при начальном расчете принимают значение 2,5 А/мм2.

Подставив в формулу для расчета площади окна выражения для N и AL, получим следующую формулу:

22

1 L = (2окн1кзап) кэффэфф

Подобное выражение можно получить и из формулы для максимального тока, который можно пропустить через дроссель без насыщения сердечника:

22

I L = Bmax Ээфф/эфф/(0 Мэфф)

Однозначного расчета конструктивных параметров дросселя по заданной индуктивности и току не существует. Однако при подборе кольца и определении данных обмотки могут помочь последние восемь колонок табл. 1 . В них приведены максимальные значения произведения I2L по насыщению и по заполнению, рассчитанные по приведенным выше формулам для Bmax = 0,3 Тл, кзап = 0,3, j = 2,5 А/мм2 и четырех значений зазора.

Подбор колец и расчет конструктивных параметров дросселей продемонстрируем на двух примерах.

Пусть необходим дроссель индуктивностью 22 мкГн на рабочий ток 1,2 А. Для него значение I2L = 1,22х22 = 31,68. Среди колец минимального диаметра первым почти подходит кольцо K10x6x4, 5. При введении в него зазора 0,25 мм имеем возможность намотать дроссель с большим запасом по току (Таблица 1, колонка «нас.»), но с некоторым превышением плотности тока относительно 2,5 А/мм (колонка «зап.»).

Определим параметры дросселя при зазоре 0,25 мм. Для него коэффициент индуктивности по Таблице 1 составит AL = 0,064, необходимое число витков

Лэфф = .22/0,064 = 18,5

(округляем до 19), допустимый ток Для I = 1,2 А при j = 2,5 А/мм2 необходим провод сечением

впров = I/j = 1,2/2,5 = 0,48 мм2

При коэффициенте заполнения кзап = 0,3 необходимая площадь окна составит Бокн = Бпров Мкзап = =0,48x19/ 0,3 = 30,4 мм2. Площадь окна по Таблице 1 составляет 28,3 мм2, что несколько меньше. Необходимо за счет увеличения плотности тока уменьшить сечение провода до

впров = Эокн кзап /N = 28,3x0,3/19 = 0,446 мм2

Плотность тока составит j = I/ Бпров = 1,2/0,446 = =2,68 А/мм2, что вполне допустимо. Диаметр провода указанного сечения (по меди) можно рассчитать по формуле:

dпров = 2sup0b / - = 2д/0,446/3,14 = 0,75 мм

Пусть необходим дроссель 88 мкГн на ток 1,25 А. Для него I2L = 137,5. Дроссель можно намотать на кольце K12x6x4,5 с тем же зазором, при этом насыще-

ния магнитопровода происходить не будет, но плотность тока существенно превысит норму. Поэтому необходимо перейти к кольцу большего размера. В распоряжении автора были кольца K12x8x3 из феррита М4000НМ. На одном кольце невозможно намотать необходимый дроссель, ни по насыщению сердечника, ни по заполнению окна. Можно сложить два кольца вместе. В этом случае эффективное сечение магнитопровода увеличивается в два раза, а допустимые значения I2L вырастут по насыщению несколько более, а по заполнению несколько менее, чем в два раза. Поэтому необходимый дроссель при геометрическом зазоре 0,25 мм можно намотать с запасом по току насыщения и с небольшим превышением плотности тока.

Только табличными сведениями теперь не обойтись, необходим полный расчет. Для двух колец периметр сечения (при зазоре 0,25 мм):

p = D-d+4h = 12-8+43 = 16 мм,

р = Л/p = 0,25/16 = 0,0156.

По графику на Рис. 2 находим а = 0,73, откуда эффективный зазор

Лэфф = Ла = 0,250,73 = 0,183 мм. Найденное значение

Al = U0S эфф / Лэфф = 1,257x10-3х2х5,92/0,183 =

=0,081.

Необходимое число витков

N = 7L/AL = д/88/0,081 = 32,9

округляем в большую сторону до 33 витков. Максимальный ток через дроссель

lmax = 240 Лэфф /N = 240x0,183/33 = 1,33 А.

Максимальное сечение провода

Зпров = Эокн кзап /N = 50,3x0,3/33 = 0,457 мм2,

что соответствует плотности тока 1,25/0,457 = 2,74 А/мм2. Сечению Бпров = 0,457 мм2 соответствует диаметр:

dпров = 2SnpoB /- = 2д/0,457/3,14 =0,76 мм.

Иногда удобнее ввести два одинаковых зазора. В этом случае табличное значение AL для половинного зазора следует уменьшить в два раза, а табличное значение I2L для половинного зазора - удвоить.

Технология введения зазора такова. Небольшое кольцо перед намоткой разломить на две части, надпилив его надфилем, лучше алмазным. Половинки склеивают между собой эпоксидным клеем с наполнителем, в качестве которого удобно использовать тальк. При склеивании в один из зазоров или в оба на часть глубины вводят прокладку из гетинакса, текстолита или нескольких слоев бумаги. Можно считать, что толщина одного листа бумаги для ксероксов и лазерных принтеров составляет 0,1 мм. Для сохранения формы кольца в процессе полимеризации клея оно должно лежать на обрезке органического стекла, от которого затем легко отделяется при изгибе этого обрезка. Перед намоткой острые грани колец следует тщательно скруглить небольшим наждачным камнем.

У большого кольца зазор можно также выполнить ножовкой с алмазным полотном, однако его ширина при этом однозначно определяется толщиной полотна. В такой зазор для сохранения прочности кольца следует вклеить прокладку из жесткого диэлектрика.

Для экспериментальной проверки тока насыщения дросселей автором была изготовлена приставка к осциллографу, схема которой приведена на Рис. 3. Устройство представляет собой упрощенный вариант обратноходового преобразователя.

На микросхеме DD1 собран генератор импульсов положительной полярности длительностью, регулируемой в пределах 10...300 мкс с периодом повторения около 10 мс. Импульсы с его выхода поданы на затвор мощного, но низковольтного и относительно недорогого полевого транзистора VT2. Транзистор открывается и через проверяемую катушку индуктивности L1 начинает течь линейно нарастающий ток. Когда импульс заканчивается, накопленная энергия передается через диод VD2 в нагрузку, которой служат стабилитроны VD3 и VD4. Напряжение с резистора R7, пропорциональное току через катушку L1, подается на осциллограф. Для синхронизации осциллографа лучше использовать сигнал с выхода DD1.4. Если ток превысит 6А, откроется транзистор VT1 и оборвет формирование импульса. Пока сердечник катушки не входит в насыщение, зависимость тока от времени, как указывалось выше, носит линейный характер. При плавном увеличении длительности им-

пульсов и подходе максимального тока через дроссель к току насыщения на экране осциллографа хорошо видно резкое отклонение зависимости от линейной. Источник напряжением 20 В должен допускать выходной ток не менее 1 А. Для упрощения пользования приставкой можно цепь +6 В питать от цепи +20 В через микросхемный стабилизатор КР145ЕН5Б(Г), либо КР1157ЕН6 с любыми суффиксами (7806 или 78L06). Экспериментальная проверка изготовленных дросселей подтвердила точность расчета необходимого числа витков и тока насыщения порядка ±10 %, что можно считать неплохим результатом, учитывая ошибки установки ширины зазора и множество допущений при выводе формул.

Литература:

1.И. Н. Сидоров, А. А. Христинин, С. В. Скорняков. Малогабаритные магнитопроводы и сердечники. Справочник.- М.: Радио и связь, 1989, с. .384,

2.А. Миронов. Магнитные материалы и магнитопроводы для импульсных источников питания.- Радио, 2000, №6, с. 53, 54.

3.Ферритовые магнитопроводы серии RM фирмы EPCOS. - Радио, 2001, №3, с. 49-51, №10, с. 48-50.

4.А. Кузнецов. Трансформаторы и дроссели для импульсных источников питания. - Схемотехника, 2000, №1, с. 30-33, №2, с. 48, 49, 2001, №1, с. 32-34.

5.С. Бирюков. Цифровой измеритель RCL. - Радио, 1996, №3, с. 38-41, №7, с. 62, 1997, №7, с. 32, 1998, №5, с. 63, 2001, №5, с. 44.

6.Г. Г. Гинкин. Справочник по радиотехнике. Изд. 4-е, переработанное. - М.: Госэнергоиздат, 1948, с. 816.

Сергей Бирюков,

editor@dian.ru