1S102050100200

Суммарны напряжённость поля, Эрстед {1 А/см = 0.7958 Эрстед)

Рисунок 9. Изменение начальной проницаемости от суммарной напряжённости поля

Индуктивность дросселя определена при напряжении 12,7 В на частоте 100 кГц и при постоянном токе 10А. Это позволяет оценить изменение индуктивности дросселя для каждого из материалов. Потери в меди (l2R) и сердечнике, зависящие от амплитудного значения магнитной индукции (Bpk), также представлены:

Во всех случаях индуктивность дросселя при 10А постоянного тока в обмотке превысила 30 мкГн. В большинстве случаев это положительный эффект. Материалы -18 и -8 обеспечивают минимальные совокупные потери, но являются наиболее дорогими (относительная стоимость 2.8 и 4.0). Смесь -52 по уровню потерь занимает следующее место, но имеет значительно меньшую относительную стоимость (1.4)

Материалы с более высокой начальной проницаемостью, такие, как -26 и -52, имеют наибольшую (около 2 раз) амплитудную нелинейность проницаемости при изменении рабочего тока от 0 до максимального значения. При таком «качании» дроссель обладает большей проводимостью при малых токах, чем в случае, если бы это «качание» отсутствовало. Для устройств, работающих в широком диапазоне токов нагрузок, может быть необходимо увеличение индуктивности при очень малых токах до 1020 раз от номинального значения при максимальной нагрузке.

Этого можно добиться, используя гибридный сердечник, составленный из ферритового кольца с высокой начальной проницаемостью и кольца из распылённого железа. Феррит обеспечивает высокую индуктивность, необходимую при малых токах, а распылённое железо обеспечивает накопление необходимого количества энергии при больших токах нагрузки. Характеристика насыщения постоянным током приведена на Рисунке 10:

.1,2..ЧI2SIflJ<iЧП 14NI

Напряжённость постоянного поля, Эрстед (1 Меи = 0.7953 Эрстед)

Рисунок 10. Зависимость степени насыщения гибридного сердечника от постоянного тока

В дросселе традиционного корректора коэффициента мощности (ККМ) на основе повышающего преобразователя непрерывно меняется ток смещения основной частоты (50 или 60 Гц) и ток высокочастотного переключения преобразователя. Сочетание этих факторов делает расчёт дросселей ККМ более сложной задачей, чем расчёт типичного дросселя с постоянным подмагничиванием. Оценка потерь такого дросселя рассмотрена выше. В общем случае, рекомендуется рассматривать ток смещения как постоянный ток подмагничивания. Такой подход позволит использовать традиционную методику расчёта.

50/60 Гц сетевые фильтры: традиционные импульсные источники питания требуют установки на входе фильтров высокочастотных помех. Эти помехи делятся на две категории: синфазные и дифференциальные. Синфазная помеха возникает симметрично между общим проводом схемы и «нулём» и «фазой» входного сетевого напряжения; дифференциальная помеха наводится между «нулём» и «фазой».

Синфазная помеха подавляется включением конденсаторов между общим проводом схемы и входными клеммами сетевого напряжения. По соображениям безопасности, ёмкость этих конденсаторов ограничивается относительно малыми значениями, поэтому, для эффективного подавления синфазных помех, дроссели входных фильтров должны иметь достаточно большую индуктивность, обычно не менее 1

мГн. Традиционно такие дроссели имеют две симметричных обмотки, намотанных на ферритовом кольце с проницаемостью не менее 5000. Магнитная индукция, создаваемая током основной частоты (50 или 60 Гц) в каждой из обмоток, взаимно компенсируется, таким образом, кольцо не насыщается. Магнитные материалы с меньшей проницаемостью, такие, как распылённое железо, также применимы, но увеличение размеров колец для размещения необходимого числа витков делает их использование малопривлекательным.

Напротив, дроссели фильтров дифференциальных помех не должны насыщаться при значительной магнитной индукции, создаваемой током, потребляемым от сети 50/60 Гц, и эффективно подавлять высокочастотные помехи. Распылённое железо наилучшим образом отвечает этим требованиям.

Зависимость увеличения проницаемости от амплитудного значения магнитной индукции переменного тока показана выше на Рисунке 8. Из кривой следует, что индукция насыщения распылённого железа превышает 1Тл (10000 гаусс) и достигает максимального значения 1.4Тл (14000 гаусс). Очевидно, что материалы с высокой начальной проницаемостью, например, -26, имеют более значительную амплитудную нелинейность магнитной проницаемости.

Из показанной на Рисунке 3 зависимости потерь для смеси -52 очевидно, что на частоте 60 Гц этот материал может функционировать при значительном размахе переменной магнитной индукции без возникновения избыточных потерь. На высоких частотах потери материала -52 значительно возрастают. Эти потери снижают добротность дросселя на высоких частотах. Такая особенность способствует лучшему подавлению нежелательных ВЧ-сигналов.

Кривые, отражающие способность сердечников накапливать энергию на частоте 60 Гц, получены как результат поведения материала при различных значениях амплитудной магнитной индукции, показанного на Рисунке 8. При этом неясно, как изменяется проницаемость материала вследствие слабой высокочастотной помехи. Консервативная методика расчёта предлагает считать ток основной частоты 50 Гц постоянным током.

Индуктивности для резонансных преобразователей: другим применением накопительных дросселей являются преобразователи напряжения резонансного типа. Чтобы ограничить потери в сердечнике на приемлемом уровне, необходимо минимизировать индукцию в сердечнике. При использовании материалов с меньшей начальной проницаемостью число витков обмотки увеличится, так что при том же токе в обмотке генерируется меньшая магнитная индукция.

IDto» ТОО 2(Мj0№ 1000 20W SOW TBjMO

BJt= амплитудная индукции переменного поля, гаусс Рисунок 11. Зависимость потерь в сердечнике от амплитудной индукции для материала -2

Одним из методов снижения эффективной проницаемости и уменьшения магнитной индукции в сердечнике является введение локального воздушного зазора. На частотах свыше 100 кГц потери из-за краевого искажения поля в зазоре резко возрастают и могут вызвать существенный локальный перегрев. Во многих случаях потери в зазоре могут превышать потери в сердечнике.