|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Меню:
Главная
Форум
Литература: Программирование и ремонт Импульсные блоки питания Неисправности и замена Радиоэлектронная аппаратура Микросхема в ТА Рубрикатор ТА Кабельные линии Обмотки и изоляция Радиоаппаратура Гибкие диски часть 2 часть 3 часть 4 часть 5 Ремонт компьютера часть 2 Аналитика: Монтаж Справочник Электроника Мощные высокочастотные транзисторы 200 микросхем Полупроводники ч.1 Часть 2 Алгоритмические проблемы 500 микросхем 500 микросхем Сортировка и поиск Монады Передача сигнала Электроника Прием сигнала Телевидиние Проектирование Эвм Оптимизация Автомобильная электроника Поляковтрансиверы Форт Тензодатчик Силовые полевые транзисторы Распределение частот Резисторные и термопарные Оберон Открытые системы шифрования Удк |
[0] Дроссели для импульсных источников питания на ферритовых кольцах При повторении импульсных вторичных источников питания и стабилизаторов напряжения или самостоятельной их разработке радиолюбители испытывают трудности при подборе магнито-проводов и расчете индуктивных элементов устройств. Публикуемая статья может помочь в решении таких задач. В однотактных импульсных источниках питания и стабилизаторах напряжения важнейшим элементом является дроссель или импульсный трансформатор, в котором происходит накопление энергии. Обычно их наматывают на броневых или Ш-образных ферритовых магнитопроводах с зазором или кольцах из Мо-пермаллоя МП140 или МП160 [1 - 4]. Магнитопрово-ды из прессованного пермаллоя (Мо-пермаллоя) достаточно дороги и дефицитны. В то же время в большинстве случаев индуктивные элементы таких устройств можно выполнить на широко распространенных кольцах из феррита с проницаемостью 600. . .6000, если в них ввести зазор. Индуктивность L катушки, намотанной на кольцевом магнитопроводе, как известно, можно найти по формуле [1] L = ALN2, где AL - так называемый коэффициент индуктивности, N - число витков катушки. Коэффициент AL соответствует индуктивности катушки в один виток и обычно приводится в справочных данных конкретных магнитопроводов [1 - 4], а для кольцевых магнито-проводов может быть легко рассчитан: AL = "о" эфф эфф эфф где j0 = 1,257 10- мкГн/мм - абсолютная магнитная проницаемость вакуума, 1эфф - эффективная начальная магнитная проницаемость материала магнитопро-вода, Бэфф - эффективная площадь сечения магни-топровода в мм , /эфф - эффективная длина магнито-провода в мм. Зная величину AL, нетрудно определить число витков катушки для получения необходимой индуктивности: N = 7L/AL Эффективное сечение и длина магнитопровода несколько меньше определяемых по его геометрическим параметрам и обычно приводятся в справочной литературе. В Табл. 1 в первых пяти столбцах приведены геометрические размеры, эффективные сечение и длина /эфф для ферритовых колец стандартного ряда с внешним диаметром D от 6 до 50 мм, внутренним d и высотой h [1]. В этой же таблице приведены расчетные значения площади окна магнитопроводов Бокн, периметра сечения p и коэффициента индуктивности AL для 1эфф = 50. Данные позволяют рассчитать индуктивность любой катушки, намотанной на кольцевом магнитопроводе с табличными геометрическими размерами. Если 1эфф используемого кольца отличается от 50, значение AL необходимо пропорционально изменить, например, для эфф = 2000 коэффициент AL следует увеличить в 40 раз. Следует иметь ввиду, что значения эфф, Бэфф и /эфф определяются с большой погрешностью, и в справочниках для кольцевых магнитопроводов указан обычно двукратный разброс значений AL[1]. Поэтому величины AL, взятые из Таблицы 1, следует принимать как ориентировочные и уточнять их при необходимости более точного расчета по результатам эксперимента. Для этого следует намотать на магнитопроводе пробную катушку, например, из десяти витков и измерить ее индуктивность Ц-Р. Здесь себя хорошо зарекомендовал прибор, описанный в [5]. Разделив LnP на 100 = 102, определим значение AL. Расчетное значение N следует увеличить на несколько витков (до N1), по результату измерения L1 уточнить необходимое число витков N = N1 yjl/ll и отмотать лишние витки. Описанным выше образом можно рассчитать индуктивность катушки или необходимое число витков. Однако, как только речь заходит о дросселях для импульсных источников питания, сразу возникает вопрос, какой ток может выдержать дроссель без насыщения магнитопровода? Магнитная индукция В в магнитопроводе при токе I может быть рассчитана по формуле B = "о" эфф IN l эфф Максимально допустимая индукция Втах для материалов магнитопроводов приводится в справочных данных и лежит в пределах 0, 25. ..0,5 Тл. Из этой формулы несложно получить выражение для максимального тока дросселя: Imax B max 1эфф "o" эфф N Если в нее подставить формулу для определения числа витков по заданной индуктивности, получим Imax у]эфф /("o" эфф L) где Уэфф = Бэфф/эфф- эффективный объем магнитопровода. Нетрудно видеть, что чем выше эфф, тем меньший ток может пропустить дроссель при тех же геометрических размерах магнитопровода и заданной индуктивности. Более или менее приемлемые результаты при изготовлении дросселей для ИВЭП получаются при эфф = 30... 50. Именно поэтому в Таблице 1 значение коэффициента AL приведено для Мэфф = 50. В той же таблице приведено максимальное значение тока lmax через дроссель с одним витком при Втах = 0,3 Тл. Для определения допустимого тока реального дросселя достаточно табличное значение lmax разделить на число витков N. Однако в радиолюбительской практике более доступны кольцевые магнитопроводы с большими значениями эффективной магнитной проницаемости Рэфф = 600...6000. Понизить эффективную магнитную проницаемость таких магнитопроводов можно введением зазора, при этом ,, =И нач Рэфф-- 1 + И н А эфф l эфф где рнач - начальная магнитная проницаемость материала магнитопровода, Лэфф - эффективная ширина зазора. При реальной ширине зазора рэфф = /эфф/ Лэфф. Для того, чтобы снизить рэфф примерно до 50. . . 100 (это значение исходя из опыта расчета и изготовления дросселей близко к оптимальному), эффективная ширина зазора должна составлять Лэфф = /эфф/(50...100) независимо от начальной магнитной проницаемости магнитопровода. Если в вышеприведенную формулу для расчета AL подставить значение рэфф для магнитопровода с зазором,получим H-qS эфф AL = А эфф Еще более простой получается формула для максимального тока через дроссель Imax B max А эфф 240 • А эфф N (для Bmax = 0.3Тл) т. е. допустимый ток определяется только эффективным зазором и числом витков. Почти все приведенные выше формулы уже были опубликованы в журнале «Схемотехника» [4], однако ни в одной из известных автору статьи публикаций не отмечено, что эффективная ширина зазора, которую надо применять в расчетах, меньше геометрической. Это различие возникает из-за того, что магнитное поле, существующее рядом с зазором (Рис. 1), шунтирует зазор и уменьшает его эффективную ширину. Для того, чтобы рассчитать влияние этого поля, можно обратиться к аналогии между магнитным и электрическим полями. Воспользуемся формулой для емкости конденсатора из двух цилиндров с близко расположенными торцами [6]: D2 D Г1 , 8--D( + b) b , „ о\, 16d 8-d2 db где C - емкость конденсатора в сантиметрах, D- диаметр цилиндров, b - их высота, d - зазор между их торцами. Нетрудно заметить, что первое слагаемое соответствует емкости зазора между цилиндрами, а второе - емкости, вносимой боковыми поверхностями цилиндров. Будем считать, что высота цилиндров равна их удвоенному диаметру b = 2D. Это означает, что мы учтем только емкость ближайшей к зазору части боковой поверхности цилиндров, пренебрегая дальней. Расчеты при длине цилиндров в 3 или 4 диаметра дают практически тот же результат. Для того, чтобы в дальнейшем перейти от емкости между цилиндрами к емкости между прямоугольными брусками (а это по форме ближе к сечению ферритового кольца), будем считать, что емкость, вносимая боковыми поверхностями, пропорциональна периметру зазора, и выразим в этой формуле диаметр цилиндров через периметр p их кругового сечения: D = p/ - высота цилиндров b = 2D = 2р/ -. Если в формулу для емкости подставить эти выражения, можно определить из нее отношение полной емкости к емкости между торцами в функции от отношения зазора к периметру цилиндров р = d/b. Формула эта, однако, получается довольно громоздкой и неудобной для применения. Обозначим буквой а отношение эффективного зазора, обеспечивающего без емкости боковых поверхностей ту же емкость, что и емкость между торцами с учетом емкости боковых поверхностей, к геометрическому. На Рис. 2 приведена расчетная зависимость а от р. Из подобия уравнений, описывающих электрическое и магнитное поле, следует, что аналогично выглядит и зависимость отношения эффективного магнитного зазора к геометрическому от отношения геометрического магнитного зазора к периметру. Из графика на Рис. 2 следует, что эффективная ширина зазора может существенно отличаться от геометрической. В реальном диапазоне р составляет от 0,01 до 0,1 эффективная ширина зазора меньше геометрической в 1,26...2,66 раза. а Таблица 1 Без зазораЧ IL, А мкГн с зазором, мм ( =50) AL, мкГн с зазором, мм
В Таблице 1 приведены значения AL для кольцевых магнитопроводов с четырьмя различными зазорами, рассчитанные с учетом отличия эффективного зазора от геометрического. Вышесказанное позволяет сделать вывод, что необходимые число витков и зазор практически не зависят от начальной магнитной проницаемости материала магнитопровода, и поэтому можно применить ферриты с любой проницаемостью, большей 600. Для любого имеющегося кольца с табличным зазором по значению AL нетрудно вычислить индуктивность или необходимое число витков и рассчитав р = Л/p, по графику (рис. 2) определить значение а = Лэфф /р и Аэфф = ар. По найденному значению Лэфф и при- веденной ранее формуле можно найти максимальный ток, не вызывающий насыщения сердечника. Однако существует еще одно обстоятельство, влияющее на выбор магнитопровода - возможность намотки на него требуемого числа витков проводом соответствующего сечения. Необходимая площадь окна кольца составляет Sokh = 12пров/кзап где Бпров - сечение провода, а кзап - коэффициент заполнения окна. Расчет Бпров производят по формуле Бпров = l/j, где j - допустимая плотность тока. Типовое значение кзап по меди составляет 0,3, а для j |
Среды: Smalltalk80 MicroCap Local bus Bios Pci 12С ML Микроконтроллеры: Atmel Intel Holtek AVR MSP430 Microchip Книги: Емкостный датчик 500 схем для радиолюбителей часть 2 (4) Структура компьютерных программ Автоматическая коммутация Кондиционирование и вентиляция Ошибки при монтаже Схемы звуковоспроизведения Дроссели для питания Блоки питания Детекторы перемещения Теория электропривода Адаптивное управление Измерение параметров Печатная плата pcad pcb Физика цвета Управлении софтверными проектами Математический аппарат Битовые строки Микроконтроллер nios Команды управления выполнением программы Перехода от ahdl к vhdl Холодный спай Усилители hi-fi Электронные часы Сердечники из распылённого железа Анализ алгоритмов 8-разрядные КМОП Классификация МПК История Устройства автоматики Системы и сети Частотность Справочник микросхем Вторичного электропитания Типы видеомониторов Радиобиблиотека Электронные системы Бесконтекстный язык Управление техническими системами Монтаж печатных плат Работа с коммуникациями Создание библиотечного компонента Нейрокомпьютерная техника Parser Пи-регулятор ч.1 ПИ-регулятор ч.2 Обработка списков Интегральные схемы Шина ISAВ Шина PCI Прикладная криптография Нетематическое: Взрывной автогидролиз Нечеткая логика Бытовые установки (укр) Автоматизация проектирования Сбор и защита Дискретная математика Kb радиостанция Энергетика Ретро: Прием в автомобиле Управление шаговым двигателем Магнитная запись Ремонт микроволновки Дискретные системы часть 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||