питающие устройства (Окончание, начало № 1 - 2/2000) меньшую частоту работы, чем для трансформаторов двухтактных ИИП. При этом получаются Трансформаторы сопоставимые потери в феррите, а вредное влияние

индуктивности рассеяния удается существенно и дроссели для импульсных уменьшить. Иногда для таких транс форматоров применяют сердечники из специальных разно источников питания видностей порошкового железа с малыми потерями.

Полезно упомянуть еще один до уммарные потери в магнитном сердечнике малы. Постоянное же вод в пользу выбора рабочей час С материале пропорциональны подмагничивание порошковое тоты ИИП, равной 40 кГц. По тре объему (массе) сердечника и ча железо выдерживает гораздо луч бованиям европейских стандартов стоте переключений, потери возрастают ше ферритов и не насыщается при на электромагнитную при увеличении амплитуды изменения по потоках до 0,95...1,6 Т. совместимость, электронные уст тока магнитной индукции. В справочни ройства не должны УшуметьФ на ча Трансформаторы с накоплением ках фирм производителей ферритов стотах выше 150 кГц. Выбрав магнитной энергии приведены номограммы для определения рабочую частоту ИИП равной удельных потерь. Сердечник большего Помимо рассмотренных выше кГц, удается удержать третью гар размера должен иметь больше потерь УобычныхФ трансформаторов, в не монику сигнала помехи ниже гра просто за счет своего объема, но это ком которых разновидностях ИИП ис ницы контролируемого диапазона.

пенсируется тем, что максимальное зна пользуется другой тип трансфор Заметим, что в США нижняя грани чение потока в нем можно сделать мень маторов. Речь идет о ца контролируемого на электро ше. Как правило, ферриты с большей преобразователях с передачей магнитную совместимость магнитной проницаемостью имеют и энергии в нагрузку Уна обратном диапазона равна 400 кГц.

большие потери. Их следует использовать ходе ключаФ. В таких преобразова Индуктивность рассеяния в ИИП, работающих на низких частотах телях при открытом состоянии си и емкость или при малых плотностях потока лового ключа (транзистора) сер индукции. дечник трансформатора Для обычных трансформаторов Для получения умеренного уров накапливает энергию в форме влияние индуктивности рассеяния ня потерь в феррите энергии магнитного поля, а при и емкости обмоток приходится рекомендуется рассчитывать КИ закрытом состоянии ключа учитывать только при высоких на таким образом, чтобы в рабочем накопленная энергия передается в пряжениях или больших частотах режиме амплитуда изменения нагрузку. Величина энергии, запа работы ИИП. При напряжениях потока магнитной индукции в сер сенной в КИ, определяется выраже менее 100 [В] и частотах менее дечнике не превышала 100Ц150 мТ. нием [кГц] ими можно пренебречь.

Наиболее популярные марки сило Индуктивность рассеяния Ls и вых ферритов, такие как 3С85 E = L I2 (мкДж), приведенная емкость вторичной (Philips), N27 (Siemens), PC30 (TDK) (16) обмотки С2" образуют LC фильтр и пр., имеют небольшие потери на низких частот, нагруженный на при частотах до 50Ц100 кГц. Для где L - индуктивность веденное сопротивление нагрузки больших частот желательно первичной обмотки, мкГн;

RнФ. Для низких выходных использовать высокочастотные си I - ток через первичную об напряжений, когда количество вит ловые ферриты, такие как 3F3 мотку, A. ков невелико и, соответственно, (Philips), N67 (Siemens), и т. д. Максимальная мощность такого мала емкость вторичной обмотки, На рис. 2, 3 и 4* приведены но ИИП прямо пропорциональна ра частота среза этого фильтра, как мограммы для определения бочей частоте, но только до тех пор, правило, оказывается намного удельных потерь в зависимости от пока в каждом цикле на прямом выше рабочей частоты ИИП и не пикового значения потока ходе ток в индуктивность может оказывает на его работу заметного магнитной индукции для ферритов возрасти до желаемого значения, влияния. Кроме того, в обычном Philips 3C85, 3F3 и Siemens N27, а на обратном ходе накопленная двухтактном трансформаторе на N67. энергия может быть полностью пе грузка через выпрямительный мо На рис. 5 представлены номог редана в нагрузку. При расчете пря стик большую часть времени под раммы для определения потерь в мого и обратного ходов можно ис ключена к его вторичной обмотке.

сердечниках из порошкового пользовать формулы (14) и (15). При этом нагрузка эффективно железа фирмы Филипс. Нетрудно Такие трансформаторы должны демпфирует упомянутый LC видеть, что потери в таких иметь сравнительно небольшую ин фильтр, забирая накапливаемую в материалах существенно выше, чем дуктивность первичной обмотки, реактивных элементах энергию.

в ферритах, что ограничивает иначе за время открытого состоя В однотактных же трансформато область их применения. Обычно ния ключа ток в катушке, рах нагрузка подключается ко вто сердечники из порошкового желе определяемый выражением (14), ричной обмотке только в одном за используются в дросселях, ра не сможет достичь требуемой ве полупериоде, когда ботающих при больших постоян личины. Эти трансформаторы, в от выпрямительный диод находится в ных токах. При этом, как личие от УобычныхФ, обязательно проводящем состоянии. В другом упоминалось выше, сердечник пе имеют зазор в сердечнике или полупериоде LC фильтр оказыва ремагничивается по частной петле, изготовлены из магнитного мате ется незадемпфированным. После амплитуда изменения потока риала с низкой проницаемостью. возбуждения фронтом сигнала в сравнительно невелика и потери в При их расчете следует руковод нем возникают медленно затухаю ствоваться формулами (8)Ц(11), щие колебания большой амплиту *Опубликованы в журнале Схемо ограничивая Bмакс на уровне менее ды, энергия которых не передается техника № 1, 2000 г. 200 мТ и выбирая несколько в нагрузку, а рассеивается в виде Схемотехника № 3 декабрь питающие устройства УзвонаФ и тепла. Кроме того, при можно пренебречь и принять Округлим эту величину до боль разомкнутом состоянии силового результат измерения за Ls. шего значения: g=1,6 мм.

ключа первичная обмотка тоже ока Для уменьшения емкости обмоток Немагнитная прокладка должна зывается изолированной от низко рекомендуется выполнять их Увиток иметь толщину 0,8 мм.

омного источника входного пита к виткуФ, так как при намотке УвнаваФ Эффективная длина сердечника le = ния, и емкость первичной обмотки витки начала и конца обмотки могут 78,6 мм, эффективная проницае тоже принимает участие в форми оказаться рядом. Для обмоток с мость сердечника с зазором 1, ровании высокочастотного УзвонаФ. большим количеством витков мм составит me = 78,6 мм/1,6 мм = Поэтому трансформаторы для од следует использовать провода с 49,1. Табличное значение AL для нотактных схем должны иметь ми более толстой изоляцией, напри сердечника без зазора ETD34/17/ нимально возможные значения Ls, мер, ПЭЛШО или ПЭВШО, а также 11 из феррита 3С85 равно 2.5 мкГн, С1 и С2". Для уменьшения их одножильные обмоточные провода при этом me[табл]=1600. Используя вредного влияния приходится с монолитной фторопластовой изо формулу (5), найдем параметр AL использовать более низкую ляцией. Дополнительно уменьшить для сердечника с зазором рабочую частоту ИИП. емкость обмотки можно вводя Чтобы добиться малых Ls, необ сравнительно толстые изолирующие 2,5 мкГн 78,6 мм ходимо обеспечить хорошую маг прокладки между слоями обмотки. AL = ЧЧЧЧЧЧЧЧ = 0, нитную связь между первичной и Емкость между соседними витками мкГн.

вторичной обмотками: например, вносит сравнительно малый вклад в 1600 1,6 мм наматывать первичную и вторичную суммарную емкость обмотки, основ обмотки одновременно, Ув два про ная доля приходится на емкость Если обмотка будет содержать водаФ. Для трансформаторов, пер между слоями и емкость между вит 160 витков, то индуктивность вичная обмотка которых находится ками, имеющими большую разность составит L = = 0,0767 мкГн 1602 = под сетевым напряжением, этот потенциалов. Впрочем, для низко 1963 мкГн. Немного меньшая, по путь не всегда приемлем. Соглас вольтных низкочастотных ИИП влия сравнению с расчетной, величина но международным стандартам, нием емкостей часто пренебрегают. индуктивности влечет чуть первичная и вторичная обмотки в больший, чем 10%, уровень пуль Примеры расчета них должны быть надежно сации тока, что вполне приемлемо.

изолированы, испытание на Пример 1. Рассчитать дроссель Потери в феррите можно не учи пробой производится напряжени для понижающего тывать, так как пульсации тока ем 3750 В 50 Гц в течение 1 мину преобразователя с ШИМ, малы. Тем не менее, для проверки ты. Минимальное расстояние по работающего на постоянной определим потери в феррите. Мак поверхности изолятора между то частоте 50 кГц при входном напря симальная амплитуда пульсаций копроводящими частями первич жении 40 В и выходном токе 2 A. тока в катушке 0,2 A. Следователь ной и вторичной цепей должно Для понижающих преобразова но, амплитуда изменения плотнос быть не менее 5 мм, обычная телей такого типа наибольший уро ти потока в сердечнике:

эмалевая изоляция провода вень пульсаций тока в дросселе засчитывается как 0,5 мм пути. возникает при скважности Обычно, в целях выполнения тре импульсов, равной 2 (попутно B = 10001.25710 бований к изоляции, первичную и отметим, что при этом выходное вторичную обмотки располагают на напряжение равно половине 0,2A разных секциях каркаса, но при этом входного напряжения). Период 49,1 ЧЧЧЧЧ = 25 мТ.

Ls оказывается большой. Способ коммутации T=1/50 кГц=20 мкс, 78,6 мм намотки с Уизоляционной время включенного состояния границейФ позволяет несколько ключа tвкл=T/2=10 мкс. При таком значении потока уменьшить Ls, но он сложен и Предположим, что величина феррит 3C85 имеет удельные трудоемок. Хороших результатов пульсаций тока через дроссель потери порядка 1 мкВт/мм3 на можно достичь при выполнении равна 10% от выходного тока, частоте 50 кГц. Объем сердечника вторичной обмотки из обмоточно Iпульс=0,1 2 A=0,2 A. Используя 7640 мм3, потери в сердечнике го провода с тройной изоляцией. выражение (15), определим пренебрежимо малы: 1 мкВт/мм Такой провод выдерживает более 10 минимально необходимую индук 7640 мм3 = 7,64 мВт.

кВ и соответствует требованиям тивность дросселя Для оценки потерь в проводе вы стандартов к изоляции (производи числим сопротивление обмотки.

тель Furukava Electric и др). Исполь 40 [В] 10 [мкс] При заполненном проводом окне зуя провод с тройной изоляцией, L = ЧЧЧЧЧЧЧ = 2000 мкГн. сердечника ETD34 средний диа можно даже выполнять обмотки се 0,2 [A] метр витка приблизительно равен тевых трансформаторов Ув два про 18 мм, средняя длина витка 56, водаФ. Выберем ферритовый сердечник мм, а общая длина провода при Меньшие значения Ls удается по ETD34/17/11. Он имеет размер 160 витках составит около 9 м. Со лучить при использовании сердеч окна для намотки провода 7,5 24 противление провода диаметром ников с меньшим отношением le/se, мм. При заполнении окна 1,12 мм равно 0,018 Ом/м, сопро а также броневых сердечников. проводом на 70% в нем можно тивление 9 метров провода соста Измерить Ls нетрудно. Для этого разместить не менее 160 витков вит 0,162 Ом. При токе 2 A потери надо замкнуть вторичные обмотки диаметром 1,12 мм. Чтобы в проводе не превысят 0,65 Вт.

и измерить полученную индуктив избежать насыщения сердечника, Пример 2. Рассчитать первичную ность первичной обмотки. Из экви введем в него зазор, вычисленный обмотку трансформатора двухтак валентной схемы видно, что при согласно (11): тного полумостового преобразо этом измеряется индуктивность вателя c выходной мощностью параллельно включенных 1,257 10 3 2,2A 160 Вт, работающего на частоте 40 кГц индуктивностей первичной обмот g = ЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ = 1,47 от напряжения 300 В, т. е. непос ки L и индуктивности рассеяния Ls. мм. редственно от выпрямленного се Поскольку L >> Ls, то влиянием ин 0,001 300 мT тевого напряжения.

дуктивности первичной обмотки Для полумостового преобразо питающие устройства вателя амплитуда сигнала в пер пропорционально. Объем Lмакс = ЧЧЧЧЧЧЧ = 63,4 мкГн.

вичной обмотке равна половине от сердечника 4000 мм3, по номог 1,42A напряжения питания, в нашем слу рамме (рис. 2) находим, что фер чае это будет 150 В. Следует рит 3C85 на частоте 50 кГц имеет Выберем сердечник P14/8 (рос ожидать КПД преобразователя удельные потери приблизительно сийский аналог - Б14) из порядка 80%, мощность, потреб 0,07мВт/мм3 при 120 мТ. Потери в материала 3F3 (в качестве аналога ляемая от источника, Pвх=50 Вт/ сердечнике при частоте 40кГц будут можно взять 1500ММ) и введем в 0,8=62,5 Вт. Ток, проходящий через еще ниже и не превысят 4000 мм3 * него прокладку толщиной 0,2мм, первичную обмотку, составит 0,07 мВт/мм3 = 280 мВт. суммарный зазор 0,4мм. Согласно Iперв=62,5 Вт/150 В=0.416 A. Для суммарного тока первичной формуле (5):

При расчете зададим ток через обмотки 0,416+0,0146=0,43 A индуктивность первичной обмотки выберем провод диаметром 0.5 2 мкГн 19,8 мм (ток магнетизации) порядка 5% от мм. Полная площадь окна AL = ЧЧЧЧЧЧЧ = 0.0792 мкГн.

Iперв, то есть 20,8 мА. Длитель сердечника для намотки провода 6 1250 0,4 мм ность импульсов при частоте 40 кГц 20=120 мм2, так что мы без труда составляет t=12,5 мкс в каждом по разместим первичную обмотку в Для получения индуктивности лупериоде. По формуле (14) най одной половине сердечника, на от 63,4 мкГн требуется намотать 28, дем минимальную требуемую ин дельной секции каркаса. Средняя витка. Округляем значение до дуктивность первичной обмотки: длина витка составляет приблизи витков, при этом индуктивность тельно 80 мм, длина 260 витков - уменьшится до 62 мкГн, а ток 150В 12,5 мкс приблизительно 21 м. Сопротивле возрастет до 1,45 A. Эффективная L = ЧЧЧЧЧЧЧЧ = 90,14 ние провода 0.0903 Ом/м, сопро проницаемость сердечника me = (мГн). тивление первичной обмотки 1,9 19,8 мм/0,4мм = 49,5, максималь 0,0208 A Ом. Форма тока в обмотке - дву ное значение потока магнитной ин полярная прямоугольная, для дукции В = 127,6 мТ. Объем Выберем сердечник E30/15/7, из расчета потерь в проводе ток сердечника 495 мм3, удельные по готовленный из феррита 3С85, таб можно считать постоянным. По тери в феррите по номограмме личное значение AL=1,9 мкГн. По формуле (12) потери в меди равны (рис. 3) равны примерно 0,05 мВт/ формуле (7) найдем количество 0,35 Вт. мм3, потери в феррите 495 0,05 = витков в первичной обмотке: Пример 3. Рассчитать трансфор 24,8 мВт.

матор для ИИП, работающего Уна Количество витков во вторичной N = (90140 мкГн/1,9 мкГн)1/2 = обратном ходе ключаФ. обмотке N2=28 5,8 В/9 В = 18. При = 218 витков. Минимальное входное напряжение таком соотношении витков обеспе 9 В, выходное напряжение 5 В, чивается полная передача Эффективная длина сердечника максимальный ток нагрузки 1 A, накопленной в сердечнике энергии 67 мм, эффективная частота 50 кГц, максимальная в нагрузку за вторую половину проницаемость 1700. По формуле скважность 2. периода (т.е. за 10 мкс) при напря (8) находим амплитуду потока Напряжение на вторичной жении на вторичной обмотке 5,8 В.

магнитной индукции: обмотке должно быть выше Выбор провода обмоток и расчет выходного на величину падения потерь в нем предоставим читате напряжения на выпрямительном лям в качестве самостоятельного B = 1000 1.257 10 3 1700 диоде. Используем диод Шоттки с упражнения.

максимальным прямым падением 0,0208A 218 напряжения 0.8 В, напряжение на Литература ЧЧЧЧЧЧЧ = 144,6 мТ. обмотке 5+0,8=5,8 В. Ток нагрузки 67 мм 1 A, мощность на вторичной обмотке 5.8 1 = 5,8 Вт. 1. PHILIPS. Soft Ferrites Data Полученное значение несколько Ожидаемый КПД Handbook MA01, 1998. Eindhoven, выше, чем хотелось бы иметь для трансформатора 90%, мощность, The Netherlands. Document order малых потерь в феррите. Чтобы потребляемая от источника number 536910/30 000/pp880.

уменьшить поток магнитной индук питания, 5,8/0,9=6.44 Вт. При 2. SIEMENS MATSUSHITA ции, увеличим количество витков на частоте 50 кГц в каждом цикле ра COMPONENTS. Ferrites and 20%, до 260. Новое значение ин боты мы должны накапливать в сер Accessories Data Book 1997.

д у к т и в н о с т и дечнике энергию не менее 6,44/50 Munchen, Germany. Document L=1,9 мкГн 2602 = 128,44 мГн. Ве = 0,128 мДж. На частоте 50кГц при ordering No. B461 P6151 X X личина тока через индуктивность скважности 2 длительность откры 7600.

первичной обмотки того состояния ключа равна 1/(2 3. TDK. Ferrite Cores for Power 50 кГц)=10 мкс. Подставив в Supply and EMI/RFI Filter, 1989. Japan 150 В 12,5 мкс выражение (16) правую часть выра 4. THOMSON LCC. Soft I = ЧЧЧЧЧЧЧ = 0,0146 A. жения (15), получим E = U t I, Ferrites Selection Guide, 1989.

128440 мкГн откуда находим ток через Courbevoie Cedex, France.

первичную обмотку:

Амплитуда потока магнитной ин Алексей Кузнецов дукции с новой обмоткой 128 мкДж akouz@senet.com.au I = ЧЧЧЧЧЧЧ = 1.42 A.

B = 1000 1,25710 3 1700 9 В 10 мкс 0,0146A 260 Используя выражение (15), опре ЧЧЧЧ ЧЧ = 121 мТ. делим максимально допустимую 67 мм индуктивность первичной обмотки:

Заметим, что при увеличении ко личества витков поток магнитной 9 В 10 мкс индукции уменьшился Схемотехника № 3 декабрь    Книги, научные публикации