Ремонт принтеров, сканнеров, факсов и остальной офисной техники


назад Оглавление вперед




[0]

IRON POWDER CORES

i < fi; \

Сердечники из распылённого железа в импульсных

источниках питания

(Автор: Джим Кокс, перевод: Терейковский А.С.)

Введение: в этой статье описываются магнитные свойства различных марок распылённого железа при использовании в качестве материала для сердечников индуктивных узлов импульсных источников питания. Ниже рассмотрены различные аспекты применения сердечников из распылённого железа в сглаживающих дросселях, дифференциальных сетевых фильтрах, корректорах коэффициента мощности и высокочастотных преобразователях резонансного типа.

Сердечники из распылённого железа являются одними из наиболее часто используемых при создании индуктивных элементов современных импульсных источников питания. Среди широко распространённых материалов с высокой индукцией насыщения, распылённое железо обладает наименьшей стоимостью. Магнитные свойства распылённого железа наилучшим образом подходят для различных типов дросселей, однако не являются оптимальными при использовании в трансформаторах.

Сердечники из распылённого железа изготавливаются из мельчайших частиц порошка железа высокой чистоты. Подготовленный порошок подвергается воздействию очень высокого давления для придания сердечнику необходимой формы и прочности. При этом создаётся магнитная структура с распределённым воздушным зазором. Присущая железу высокая индукция насыщения в сочетании с распределённым зазором позволяет получить сердечник с невысокой (<100) магнитной проницаемостью и способностью накопления значительной энергии.

Существующие технологии позволяют получать из распылённого железа сердечники различных форм и размеров. Одна пресс-форма позволяет получать несколько отличающихся по толщине сердечников в зависимости от развиваемого прессом давления. Заказная пресс-форма относительно недорога; обычно она стоит около $1000 за каждый дюйм главного линейного размера.

Распылённое железо допускает достаточно жёсткие условия эксплуатации. Оно имеет достаточно высокую температурную стабильность и выдерживает значительные механические нагрузки без заметных изменений свойств.

Общие свойства различных марок (смесей) распылённого железа приведены в Таблице*!:

Общие свойства материалов

Номер

Начальная

Плотность

Относительная

Цветная маркировка

смеси

проницаемость

(г/см3)

стоимость

-2

10

5,0

2,7

Красный/нет цвета

-8

35

6,5

5,0

Жёлтый/красный

-14

14

5,2

3,6

Чёрный/красный

-18

55

6,6

3,4

Салатный/красный

-19

55

6,8

1,7

Красны й/салатный

-26

75

7,0

1,0

жёлтый/белый

-30

22

6,0

1,4

салатный/серый

-34

33

6,2

1,5

Серый/голубой

-35

33

6,3

1,4

Жёлтый/серый

-38

85

7,1

1,1

Серый/чёрный

-40

60

6,9

1,0

Салатный/жёлтый

-45

100

7,2

2,6

Чёрный/чёрный

-52

75

7,0

1,4

Салатный/голубой

* Смесь -30 была разработана как улучшенная замена смеси -28. Аналогично, смеси -34 и -35 имеют

меньшие потери и стоимость, чем предшествующая -33. Смеси -28 и -33 не представлены в этой таблице, но по-прежнему производятся

Таблица 1. Общие свойства различных марок распылённого железа


Относительная стоимость показывает сравнительную цену продажи колец диаметром 1 дюйм. Кольца меньших диаметров имеют менее значительную разницу в цене.

Типичные применения различных смесей представлены в Таблице 2:

Типичное применение

-2 -8 -14 -18 -19 -26 -30 -34 -35 -38 -40 -45 -52

Балластные дроссели ламп дневного света Дроссели фильтров дифференциальных ЭМ помех Дроссели с подмагничиванием: <50 кГц, малое значение Et/N Дроссели с подмагничиванием: > 50 кГц, большое значение Et/N Корректоры коэффициента

мощности: <50 кГц Корректоры коэффициента

мощности: > 50 кГц Дроссели в резонансных преобразователях: > 50 кГц

x x x x x x

Общие положения. Количество накапливаемой дросселем энергии (в микроджоулях) вычисляется как половина произведения индуктивности (в микрогенри) на квадрат тока (в Амперах). Эта энергия пропорциональна квадрату действующего значения плотности магнитного потока, делённого на эффективную проницаемость сердечника в данных условиях (Б2/цЭфф). Для материалов, имеющих высокую начальную проницаемость (ферриты), введение воздушного зазора позволяет снизить эффективную проницаемость и увеличить количество накапливаемой в сердечнике энергии за счёт дополнительной энергии, накапливаемой в зазоре.

При разработке накопительных дросселей ограничения наступают вследствие насыщения сердечника или из-за перегрева, вызванного совокупными потерями в сердечнике и обмотке. В случае использования распылённого железа ограничения, определяемые допустимым перегревом, сказываются задолго до магнитного насыщения сердечника, благодаря сравнительно низкой (<100) проницаемости, умеренным потерям и «мягкой» характеристике насыщения.

Зависимости изменения проницаемости от напряжённости постоянного магнитного поля для различных смесей показаны на Рисунке 1. Существуют формулы, описывающие эти кривые. Для смесей с высокой начальной проницаемостью, таких, как -26 и -52, допустимой считается эксплуатация при снижении проницаемости на 50%.

Рисунок 1. Зависимость степени насыщения от напряжённости постоянного магнитного поля


На Рисунке 2 показано семейство кривых, иллюстрирующих соотношение между ампер-витками и количеством накапливаемой энергии колец из смеси -52, при условии, что почти весь ток, протекающий через обмотку, является постоянным. Это означает, что переменная составляющая тока достаточно мала и не вызывает заметных потерь в сердечнике. Как видно из графиков, чем больше произведение I*N (ампер-витки), тем больше энергии накапливает сердечник.

НакОПЛОИИL14 JHL4.II ИИ HUH ПОСТОЯННОМ <ОКО - /j и1 (миДж}

Рисунок 2. Зависимость числа ампер-витков от накапливаемой сердечником энергии

Например, при воздействии150 ампер-витков кольцо Т68-52 накапливает 260 микроджоулей. Соответственно, при 600 ампер-витках накапливаемая энергия составляет 1400 мкДж. Эти результаты определяются начальной индуктивностью AL (нГн/вит2) и характеристикой насыщения материала.

Как было замечено выше, в большинстве случаев допустимый температурный перегрев ограничивает количество накапливаемой в сердечнике энергии ещё до достижения магнитного насыщения материала. В представленной на Рисунке 3 таблице приведены максимальные значения накапливаемой энергии при заданном превышении температуры для двух способов намотки. Из этой таблицы видно, что при однослойной намотке (80% внутреннего диаметра кольца остаётся незаполненным) кольцо T68-52 может накопить 245 мкДж при разогреве 40 C°. Следовательно, в приведённом выше примере 150 ампер-витков для накопления 260 мкДж приведут к разогреву немногим более 40 C°. При заполнении внутреннего диаметра на 55% накопленная в сердечнике энергия 260 мкДж вызовет повышение температуры менее 25 C°. Такая разница в значениях температуры определяется диаметром используемых проводов.

Информация, приведенная в таблице, получена экспериментально при длительной работе дросселя без воздушного обдува. При этих условиях, как видно из вышеприведенного примера, для накопления 1400 мкДж, кольцо T68-52 «потребует» 600 ампер-витков, что вызовет недопустимый перегрев из-за повышенных потерь в обмотке.

Потери в обмотке: обычный метод выбора диаметра провода, основанный на способности провода определённого сечения пропустить через себя ток определённой силы, даёт некорректный результат. Повышение температуры дросселя, вызванное потерями в обмотке, напрямую связано с размерами кольца, диаметром провода и способом намотки. Например, температура дросселя постоянного тока, имеющего незначительный скин-эффект, намотанного в один слой проводом 0.404 мм для тока 1 А, повысится всего на 10 C°. Тот же метод порекомендует провод 2.05 мм для тока 25А, что повлечёт повышение температуры на 40 C°.

При намотке в один слой, повышение температуры зависит от плотности тока в обмотке и не зависит от размеров кольца. С учётом этой особенности была получена Таблица 3, в которой определены значения тока и диаметры проводов для допустимого повышения температуры на 10, 25 и 40 C°.

Например, как следует из таблицы, для тока 3А при однослойной обмотке и допустимом нагреве на 10 C°, следует использовать провод диаметром 0,912 мм. Если допустимый нагрев из-за потерь в меди не более 25 C°, этот же диаметр может пропустить ток до 5,26 А. При повышении температуры на 40 C° ток может достигать 6,81 А.



[стр.Начало] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5]