это отношение витков дает 600 мВт / см ³ .Это значение приведет к очень сильному повышению температуры. Мы можем уменьшить плотность потока, увеличив количество витков первичной обмотки. Затем мы пробуем первичную обмотку с 34 витками и вторичную обмотку с 6 витками, что дает 712 Гаусс. Теперь у нас есть 150 мВт / см ³ , что даст примерно 50 ° C повышения температуры. Общие потери в сердечнике составляют 13,2 см. ³ x 150 мВт / см ³ = 1,98 Вт. Прежде чем мы учитываем потери в проводе, мы имеем температуру в сердечнике 75 ° C. Если мы используем эту плотность потока, нам необходимо минимизировать потери в проводе. Похоже, что нам нужно еще больше витков, чтобы снизить плотность потока и уменьшить рост температуры.Первичная обмотка с 51 витком снизит плотность потока до 475 Гаусс и приведет к потере мощности 40 мВт / см ³ . Это приведет к минимальному повышению температуры с потерями в сердечнике 500 мВт. Глядя на таблицу 1 для провода, мы видим, что нам нужен провод № 18 AWG для первичной обмотки и № 10 AWG для вторичной обмотки (с использованием 200 А / см ² ).

Выбор сердечника «трансформатор» обратноходового преобразователя

Мы разработаем трансформатор для обратного преобразователя мощностью 60 Вт, который будет обеспечивать 5 В при 5 А и ± 12.0 В при 1,5 А. Конструкция требует индуктивности 4,5 мГн при входном напряжении 310 В и работает на частоте 20 кГц. Посмотрим еще раз на ядро ​​material-77 E от Amidon. Нам понадобится сердечник с зазором, чтобы гарантировать, что ядро ​​не насыщается. У нас есть два варианта сердечника с зазором: мы можем заказать сердечник с зазором в качестве специального изделия у Amidon или мы можем собрать половинки сердечника, используя пластиковую прокладку. Поскольку входное напряжение составляет 310 В, нам понадобится средний ток 195 мА через индуктор для выработки 60 Вт, но в этой конструкции есть требования к пиковому току, что приводит к ΔI, равному 2 А.Начнем с того же ядра EA-77-500, что и в нашем примере с прямым преобразователем.

Во-первых, нам нужно найти поправочный коэффициент индуктивности, вызванный зазором из уравнения 7:

где
µ _i = начальная проницаемость из техпаспорта
G = длина зазора в мм 1 _e = эффективная длина пути сердечника

Если мы используем прокладки 0,5 мм, фактический зазор составляет 1 мин, потому что есть зазор поперек центральной стойки и в каждой параллельной опоре; k тогда

Теперь мы можем рассчитать количество витков, необходимое для индуктивности:

Обратите внимание, что Amidon и Micro-Metal перечисляют _l в мкГн / 100 витков для порошковых сердечников, а Amidon перечисляет _l в mH / 1000 витков для ферритов.

Затем нам нужно использовать уравнение 5 для определения пиковой плотности потока переменного тока в сердечнике.

Рис. 9 — Плотность потерь мощности в зависимости от плотности потока для материала 77 на различных частотах.

Из рисунка 9 видно, что потери потока переменного тока в сердечнике для этого сердечника будут около 100 мВт / см ³ . Общие потери в сердечнике составляют 13,2 см ³ x 100 мВт / см ³ = 1,32 Вт Из таблицы 1 мы можем использовать провод № 28 или № 26 AWG для первичной обмотки, провод № 12 для вторичной обмотки 5 В и № 18 провод для вторичных обмоток 12 В.

Источники информации

Я перечислил адреса и веб-сайты каждого из упомянутых производителей. В частности, Amidon и Magnetics очень помогли, предоставив информацию и разрешение на использование своих данных. У Amidon есть лишь ограниченная информация на своем веб-сайте. Вы можете найти дополнительную информацию о материалах Amidon на сайте ByteMark. ByteMark — это дистрибьютор и услуги по намотке катушек для Amidon и других материалов. Также они распространяют интересный нишевый продукт для техники «плоских трансформаторов».

Amidon Inc, 240 Briggs Ave, Коста-Меса, Калифорния 92626; https://www.amidoncorp.com/.
Fair-Rite, Box J, 1 Commercial Row, Wallkill, NJ 12589; www.fair-rite.com.
ByteMark, 15 10 E Edinger Ave #B, Санта-Ана, Калифорния 92705; www.bytemark.com.
Magnetics, Box 391, Butler, PA 16003; www.mag-inc.com.
Ferroxcube USA Inc, 12375 B Pine Springs, El Paso, TX 79928; www.ferroxcube.com.

Исправление из части 1

Я сделал графическую ошибку при вырезании и вставке, чтобы сделать рис. 11 и 12 для полумостовых и полномостовых схем.Вторичная сторона на обоих чертежах должна была иметь двухполупериодный выпрямитель, идентичный показанному на рис. 10. Показанная схема однополупериодного выпрямителя будет работать, но будет очень неэффективной. Фаза, которая не управляет выходом, только сбросит поток в трансформаторе без подачи тока на нагрузку. Двухполупериодный выпрямитель обеспечивает необходимое количество тока на обеих фазах.

Кроме того, не было очевидно, что исходное состояние схемы на рис. 4 — это разомкнутый переключатель с электронным управлением.Переключатель не начинает замыкаться, пока цепь управления не стабилизируется. Во время стабилизации конденсатор и катушка индуктивности заряжаются начальным напряжением и током.

Банкноты

1. Р. Мак, «Понимание импульсных источников питания, часть 1», QEX, сентябрь / октябрь 2002 г., стр. 30-35.

WD5IFS, [email protected]

Mn-Zn Ферритовые сердечники для импульсных источников питания … Ферритовые сердечники для импульсных источников питания Planar

Сентябрь 2019

Ферритовые сердечники для импульсных источников питания

Серия Planar EL

ELT

PQI

EIR

ER

EI

Mn-Zn

Ф Е Р Р И Т Е С

(2/49)

Ф Е Р Р И Т Е С

201 / ferrite_mz_sw_planar_en.FM

Пожалуйста, внимательно прочтите это руководство перед использованием продуктов.

Продукты, перечисленные в этом каталоге, предназначены для использования в общем электронном оборудовании (AV-оборудование, телекоммуникационное оборудование,

бытовая техника, развлекательное оборудование, компьютерное оборудование, персональное оборудование, оргтехника, измерительное оборудование,

промышленных роботов) при нормальных условиях эксплуатации и использования.

Продукты не предназначены и не подлежат гарантии для соответствия требованиям приложений, перечисленных ниже, производительность и / или качество которых

требуют более строгого уровня безопасности или надежности, или отказ, неисправность или неисправность которого могут нанести серьезный ущерб обществу, человеку.

или собственность.

При использовании продуктов для определенных целей, пожалуйста, сначала сделайте подтверждение в таких областях, как безопасность, надежность и качество.

Пожалуйста, поймите, что мы не можем нести ответственность за любой ущерб и т.п., вызванный любым использованием, выходящим за пределы допустимого диапазона.

или условиях данной спецификации, или при любом использовании в определенных приложениях.

(1) Аэрокосмическое / авиационное оборудование

(2) Транспортное оборудование (электропоезда, корабли и др.))

(3) Медицинское оборудование

(4) Аппаратура регулирования производства электроэнергии

(5) Оборудование для атомной энергетики

(6) Оборудование морского дна

(7) Транспортно-диспетчерское оборудование

(8) Аппаратура обработки общественной информации

(9) Военная техника

(10) Аппараты электронагревательные, горелочное оборудование

(11) Оборудование для предотвращения стихийных бедствий и преступности

(12) Средства защиты

(13) Другие приложения, не относящиеся к универсальным

заявки

Просим вас при использовании этого продукта в стандартных приложениях общего назначения принять во внимание обеспечение защиты.

цепи / оборудования или обеспечение резервных цепей и т. Д. Для обеспечения более высокой безопасности.

НАПОМИНАНИЯ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ДАННЫХ ПРОДУКТОВ

Ф Е Р Р И Т Е С

(3/49)

201 / ferrite_mz_sw_planar_en.fm

Пожалуйста, не забудьте запросить спецификации доставки, которые содержат более подробную информацию о функциях и характеристиках продуктов для правильного и безопасного использования. Обратите внимание, что содержимое может быть изменено без предварительного уведомления по таким причинам, как обновление.

Ферритовые сердечники для импульсных источников питания

ОСОБЕННОСТИ Низкопрофильная форма подходит для монтажа на печатной плате Доступен в различных формах Доступен в паре с сердечником E и сердечником I, которые легко монтируются на печатные платы Доступен широкий диапазон размеров от 10 мм до 25 мм.

ПРИМЕНЕНИЕ Низкопрофильные преобразователи постоянного тока в постоянный, трансформаторы и катушки для использования в рубанках

НОМЕР ДЕТАЛИ КОНСТРУКЦИЯ

ДИАПАЗОН ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ТЕМПЕРАТУРА ХРАНЕНИЯ

Обзор серии Planar

PC90 EL11X4 — Z

Материал Размер сердечника E AL-значение

(Z: без воздушного зазора) PC90 PC95

Диапазон температур

Эксплуатация температура

Хранилище температура

（° C） （° C） От –30 до +105 от –30 до +85

Продукт совместим с директивой RoHS Без галогена

EL ядро EL11X4 EL13X4.4 EL15.5X5.8 EL18X7.3 EL20X7.7 EL22X8 EL25X8.6 Ядро ELT ELT11X3 ELT11X4 ELT13X3.4 ELT13X4.4 ELT15.5X4.3 ELT15.5X5.8 ELT18X5.3 ELT18X7.3 ELT20X5.7 ELT20X7.7 ELT22X6 ELT22X8 ELT25X6.6 ELT25X8.6 Ядро PQI PQI16 / 7.8Z PQI20 / 9Z PQI26 / 12Z Ядро EIR EIR14 / 4.5 / 9 EIR18 / 5/12 EIR22 / 5.5 / 15 Ядро ER ER9.5 / 5 ER11 / 5 ER14 / 4.5 / 9 ER14.5 / 6 ER18 / 5/12 ER22 / 5.5 / 15 ER25 / 5.5 / 18 Ядро EI EI14 / 5/5 EI18 / 6/10 EI22 / 8/16

Продукт, соответствующий требованиям директивы RoHS

: дополнительные сведения см. По адресу https://product.tdk.com/info/en/environment/rohs/index.html

Без галогенов: означает, что содержание Cl меньше 900 частей на миллион, содержание Br меньше 900 частей на миллион, а общее содержание Cl и Br меньше 1500 частей на миллион.

Ф Е Р Р И Т Е С

(4/49)

201 / ferrite_mz_sw_planar_en.fm

Пожалуйста, не забудьте запросить спецификации доставки, которые содержат более подробную информацию о функциях и характеристиках продуктов для правильного и безопасного использования. Обратите внимание, что содержимое может быть изменено без предварительного уведомления по таким причинам, как обновление.

Сердечники Mn-Zn EL ФОРМЫ И РАЗМЕРЫ

Деталь № (ELH + ELH)

Размеры (мм)

А Б В Г Д Е F1 F2 R2

PC95EL11X4-Z 11,00 ± 0,20 2,01 ± 0,10 8,80 ± 0,20 1,00 ± 0,10 9,17 ± 0,20 2,78 ± 0,10 6,40 ± 0,15 0,30

PC90EL11X4-Z PC95EL13X4.4-Z

13,00 ± 0,25 2,19 ± 0,10 10,40 ± 0,20 1,00 ± 0,10 10,83 ± 0,20 3,29 ± 0,10 7,56 ± 0,15 0,30 PC90EL13X4.4-Z PC95EL15.5X5.8-Z

15,50 ± 0,30 2,92 ± 0,10 12,40 ± 0,25 1,50 ± 0,10 12,92 ± 0,25 3,92 ± 0,10 9,01 ± 0.20 0,30 PC90EL15.5X5.8-Z PC95EL18X7.3-Z

18,00 ± 0,30 3,65 ± 0,10 14,40 ± 0,25 2,00 ± 0,10 15,00 ± 0,30 4,55 ± 0,10 10,47 ± 0,20 0,30 PC90EL18X7.3-Z PC95EL20X7.7-Z

20,00 ± 0,35 3,83 ± 0,10 16,00 ± 0,30 2,00 ± 0,10 16,67 ± 0,30 5,06 ± 0,15 11,63 ± 0,20 0,50 PC90EL20X7.7-Z PC95EL22X8-Z

22,00 ± 0,40 4,02 ± 0,10 17,60 ± 0,30 2,00 ± 0,10 18,33 ± 0,35 5,56 ± 0,15 12,79 ± 0,25 0,50 PC90EL22X8-Z PC95EL25X8.6-Z

25,00 ± 0,45 4,29 ± 0,10 20,00 ± 0,35 2,00 ± 0,10 20,83 ± 0,35 6,32 ± 0,15 14,54 ± 0,25 0,50 PC90EL25X8.6-Z

Деталь № (ELH + ELH)

Эффективный параметр Электрические характеристики

Ядро фактор

C1 (мм – 1)

Действующий поперечный площадь Ae (мм2)

Действующий магнитный путь длина ℓe (мм)

Действующий основной объем

Ve (мм3)

Амин.

(мм2)

Acw

(мм2)

Взвешивание

(г)

AL-значение

(нГн / N2) 1 кГц 0,5 мА 100тыс Без воздушного зазора С воздушным зазором

PC95EL11X4-Z 0.826 13,7 16,5 226 15,9 6,39 1,3

2400 ± 25% 50 ± 3% 80 ± 5% 125 ± 7% PC90EL11X4-Z 1950 ± 25%

PC95EL13X4.4-Z 0,667 15,4 23,1 357 22,4 7,54 2,0

3160 ± 25% 63 ± 3% 100 ± 5% 160 ± 7% PC90EL13X4.4-Z 2500 ± 25%

PC95EL15.5X5.8-Z 0,597 19,6 32,9 646 31,9 13,5 3,5

3680 ± 25% 63 ± 3% 100 ± 3% 160 ± 5% PC90EL15.5X5.8-Z 3000 ± 25%

PC95EL18X7.3-Z 0,538 23,8 44,3 1050 43,0 20,9 6,0

4760 ± 25% 80 ± 3% 125 ± 3% 200 ± 5% PC90EL18X7.3-Z 3600 ± 25%

PC95EL20X7.7-Z 0,469 25,6 54,6 1400 52,9 23,2 7,8

5630 ± 25% 80 ± 3% 125 ± 3% 200 ± 5% PC90EL20X7.7-Z 4050 ± 25%

PC95EL22X8-Z 0,413 27,3 66,2 1810 64,2 25,5 10

6540 ± 25% 100 ± 3% 160 ± 3% 250 ± 5% PC90EL22X8-Z 5050 ± 25%

PC95EL25X8.6-Z 0,350 30,0 85,6 2570 83,0 29,0 15

7540 ± 25% 100 ± 3% 160 ± 3% 250 ± 5% PC90EL25X8.6-Z 5700 ± 25%

К BD

ф 2

F1

E

А

R2: 8 мест R1 = F1 / 2

ELH ядро

PC95 EL11X4 — Z

Материал Размер сердечника E Значение AL (Z: без воздушного зазора)

F E R R I T E S

(5/49)

201 / ferrite_mz_sw_planar_en.FM

Пожалуйста, не забудьте запросить спецификации доставки, которые содержат более подробную информацию о функциях и характеристиках продуктов для правильного и безопасного использования. Обратите внимание, что содержимое может быть изменено без предварительного уведомления по таким причинам, как обновление.

Серия Mn-Zn Planar Номер детали: PC90EL11X4-Z ФОРМЫ И РАЗМЕРЫ

Предел NI в зависимости от значения AL (тип.) AL-значение в зависимости от длины воздушного зазора (тип.)

Эффективный параметр Электрические характеристики

Ядро фактор

C1

Эффективный магнитный длина пути

ℓe

Действующий поперечный площадь Ae

Действующий основной объем

Ve

Поперечное сечение область намотки основной Acw

Взвесьте значение AL  Потери в сердечнике

(мм – 1) (мм) (мм2) (мм3) (мм2) (г / комплект) (нГн / Н2) (Ш) макс.1 кГц 0,5 мА

100 кГц 200 мт

100 ° С

0,826 13,7 16,5 226 6,39 1,3 1950 ± 25% 0,2

Размеры в мм

8. 8 ±

0. 2

2. 01

± 0 .1

1. 0 ±

0. 1

6. 4 ±

0. 15

2,78 ± 0,1 9,17 ± 0,2

11,0 ± 0,2

102

103

N Я л

им. Это(

А Т

)

AL-значение (нГн / N2) 103102101

100

101

Температура: 100 ° C

40% 20%

NI20% = 6550.4 × AL – 1.000 NI40% = 7446,9 × AL – 1,009

А L-

ва Лу

e ( нГ

/ н. 2)

Длина воздушного зазора (мм) 0,01 0,10 1 10

102

103

100

101

Центральный межполюсный зазор

AL = 38,79 × lg –0,7342

График 20% и 40% показывает, когда 20% и 40% падение от первоначального AL- значение было сделано за счет постоянного тока наложение.

Условия измерения • Катушка ： ø0,18 2UEW 100Ts • Частота ： 1 кГц • Текущий уровень ： 0.5 мА • Температура окружающей среды ： 25 ° C

F E R R I T E S

(6/49)

201 / ferrite_mz_sw_planar_en.fm

Пожалуйста, не забудьте запросить спецификации доставки, которые содержат более подробную информацию о функциях и характеристиках продуктов для правильного и безопасного использования. Обратите внимание, что содержимое может быть изменено без предварительного уведомления по таким причинам, как обновление.

Серия Mn-Zn Planar Номер детали: PC95EL11X4-Z ФОРМЫ И РАЗМЕРЫ

Предел NI vs.AL-значение (тип.) AL-значение в зависимости от длины воздушного зазора (тип.)

Эффективный параметр Электрические характеристики

Ядро фактор

C1

Эффективный магнитный длина пути

ℓe

Действующий поперечный площадь Ae

Действующий основной объем

Ve

Поперечное сечение область намотки основной Acw

Взвесьте значение AL  Потери в сердечнике

(мм – 1) (мм) (мм2) (мм3) (мм2) (г / комплект) (нГн / Н2) (Ш) макс. 1 кГц 0,5 мА

100 кГц 200 мт

25 ° С 80 ° С 120 ° С

0.826 13,7 16,5 226 6,39 1,3 2400 ± 25% 0,2 0,18 0,2

Размеры в мм

8. 8 ±

0. 2

2. 01

± 0 .

Метод: Утилизация ферритовых сердечников

Метод: Утилизация ферритовых сердечников

---

---

Почему

В мире полно электроники, которую бесцеремонно выбрасывают. Упомянутая электроника содержит питание запасы. Указанные источники питания содержат ряд магнитов, а именно трансформаторы и дроссели с ферритовые сердечники, всевозможных размеров и форм (ну обычно E или EI, но все равно).Компьютер блока питания будет несколько. У неработающей лампочки CFL обычно будет пара — тороид для транзисторов. и дроссель для подавления электромагнитных помех.

Ферритовые сердечники обычно дороги, и их трудно найти. Таким образом, можно получить бесплатно всегда приветствовали. Однако утилизированные трансформаторы обычно залиты какой-то смолой и не разбирается. Феррит также очень хрупкий, что исключает использование силы, превышающей малую.

---

Как

Интернет в своей мудрости дал пару подсказок.Немного о замачивании трансформаторов в растворителях на несколько часов или дней, некоторые о кипячении трансформаторов в воде в течение десяти минут. Обычно методы были влажными и / или вонючий и вообще неприятный.

Был проведен эксперимент с воздуходувкой горячего воздуха. Ферритовый трансформатор, после удаление липкой ленты вокруг сердечника, было помещено перед его выхлопным патрубком, и нагнетатель был включен на полную мощность. Трансформатор был оставлен вариться на воздухе при температуре 200 ° C, пока он не нагрелся до такой степени. воды на феррите.Затем трансформатор вынули из потока горячего воздуха и ослабили сердечник. осторожно поддев маленькой отверткой с тонким лезвием. Материал, который действительно скрепил кровавую штуку. размягчается при нагревании выше 100 ° C; сердечник немного сдвинулся в шпульке и был готов к извлечению. Затем другая половина сердечника выталкивалась из шпульки легким постоянным давлением через отверстие шпульки.

Теплопроводность феррита несколько низкая, поэтому требуется терпение.Можно использовать термопарный зонд. для измерения приблизительной внутренней температуры, чтобы знать, насколько быстро она приближается к желаемой температуре выше точки кипения ценить.

Феррит также ОЧЕНЬ хрупкий. Ядра меньшего размера особенно подвержены поломке, когда не обрабатываются большим количеством нежная и любящая забота. Не пытайтесь вытеснить ядро, если оно не проявляет признаков готовности; терпение и больше горячего воздуха здесь будет хорошо, например, когда политик преодолевает правительственный кризис.Иначе рискуешь взломать ядро.

Треснувшие сердечники можно снова склеить эпоксидной смолой, но их магнитные свойства, вероятно, будут ухудшены. за счет дополнительного, пусть даже тонкого, зазора в сердечнике.

Работа значительно упрощается, если вся операция по разборке выполняется в потоке горячего воздуха. Когда оператор между его телом и трансформатором находится источник горячего воздуха, он может удерживать трансформатор в плоскогубцах (удерживая его за шпульку, затем плоскогубцы вряд ли повредят сердечник) и осторожно потяните, подденьте и вытащите сердечник из шпульки плоским отвертка.Работа в потоке горячего воздуха предотвращает охлаждение трансформатора при манипуляциях и повторное затвердевание. и, в конечном итоге, треснувшее ядро; повторные разогревания требуют терпения, и возникает соблазн просто использовать немного больше заставить избежать еще одного цикла ожидания.

Полезно слегка надавить на сердечник сбоку, сначала заставив его двигаться внутри шпульки для доли миллиметра и отклеить поверхности, и только потом, как только произойдет начальное движение, станут медленно и осторожно снимая сердечник со шпульки.После выхода нажмите на нижнюю часть шпульки, слегка надавливая на нее. через отверстие шпульки до середины сердечника; это снижает вероятность взлома, чем любопытство.

---

Места для поиска ферритов

Есть несколько распространенных мест, где можно найти ферритовые сердечники. Современная электроника широко использует импульсные блоки питания; ферриты используются в качестве сердечников трансформаторов. Блок питания компьютера Обычно получается один большой трансформатор, а иногда и несколько более мелких.Другая техника (телевизоры, видеомагнитофоны …) как правило, работают с меньшей мощностью и имеют меньшие ядра. Как правило, размер сердечника несколько пропорционален пиковой мощности, на которую рассчитан блок питания. Меньшие ядра взяты от очень маленьких блоков питания. (например, зарядное устройство для мобильного телефона — даже те, кто сейчас отказывается от больших трансформаторов с железным сердечником в пользу электроники), или различные трансформаторы связи в более сложных источниках питания. Некоторые дроссели также намотаны на заменяемых ферритовых сердечниках. которые можно использовать в трансформаторах.

Кроме того, существует множество различных тороидов. Кто-то как трансформаторы, кто-то как дроссель. В них обычно нет подвергнуть термической обработке в разборке; провод при необходимости можно размотать, либо просто вырезать. Обычно нет необходимости в бобине, поскольку обмотки обычно располагаются непосредственно на сердечнике.

Хороший источник крошечных тороидов, например, для приложения Joule thief находятся в ящиках для вторичной переработки в различных магазинах электроники, спрятаны внутри выброшенных лампочек КЛЛ.Чтобы увидеть случайную лампочку изнутри, посмотрите Страница обратного проектирования CFL; обратите внимание на больший балластный дроссель EE-сердечника (который можно разобрать методом горячего воздуха) и трансформатор с тороидальным сердечником с тремя обмотками (не требующий дальнейшей обработки, возможно кроме снятия старых обмоток).

Ядра с возможностью разборки бывают двух распространенных вариантов: EI и EE. Первый имеет планку (I), наложенную на часть E с более длинные зубцы; часть I обычно легко снимается, что оплачивается дополнительной сложностью удаления сердечника проходит через всю глубину шпульки.Вариант EE представляет собой пару идентичных сердечников E-образной формы; у первого есть должен быть осторожно извлечен (и наиболее склонен к растрескиванию при приложении слишком большого усилия — БУДЬТЕ БЕРЕЖНЫ), второй Обычно его можно просто вытолкнуть из сердечника, приложив давление к центральному выступу через шпульку.

Остерегайтесь воздушных зазоров. Многие сердечники имеют воздушные зазоры, чтобы смягчить их характеристики насыщения. Это может быть преимущество или недостаток для данного запланированного использования. Только проверьте в чем дело, собрав ядро ​​вместе без шпульки.Деталь, которую часто упускают из виду при обращении с подержанными магнитами.

---

TODO

• Фильм о процессе
• Метод для характеристики поведения материала и измерения кривой насыщения, проницаемости и гистерезиса, а также частотная зависимость свойств.

---

Изображений

---

Если у вас есть какие-либо комментарии или вопросы по теме, дайте мне знать здесь:

Простота преобразования мощности — лучше

Сейчас много говорят о импульсных источниках питания и твердотельных трансформаторах.Хотя бывают случаи, когда использование импульсных источников питания имеет смысл, для большинства промышленных потребителей использование традиционных линейных силовых трансформаторов или линейных источников питания постоянного тока по-прежнему является лучшим выбором.

Линейные силовые трансформаторы намного проще, чем твердотельные трансформаторы, что снижает вероятность того, что что-то пойдет не так. Линейные трансформаторы содержат небольшое количество компонентов, сырья и более простые схемы, что увеличивает надежность продукта.

И импульсные источники питания, и твердотельные преобразователи энергии используют множество высокочастотных компонентов, таких как дроссели с коррекцией коэффициента мощности, конденсаторы с низким ESR, диоды Шоттки, диоды с быстрым восстановлением, высоковольтные транзисторы с быстрым переключением, а также оптоизоляторы, которые могут выйти из строя. Следовательно, FMEA (анализ видов отказов и последствий) становится более сложным и влияет на MTBF (среднее время наработки на отказ).

Линейные источники питания и трансформаторы являются простыми устройствами, поэтому их надежность выше, а выходное напряжение постоянного тока не содержит высокочастотных шумов по сравнению с импульсными / твердотельными источниками питания и трансформаторами.

Когда нет необходимости в переносном источнике питания (где обычно требуется импульсный источник питания), линейный трансформатор по-прежнему является лучшим выбором, особенно на производственном предприятии, где портативность и размер трансформатора не являются проблемой .

Идеально подходят для применения в линейных силовых трансформаторах и источниках питания, включая промышленные системы управления. Это будет включать контроль температуры, скорости двигателей, отопления, кондиционирования воздуха, холодильных систем, выставочного зала и освещения жилых помещений.Кроме того, лучше использовать линейный трансформатор 50-60 Гц в медицинских устройствах, таких как насосы ввода-вывода, радионяни, электрокардиограммы и стоматологическое оборудование. Это связано с тем, что импульсный источник питания излучает высокочастотное излучение и электромагнитные помехи (EMI), которые могут создавать проблемы для чувствительного медицинского оборудования.

Хотя высокочастотные трансформаторы могут быть немного ниже по цене, чем линейные трансформаторы из-за меньшего использования меди и меньшего ферритового сердечника, технология намотки, необходимая для удовлетворения требований агентства по безопасности, может снизить общую экономию.Высокочастотный трансформатор — это только часть импульсного источника питания или твердотельной электроники. Если учесть остальные высокочастотные компоненты в импульсном источнике питания и твердотельном трансформаторе, линейный трансформатор обычно дешевле.

Источник питания постоянного тока и трансформатор — это жизненная сила любой системы управления. При выборе источника преобразования энергии (переменный ток в переменный или переменный в постоянный) лучше простой.

О группе PowerVolt:

PowerVolt Group включает PowerVolt, Inc., Ensign Corporation и Wabash Transformer. У нас есть проектные и производственные мощности на Среднем Западе США (Иллинойс и Айова), Китае и Мексике. Наша команда инженеров имеет более чем 180-летний опыт проектирования. Мы производим линейные источники питания постоянного тока и силовые трансформаторы. Продукция включает в себя трансформаторы класса 1, класса 2, трансформаторы управления и силовые трансформаторы с традиционными стальными сердечниками на 50 Гц; Работа 500 Гц и ферритовые и тороидальные сердечники для высокочастотных приложений.Не стесняйтесь обращаться к нам по телефону 630-628-9999, напишите нам по адресу [email protected] или посетите наши веб-сайты (PowerVolt, EnsignCorp или WabashTransformer.) По любым дополнительным вопросам или для обсуждения новых или существующих конструкций трансформаторов или источников питания. .

Какие конденсатор и катушка индуктивности лучше всего подходят для импульсного источника питания? — Индуктор

－После изучения основ индуктивности, пожалуйста, опишите типы различных индукторов, известных как силовые индукторы.

Катушки индуктивности

бывают самых разных типов и конструкций.Среди них силовые индукторы включают в себя проволочные разомкнутые магнитные цепи типа , проволочные замкнутые магнитные цепи типа и многослойные компоненты типа . Их характеристики приведены в таблице ниже. В этой таблице «x» следует понимать как «нельзя назвать удовлетворительным». Более того, оценки относятся к другим типам компонентов. Среди них открытый тип магнитной цепи не так часто используется в источниках питания из-за его высоких потерь постоянного тока Rdc, поэтому здесь мы будем обсуждать только тип замкнутой магнитной цепи и индукторы многослойного типа.

Мы объясняем два типа индукторов с замкнутой магнитной цепью с проволочной обмоткой. Один имеет «конструкцию барабанной гильзы», а другой — «конструкцию без рукавов». Они поясняются с помощью следующей диаграммы.

Конструкция гильзы барабана имеет обмотку на сердечнике и добавленную втулку, а также имеет воздушный зазор. Материал ферритового сердечника имеет точку насыщения магнитного потока. Воздушный зазор вызывает утечку магнитного потока, повышая точку насыщения, и регулирует характеристики смещения постоянного тока.

Конструкция без рукавов в последнее время получила широкое распространение; опять же, он имеет обмотки на сердечнике, а периферия покрыта смолой с ферритовым порошком или порошком железа, смешанными для создания замкнутой магнитной цепи. Однако по тем же причинам, что и выше, необходим воздушный зазор. В этом случае смола, покрывающая магнитное тело, играет роль воздушного зазора.

－Почему так популярен дизайн без рукавов?

Не говоря уже о его популярности как таковой, дизайн имеет ряд преимуществ.Как следует из названия, втулка не используется, поэтому индуктор можно сделать меньше для того же размера сердечника. Другим важным преимуществом является постепенная характеристика насыщения по сравнению с барабанным типом гильзы. Как вы, наверное, знаете, феррит обладает крутой характеристикой насыщения. Когда точка насыщения пройдена, индуктивность быстро уменьшается, поэтому в конструкции источника питания это еще один вопрос, связанный с индуктором, который необходимо тщательно учитывать. В случае индуктора с барабанной гильзой точка насыщения из-за заданного воздушного зазора составляет одну точку, и при ее превышении характеристика насыщения зависит от ферритового материала.То есть характеристика в основном крутая. В случае индуктора без рукавов, напротив, существуют различные зазоры до тех пор, пока магнитные тела (порошок) не смешаются со смолой, и поэтому сосуществуют несколько точек насыщения, и, следовательно, насыщение является более постепенным. График в правой части диаграммы выше показывает это концептуально. Это желанная характеристика в цепи питания.

－Таким образом, безрукавный дизайн превосходит свою компактность и более постепенную насыщенность.

Это, безусловно, преимущества, но у конструкции есть и недостатки, по крайней мере, другие аспекты, требующие рассмотрения. Проще говоря, втулки нет, а обмотки просто покрыты магнитной смолой, так что существует возможность растрескивания из-за внешних сил и напряжений. Приведем пример из собственной линейки продуктов TAIYO YUDEN: мы переходим с предыдущей смолы на смолу с более высокой твердостью, чтобы повысить прочность этих компонентов.

Кроме того, смола и сердцевина, два разных материала, комбинируются, поэтому различия в коэффициентах линейного расширения могут вызвать растрескивание.Эту проблему можно решить, сделав коэффициент линейного расширения смолы как можно более близким к ферриту.

Благодаря таким мерам мощность этих индукторов была значительно увеличена, но степень улучшения будет разной в зависимости от производителя.

－Тогда объясните, пожалуйста, индукторы многослойного типа.

Фактически, в прошлом считалось, что силовые индукторы с многослойной структурой невозможны.Они достигали насыщения, как только пропускался наименьший ток, а также возникали проблемы с тепловыделением. Также было трудно получить большое значение индуктивности.

Для улучшения характеристик смещения постоянного тока были введены новшества в конструкции индуктора для управления траекторией магнитного потока, чтобы не концентрировать поток, и была создана структура с воздушным зазором. Что касается тепловыделения, внутренние электроды были сделаны толще, чтобы снизить значения сопротивления, и были добавлены различные другие улучшения, в результате чего появился индуктор многослойного типа, который можно было использовать в цепях питания.

Эти индукторы отличаются повышенной миниатюризацией по сравнению с конструкциями обмоточного типа. Значения индуктивности составляют до нескольких мкГн или около того, что делает их пригодными для импульсных источников питания с высокими частотами колебаний в мегагерцовом диапазоне. Одним из примеров применения являются блоки питания мобильных устройств.

Какой конденсатор и катушка индуктивности лучше всего подходят для импульсного источника питания?

MySolidWorks — официальное сообщество SOLIDWORKS

Спасибо за отзыв!

Ваш комментарий отправлен и будет рассмотрен командой MySolidWorks.

Закрывать

Подписка на SOLIDWORKS ID

Три шага для создания учетной записи

• Создайте свой идентификатор SOLIDWORKS.
• Активируйте свою учетную запись, щелкнув ссылку для подтверждения, отправленную на вашу электронную почту.
• Вернитесь сюда, чтобы войти в систему.

Продолжайте создавать свой ID

Войдите в систему, используя свой SOLIDWORKS ID

• Вы создали свой идентификатор SOLIDWORKS?

  Если не, создайте свой ID прямо сейчас.

• Щелкнули ли вы по ссылке в электронном письме, отправленном SOLIDWORKS на номер
  , подтвердили ли вы свой адрес электронной почты и активировали свою учетную запись?

  Если нет, сделайте это сейчас.