Cum se calculează și se înfășoară un transformator de impulsuri pentru o sursă de alimentare cu jumătate de punte? Calculul și modelarea unui transformator de înaltă frecvență ca parte a unui convertor flyback cu un singur ciclu Calculul puterii totale a unui transformator de impulsuri după miez

Sursele de alimentare în comutație, care se găsesc din ce în ce mai mult în practica radioamatorilor datorită eficienței ridicate, dimensiunilor și greutății lor reduse, necesită de obicei calculul unuia sau mai multor transformatoare (în funcție de numărul de cascade). Acest lucru este dictat de faptul că valorile numărului de spire și diametrul lor date în literatură adesea nu coincid cu datele de ieșire dorite ale sursei de alimentare care este asamblată sau proiectată, sau cu inelele de ferită sau tranzistoarele disponibile. la radioamator nu corespund celor date în circuit.
În literatura de specialitate a fost prezentată o metodă simplificată de calculare a transformatoarelor surselor de alimentare în comutație. Procedura generală pentru calcularea unui transformator de alimentare cu comutare este următoarea:
1. Calculați (în W) puterea utilizată a transformatorului
Fig.=1,ЗРн, unde Рн este puterea consumată de sarcină.
2. Selectați un miez magnetic de ferită toroidală care satisface condiția Pgab>Fig., unde Pgab. — puterea totală a transformatorului, W, calculată ca:

Unde D este diametrul exterior al inelului de ferită, cm; d—diametrul interior; h este înălțimea inelului; f este frecvența de funcționare a convertorului, Hz; Bmax este valoarea maximă a inducției (în Tesla), care depinde de gradul de ferită și este determinată din cartea de referință.
3. După setarea tensiunii pe înfășurarea primară a transformatorului
U1 se determină prin rotunjire
numărul de ture:

Pentru un convertor în jumătate de punte U1=Upit/2-UKenas, unde Upit este tensiunea de alimentare a convertorului, UKenas este tensiunea de saturație a colectorului - emițător de tranzistoare VT1, VT2.
4. Determinați curentul maxim al înfășurării primare (în A):

Unde η este randamentul transformatorului (de obicei 0,8).
5. Determinați diametrul firului înfășurării primare (în mm):

6. Găsiți numărul de spire și diametrul firului înfășurării de ieșire (secundar):

M.A. Shustov; „Proiectare practică a circuitelor. Convertoare de tensiune”; „Altex-A”, 2002

Dragi colegi!!

V-am spus deja cum să construiți un transformator de impulsuri pe un inel de ferită în lecțiile mele. Acum vă voi spune cum fac un transformator folosind un miez de ferită în formă de W. Pentru aceasta, folosesc ferite de dimensiuni adecvate din echipamente vechi „sovietice”, computere vechi, televizoare și alte echipamente electrice pe care le am în colț „la cerere”.

Pentru un UPS care folosește un circuit generator push-pull în jumătate de punte, tensiunea de pe înfășurarea primară a transformatorului, conform circuitului, este de 150 de volți, sub sarcină vom lua 145 de volți. Înfășurarea secundară este realizată conform unui circuit de redresare cu undă completă cu un punct de mijloc.
Vezi diagrama.

Voi da exemple de calcul și fabricare a transformatoarelor pentru un UPS de putere mică de 20 - 50 wați pentru acest circuit. Folosesc transformatoare ale acestei puteri în comutarea surselor de alimentare pentru lămpile mele LED. Diagrama transformatorului este mai jos. Este necesar să acordați atenție că miezul W, pliat din două jumătăți, nu are un spațiu liber. Un miez magnetic cu un spațiu este utilizat numai în UPS-urile cu un singur ciclu.

Iată două exemple de calculare a unui transformator tipic pentru nevoi diferite. În principiu, toate transformatoarele pentru puteri diferite au aceeași metodă de calcul, aproape aceleași diametre de sârmă și aceleași metode de înfășurare. Dacă aveți nevoie de un transformator pentru un UPS cu o putere de până la 30 de wați, atunci acesta este primul exemplu de calcul. Dacă aveți nevoie de un UPS cu o putere de până la 60 de wați, atunci al doilea exemplu.

Primul exemplu.

Vom alege dintre miezurile de ferită nr. 17, Ш - un miez de formă Ш7,5 × 7,5. Aria secțiunii transversale a tijei din mijloc Sк = 56 mm.sq. = 0,56 cm2
Fereastra Sо = 150 mm.mp. Putere nominala 200 wati.
Numărul de spire pe 1 volt pentru acest miez va fi: n = 0,7/Sk = 0,7 / 0,56 = 1,25 spire.
Numărul de spire în înfășurarea primară a transformatorului va fi: w1 = n x 145 = 1,25 x 145 = 181,25. Hai să facem 182 de ture.
Când am ales grosimea firului pentru înfășurări, am procedat de la tabelul „”.
În transformatorul meu, am folosit un fir cu un diametru de 0,43 mm în înfășurarea primară. (un fir cu un diametru mare nu intră în fereastră). Are o suprafață în secțiune transversală S = 0,145 mm2. Curent admisibil (vezi tabelul) I = 0,29 A.
Puterea înfășurării primare va fi: P = V x I = 145 x 0,29 = 42 wați.
O înfășurare de comunicare trebuie să fie plasată deasupra înfășurării primare. Ar trebui să producă o tensiune v3 = 6 volți. Numărul de spire va fi: w3 = n x v3 = 1,25 x 6 = 7,5 spire. Hai să facem 7 ture. Diametrul firului 0,3 - 0,4 mm.
Apoi înfășurarea secundară w2 este înfășurată. Numărul de spire ale înfășurării secundare depinde de tensiunea de care avem nevoie. Înfășurarea secundară, de exemplu la 30 de volți, constă din două semiînfășurări egale, w3-1 și w3-2).
Curentul în înfășurarea secundară, ținând cont de randamentul (k=0,95) al transformatorului: I = k xP/V = 0,95 x 42 wați / 30 volți = 1,33 A;
Să alegem un fir pentru acest curent. Am folosit un fir pe care îl aveam pe stoc cu diametrul de 0,6 mm. S = 0,28 mm.sq.
Curentul admisibil al fiecăreia dintre cele două semiînfășurări este I = 0,56 A. Deoarece aceste două semiînfășurări secundare lucrează împreună, curentul total este de 1,12 A, care este ușor diferit de curentul calculat de 1,33 A.
Numărul de spire în fiecare semiînfășurare pentru o tensiune de 30 volți: w2.1 = w2.2 = n x 30 = 1.25 x 30 = 37.5 vit.
Să facem 38 de ture în fiecare jumătate de înfășurare.
Puterea de ieșire a transformatorului: Pout = V x I = 30 V x 1,12 A = 33,6 Watt, ceea ce, ținând cont de pierderile din fir și miez, este destul de normal.

Toate înfășurările: înfășurarea primară, secundară și de comunicare se încadrează perfect în fereastra S® = 150 mm2.

Înfășurarea secundară poate fi astfel proiectată pentru orice tensiune și curent, în cadrul unei puteri date.

Al doilea exemplu.
Acum să experimentăm. Să adăugăm două miezuri identice nr. 17, L 7,5 x 7,5.

În acest caz, aria secțiunii transversale a miezului magnetic „Sk” se va dubla. Sk = 56 x 2 = 112 mm2 sau 1,12 cm2
Suprafața ferestrei va rămâne aceeași „Deci” = 150 mm2. Indicatorul n (numărul de spire pe 1 volt) va scădea. n = 0,7 / Sk = 0,7 /1,12 = 0,63 vit./volt.
Prin urmare, numărul de spire în înfășurarea primară a transformatorului va fi:
w1 = n x 145 = 0,63 x 145 = 91,35. Să facem 92 de ture.

În înfășurarea de feedback w3, pentru 6 volți, vor exista: w3 = n x v3 = 0,63 x 6 = 3,78 spire. Hai să facem 4 ture.
Să luăm tensiunea înfășurării secundare ca în primul exemplu, egală cu 30 de volți.
Numărul de spire ale semiînfășurărilor secundare, fiecare 30 volți: w2.1 = w2.2 = n x 30 = 0.63 x 30 = 18.9. Hai să facem 19 ture.
Am folosit un fir pentru infasurarea primara cu diametrul de 0,6 mm. : secțiunea firului 0,28 mm2, curent 0,56 A.
Cu acest fir, puterea înfășurării primare va fi: P1 = V1 x I = 145 V x 0,56 A = 81 Watt.
Am înfășurat înfășurarea secundară cu un fir cu diametrul de 0,9 mm. 0,636 mm.p.p. pentru un curent de 1,36 amperi. Pentru două semiînfășurări, curentul în înfășurarea secundară este de 2,72 amperi.
Puterea înfășurării secundare P2 = V2 x I = 30 x 2,72 = 81,6 wați.
Sârmă cu diametrul de 0,9 mm. puțin mare, se potrivește cu o marjă mare, asta nu e rău.

Folosesc firul pentru înfășurări la o rată de 2 A pe milimetru pătrat (în acest fel se încălzește mai puțin și căderea de tensiune pe el va fi mai mică), deși toate transformatoarele „din fabrică” sunt înfășurate la o rată de 3 - 3,5 A. pe mm2. și instalați un ventilator pentru a răci înfășurările.
Concluzia generală a acestor calcule este:
- la adăugarea a două miezuri identice în formă de Sh, zona „Sk” se dublează cu aceeași zonă de fereastră „So”.
- se modifică numărul de spire în înfășurări (în comparație cu prima opțiune).
- înfăşurarea primară w1 din 182 de spire se reduce la 92 de spire;
- infasurarea secundara w2 din 38 de spire se reduce la 19 spire.

Aceasta înseamnă că în aceeași fereastră „So”, cu o scădere a numărului de spire în înfășurări, este posibil să plasați un fir mai gros al înfășurărilor, adică să dublați puterea reală a transformatorului.

Am înfășurat un astfel de transformator, cu miezurile pliate nr. 17 și le-am făcut un cadru.

Trebuie avut în vedere că transformatoarele, conform primul si al doilea De exemplu, îl puteți folosi sub o sarcină mai mică, până la 0 wați. UPS-ul menține tensiunea destul de bine și stabil.

Comparați aspectul transformatoarelor: exemplu-1, cu un miez și exemplu-2, cu două miezuri pliate. Dimensiunile reale ale transformatoarelor variază ușor.

Analiza miezurilor de ferită #18 și #19 este similară cu exemplele anterioare.
Toate calculele noastre sunt estimări teoretice. De fapt, este destul de dificil să obțineți o astfel de putere de la un UPS pe transformatoare de aceste dimensiuni. Caracteristicile de proiectare ale circuitelor de alimentare cu comutație în sine intră în vigoare. Sistem.
Tensiunea de ieșire (și, prin urmare, puterea de ieșire) depinde de mulți factori:
- capacitatea condensatorului electrolitic al rețelei C1,
- containere C4 și C5,
- căderi de putere în firele de înfășurare și în miezul de ferită propriu-zis;
- căderi de putere pe tranzistoarele cheie din generator și pe diodele redresoare de ieșire.
Eficiența globală „k” a unor astfel de surse de alimentare comutatoare este de aproximativ 85%.
Această cifră este încă mai bună decât cea a unui redresor cu un transformator cu miez de oțel, unde k = 60%. În ciuda faptului că dimensiunea și greutatea UPS-ului pe ferită este semnificativ mai mică.

Procedura de asamblare a unui transformator de ferită Ш.

Fie că este gata făcută sau asamblată, un nou cadru este realizat pentru a se potrivi dimensiunilor miezului.
Vezi cum să faci „” aici. Deși acest articol vorbește despre un cadru pentru un transformator cu miez de oțel, descrierea este destul de potrivită pentru cazul nostru.
Rama trebuie asezata pe un cadru de lemn. Înfășurarea transformatorului se face manual.
Înfășurarea primară este înfășurată mai întâi pe cadru. Primul rând se umple rând cu rând, apoi un strat de hârtie subțire, pânză lăcuită, apoi al doilea rând de sârmă etc. Un tub subțire din PVC este plasat la începutul și la sfârșitul firului (se poate folosi izolația de la firul de instalare) pentru a rigidiza firul astfel încât să nu se rupă.
Două straturi de hârtie sunt aplicate deasupra înfășurării primare (izolație între înfășurări), apoi trebuie să înfășurați spirele înfășurării de comunicație w3. Înfășurarea w3 are puține spire și, prin urmare, este plasată la marginea cadrului. Apoi se aplică spirele înfășurării secundare. Aici este recomandabil să procedați în așa fel încât spirele înfășurării secundare w2 să nu fie situate deasupra spirelor w3. În caz contrar, pot apărea defecțiuni ale sursei de alimentare comutatoare.
Înfășurarea se efectuează cu două fire deodată (două semiînfășurări), se întoarce pentru a se întoarce la rând, apoi un strat de hârtie sau bandă și un al doilea rând de două fire. Nu este nevoie să puneți un tub din PVC la capetele firului, deoarece Firul este gros și nu se va rupe. Cadrul finit este scos din dorn și plasat pe un miez de ferită. Mai întâi verificați miezul pentru orice joc.
Dacă cadrul este strâns pe miez, fiți foarte atenți, ferita se rupe foarte ușor. Un miez rupt poate fi lipit împreună. Lipic cu lipici PVA, urmat de uscare.
Transformatorul de ferită asamblat este fixat la capăt cu bandă pentru rezistență. Este necesar să vă asigurați că capetele jumătăților miezului coincid fără decalaj sau deplasare.

Pentru un miez inel nu este nevoie să faceți un cadru și să faceți un dispozitiv de înfășurare. Singurul lucru pe care trebuie să-l faci este să faci o navetă simplă.

Imaginea prezintă un miez magnetic de ferită M2000NM.

Dimensiunea standard a miezului magnetic al inelului poate fi identificată prin următorii parametri.

D este diametrul exterior al inelului.

d – diametrul interior al inelului.

H – înălțimea inelului.

În cărțile de referință despre miezurile magnetice de ferită, aceste dimensiuni sunt de obicei indicate în următorul format: K D X d X H.

Exemplu: K28x16x9

Reveniți sus la meniu.

Obținerea datelor inițiale pentru calculul simplu al unui transformator de impulsuri.

Tensiunea de alimentare.

Îmi amintesc când rețelele noastre de energie nu fuseseră încă privatizate de străini, am construit o sursă de alimentare cu comutație. Lucrarea a durat până noaptea. În timpul ultimelor teste, s-a dovedit brusc că tranzistoarele cheie au început să devină foarte fierbinți. S-a dovedit că tensiunea rețelei a sărit la 256 de volți noaptea!

Desigur, 256 de volți este prea mult, dar nici nu ar trebui să te bazezi pe GOST 220 +5% -10%. Dacă alegeți 220 Volți +10% ca tensiune maximă de rețea, atunci:

242 * 1,41 = 341,22V(numărăm valoarea amplitudinii).

341,22 – 0,8 * 2 ≈ 340V(scădeți picătura de pe redresor).

Inducţie.

Determinăm valoarea aproximativă a inducției din tabel.

Exemplu: M2000NM – 0,39T.

Frecvență.

Frecvența de generare a unui convertor autoexcitat depinde de mulți factori, inclusiv de dimensiunea sarcinii. Dacă alegeți 20-30 kHz, este puțin probabil să faceți o mare greșeală.

Frecvențele limită și valorile de inducție ale feritelor răspândite.

Ferite mangan-zinc.

Ferite nichel-zinc.

Reveniți sus la meniu.

Cum să alegi miezul inel de ferită?

Puteți selecta dimensiunea aproximativă a unui inel de ferită folosind un calculator pentru calcularea transformatoarelor de impuls și un ghid pentru miezurile magnetice de ferită. Ambele pot fi găsite în „Materiale suplimentare”.

Introducem datele miezului magnetic propus și datele obținute în paragraful anterior în formularul calculatorului pentru a determina puterea totală a miezului.

Nu ar trebui să alegeți dimensiunile inelului apropiate de puterea maximă de încărcare. Nu este atât de convenabil să înfășurați inele mici și va trebui să înfășurați mult mai multe viraj.

Dacă există suficient spațiu liber în corpul viitorului design, atunci puteți alege un inel cu o putere totală evident mai mare.

comutarea surselor de alimentare pe inele de ferită http://www. ferită /user_files/File/...literature8.zip diagramă pentru articol:

Calcul clapetei (articol) http://valvolodin. na...ms/throttle. html

Calculul choke-urilor folosind rezistențe MLT (prog) - http://rf. *****/s3/r-dros. html

Program pentru calcularea transformatoarelor și bobinelor de înaltă frecvență - http://www. /...gramm/5/3.shtml

Program pentru calcularea unui transformator de impulsuri - http://www. /...gramm/5/2.shtml

Choke AC pentru echipamente electronice - http://dmitriks. naro...ooks/dptra. djvu

Cartea de calcul al șocurilor și bobinelor - http://depositfiles....files/mcckejoig

Transformatoare și șoke 1.1 pe arhivă. ***** -

Proiectarea optimă a dispozitivelor feromagnetice de înaltă frecvență - http://dmitriks. naro...oks/opsvfu. djvu

„Surse de impuls de alimentare secundară în echipamentele radio de uz casnic” - http://dmitriks. naro...carti1/iip. djvu

la 494 http://focus. /...1d/slva001d. pdf

TRANSFORMATORE ȘI CHOCURI PENTRU SURSE DE PULS - http://members. kern....ouz/chokes. html
http://www. /ser2800.cfm

Selectarea și calculul designului șocului anodului - http://qrx. *****/hams/r_and. htm

Calculul inductanței unui șoc cu un spațiu magnetic - http://www. gerelo. dp...ras_indukt. html

Calculul transformatorului și șocului - http://enginee-ru. uc...oad/
http://enginee-ru. uc.../încărcare/

calculator on-line automat
http://schmidt-walte...smps_e. html#Abw

.
Calculul transformatoarelor de putere redusă și a bobinelor de filtrare
http://*****/book/krizeSN. fermoar

caracteristici și program de calcul a inductanțelor pe pulbere metalică
Miezuri de micrometale - http://www. /

Materiale - http://www. ferită /

Program pentru bobine - http://*****/nuke/modules/Downloads/pub.../l_%20meter. fermoar

Miezuri de inele: inele de ferită Amidon - http://www. *****/...rrite_Cores. htm

Biblioteca de cunoștințe: http://www. /bibliotecă. asp
Programe de calcul: http://www. mag-inc. c...re/software. asp

Transformatoare și bobine pentru comutarea surselor de alimentare - http://www. *****/~slash/st8.html

Mai multe materiale si calcule - http://*****sgates....ocore. php? pg=12

nucleele imp și calculul lor - http://www. /Mod implicit. asp

===================================================================================
SATURAȚIA MIEZULUI
Dacă un curent mare trece prin bobina miezului, materialul magnetic al miezului poate deveni saturat. Când miezul este saturat, permeabilitatea sa magnetică relativă scade brusc, ceea ce implică o scădere proporțională a inductanței. Scăderea inductanței determină o creștere accelerată suplimentară a curentului prin CI, etc. În majoritatea SMPS, saturația miezului este extrem de nedorită și poate duce la următoarele fenomene negative:

nivelul crescut de pierderi în materialul miezului și nivelul crescut de pierderi ohmice în firul de înfășurare conduc la o eficiență nerezonabil de scăzută a SMPS;
pierderile suplimentare cauzează supraîncălzirea CI, precum și componentele radio din apropiere
câmpurile magnetice puternice din miez, combinate cu permeabilitatea sa magnetică scăzută, sunt o sursă mult mai puternică de interferență și interferență în circuitele SMPS cu semnal mic și alte dispozitive în comparație cu funcționarea normală;
creșterea rapidă a curentului prin CI provoacă supraîncărcări ale curentului de șoc ale comutatoarelor SMPS, pierderi ohmice crescute în comutatoare, supraîncălzirea acestora și defecțiunea prematură;
Curenții de impuls CI anormal de mari duc la supraîncălzirea condensatorilor electrolitici ai filtrelor de putere, precum și la un nivel crescut de zgomot emis de firele și urmele plăcii de circuit imprimat SMPS.
Lista poate fi continuată, dar este deja clar că ar trebui evitată operarea nucleului în modul de saturație. Feritele intră în saturație dacă valoarea densității fluxului de inducție magnetică depășește 300 [mT] (millitesla), iar această valoare nu depinde atât de mult de gradul feritei. Adică, 300 [mT] este, așa cum ar fi, o proprietate înnăscută a feritelor; alte materiale magnetice au valori diferite ale pragului de saturație. De exemplu, fierul de transformare și fierul sub formă de pulbere sunt saturate la aproximativ 1 [T], ceea ce înseamnă că pot funcționa în câmpuri mult mai puternice. Valori mai precise ale pragului de saturație pentru diferite ferite sunt prezentate în tabelul 5.

Densitatea fluxului magnetic în miez este calculată folosind următoarea formulă:

(8) B = 1000 * µ0 * µe * I * N / le [mT]
unde µ0 este permeabilitatea magnetică absolută a vidului, 1,257*10-3 [µH/mm]
µe - permeabilitatea magnetică relativă a miezului (a nu se confunda cu permeabilitatea materialului miezului!)
I - curent prin înfășurare, [A]
N - numărul de spire în înfășurare
le - lungimea liniei medii magnetice a miezului, [mm]

O simplă transformare a formulei (8) va ajuta la găsirea răspunsului la întrebarea practică - care este curentul maxim care poate trece prin inductor înainte ca miezul să intre în saturație:

(9) Imax = 0,001 * Bmax * le / (µ0 * µe * N) [A]
unde Bmax este valoarea din tabel pentru materialul de miez folosit, în loc de care puteți folosi valoarea 300 [mT] pentru orice ferită de putere

Pentru miezurile cu un decalaj, este convenabil să înlocuim expresia (4) aici; după abrevieri obținem:

(10) Imax = 0,001 * Bmax * g / (µ0 * N) [A]

La prima vedere, rezultatul este destul de paradoxal: curentul maxim printr-un CI cu un spațiu este determinat de raportul dintre dimensiunea spațiului și numărul de spire ale înfășurării și nu depinde de dimensiunea și tipul miez. Cu toate acestea, acest aparent paradox este ușor de explicat. Miezul de ferită conduce câmpul magnetic atât de bine încât întreaga scădere a intensității câmpului magnetic are loc în spațiu. În acest caz, mărimea fluxului de inducție magnetică, aceeași atât pentru decalaj, cât și pentru miez, depinde numai de grosimea spațiului, de curentul prin înfășurare și de numărul de spire în înfășurare și nu trebuie să depășească 300. [mT] pentru ferite obișnuite de putere.

Pentru a răspunde la întrebarea ce mărime trebuie introdusă decalajul total g în miez, astfel încât să poată rezista la curentul dat fără saturație, transformăm expresia (10) în următoarea formă:

(11) g = 1000 * µ0 * I * N / Bmax [mm]

Pentru a arăta mai clar efectul decalajului, dăm următorul exemplu. Să luăm un miez E30/15/7 fără spațiu, ferită 3C85, permeabilitate magnetică µe = 1700. Să calculăm numărul de spire necesare pentru a obține o inductanță de 500 [µH]. Miezul, conform tabelului, are AL = 1,9 [µH], folosind formula (7) obținem puțin mai mult de 16 spire. Cunoscând lungimea efectivă a miezului le = 67 [mm], folosind formula (9) se calculează curentul maxim de funcționare, Imax = 0,58 [A].

Acum să introducem o garnitură cu o grosime de 1 [mm] în miez; spațiul va fi g = 2 [mm]. Permeabilitatea magnetică efectivă va scădea; după calcule simple folosind formulele (5) și (7), constatăm că pentru a obține o inductanță de 500 [μH] trebuie bobinate 125 de spire. Folosind formula (10), determinăm curentul CI maxim; acesta a crescut la 3,8 [A], adică de peste 5 ori!

Acest lucru duce la o recomandare practică pentru cititorii care proiectează ei înșiși sufocare. Pentru a obține un inductor care funcționează la cel mai mare curent posibil, umpleți miezul complet cu sârmă și apoi introduceți cât mai mult spațiu liber posibil în miez. Dacă calculul testului se dovedește că inductorul are o rezervă de curent excesivă, atunci selectați o dimensiune mai mică a miezului sau cel puțin reduceți numărul de spire în înfășurare pentru a reduce pierderile de cupru și, în același timp, reduceți decalajul miezului. Este important de subliniat că această recomandare nu se aplică transformatoarelor la care curentul prin înfășurarea primară este format din două componente: curentul transmis în înfășurarea secundară și un curent mic care magnetizează miezul (curent de magnetizare).

După cum puteți vedea, golul din miezul accelerației joacă un rol extrem de important. Cu toate acestea, nu toate miezurile permit introducerea distanțierilor. Miezurile inelelor sunt realizate dintr-o singură bucată și, în loc să „ajustați” permeabilitatea magnetică echivalentă cu un spațiu, trebuie să alegeți un inel cu o anumită permeabilitate magnetică de ferită. Așa se explică faptul că există o mare varietate de tipuri de materiale magnetice utilizate de industrie pentru realizarea inelelor, în timp ce miezurile despicate pentru SMPS, unde este ușor să se introducă un gol, sunt aproape întotdeauna realizate din ferite cu permeabilitate magnetică ridicată. Cele mai comune tipuri de inele pentru SMPS sunt: ​​cu permeabilitate scăzută (în intervalul 50...200) pentru bobine și cu permeabilitate ridicată (1000 sau mai mult) pentru transformatoare.

Fierul sub formă de pulbere se dovedește a fi cel mai preferat material pentru miezurile inelare dintr-o singură bucată care funcționează la curenți de polarizare mari. Permeabilitatea fierului sub formă de pulbere este de obicei în intervalul 40...125, cel mai adesea există inele din materiale cu o permeabilitate de 50...80. Tabelul 6 oferă date de referință pentru miezurile inelare de pulbere de fier Philips.

Nu este dificil să verificați dacă miezul intră în saturație în timpul funcționării SMPS; este suficient să utilizați un osciloscop pentru a monitoriza forma curentului care curge prin CI. Senzorul de curent poate fi un rezistor cu rezistență scăzută sau un transformator de curent. Un CI care funcționează în modul normal va avea o formă de curent triunghiulară regulată din punct de vedere geometric sau dinți de ferăstrău. Dacă miezul este saturat, forma curentă va fi îndoită.
==============================================================================

Inducerea câmpului magnetic în interiorul toroidului:
B=m*m0*N*I/Lavg,

m0 - constantă magnetică = 4*pi*10^(-7),
N - numărul de ture,
I - curent în înfășurare,

Inductanța toroidală:
L=m*m0*N^2*S/Lavg,
unde m este permeabilitatea magnetică a feritei,
m0 - constantă magnetică,
N - numărul de ture,
S este aria secțiunii transversale a feritei,
Lср - lungimea liniei centrale a inelului de ferită.
Rezistență activă la înfășurare (excluzând efectul pielii):
R=p*Lp/S,
unde p este rezistivitatea cuprului (0,017 Ohm*m),
Lп - lungimea firului de înfășurare,
Sp - aria secțiunii transversale a firului.

Eu calculez accelerația în următoarea ordine:
1) Identificăm parametrii inelului de ferită: permeabilitatea magnetică m, lungimea liniei centrale Lср, aria secțiunii transversale S, inducția de saturație Bm. Ultimul parametru poate fi găsit într-o carte de referință pentru o marcă cunoscută de ferită sau pe site-ul web al producătorului de ferită.
2) Setăm inductanța necesară a inductorului L.
3) Cunoscând parametrii L, m, Lav, S, calculăm numărul necesar de spire N.
4) Determinăm consumul maxim de curent al sarcinii I și îl luăm cu o marjă de 10-15%.
5) Cunoscând parametrii m, Lav, S, I, N, se calculează inducția B în interiorul feritei. Dacă se dovedește a fi mai mare de 0,8 Bm, atunci inelul nu este potrivit pentru sarcina în cauză; este necesar să selectați un inel fie cu o secțiune transversală mai mare, fie cu o inducție de saturație mai mare.
6) Dacă inducția nu depășește 0,8Bm, determinăm dacă șocul ne satisface în ceea ce privește disiparea puterii. Pentru a face acest lucru, setăm puterea maximă disipată la inductor (Pm = 0,5-2W în funcție de dimensiunea inelului).
7) Pe baza puterii date Pm și a consumului de curent I, determinăm rezistența activă a firului de înfășurare R.
8) Selectăm firul cu care urmează să înfășurăm (0.8-1mm pentru înfășurarea într-un singur fir, 0.5-0.6mm pentru înfășurarea în mai multe fire).
9) Cunoscând secțiunea transversală a firului(lor) Spr și rezistența lor activă R, se calculează lungimea maximă a firului(lor) Lpr.
10) Înfășurăm o tură de sârmă în jurul inelului și stabilim lungimea lui Lв. Adăugați 1-2 mm la deplasarea unghiulară a firului la înfășurare.
11) Pe baza lungimii maxime găsite a firului Lpr și a lungimii unei spire Lv, calculăm numărul permis de spire Nadd.
12) Dacă Nadd se dovedește a fi mai mic decât numărul de spire N calculat anterior, este necesar să utilizați un fir cu o secțiune transversală mai mare sau să îl înfășurați în mai multe fire.
13) Dacă Nadd>=N, evaluăm posibilitatea bobinării numărului calculat de spire. Pentru a face acest lucru, măsurați diametrul intern al inelului d și vedeți dacă inegalitatea este valabilă:
pi*(d-Spr)>=N*dpr,
unde Spr este aria secțiunii transversale a firului de înfășurat,
dpr - diametrul firului de bobinat.
14) Dacă inegalitatea nu se menține, atunci este necesar să se înfășoare în 2 sau mai multe straturi. Pentru inelele mici cu un diametru interior de până la 8mm, personal nu recomand bobinarea în mai multe straturi. În acest caz, este mai bine să luați un inel mai mare sau cu permeabilitate magnetică mai mare.

De pe site - _http://www. /comment/112509

Sfaturi pentru proiectarea convertoarelor de dolari - http://peljou.../enews/2007/8/7

Program pentru calcularea transformatoarelor și bobinelor 6mV - http://brwbr. /...e=s2-Droselprog

Mack R. Comutarea surselor de alimentare. Fundamente teoretice ale proiectării și îndrumări pentru aplicarea practică
este pe site - http://www. electrotehnică. info/index. php?...jos&id=177

Un alt articol - http://www. ferită /site/page-Trancf...tori_i_drocceli

Proiectarea surselor de alimentare cu comutare (SMPS). - http://megaohm. oameni...S/smps_rus. html

Convertorul push-pull este un convertor de tensiune care utilizează un transformator de impulsuri. Raportul de transformare al transformatorului poate fi arbitrar. Deși este fix, în multe cazuri lățimea impulsului poate fi variată, extinzând domeniul de reglare a tensiunii disponibile. Avantajul convertoarelor push-pull este simplitatea lor și capacitatea de a crește puterea.

Într-un convertor push-pull proiectat corespunzător, nu există curent continuu prin înfășurare și nici o polarizare a miezului. Acest lucru vă permite să utilizați un ciclu complet de inversare a magnetizării și să obțineți putere maximă.

Următoarea tehnică simplificată vă permite să calculați parametrii principali ai unui transformator de impulsuri realizat pe un miez magnetic inel.

1. Calculul puterii totale a transformatorului

unde Sc este aria secțiunii transversale a circuitului magnetic, cm2; Sw—area ferestrei centrale, cm2; f - f - frecvența de oscilație, Hz; Bmax este valoarea de inducție admisă pentru ferite interne de nichel-mangan și nichel-zinc la frecvențe de până la 100 kHz.

Frecvențele limită și valorile de inducție ale feritelor răspândite

Ferite mangan-zinc.

Ferite nichel-zinc.

Pentru a calcula aria secțiunii transversale a miezului magnetic și aria ferestrei miezului magnetic, se folosesc următoarele formule:

Sc = (D - d) ⋅ h / 2

Sw=(d / 2)2 π

unde D este diametrul exterior al inelului de ferită, cm; d—diametrul interior; h este înălțimea inelului;

2. Calculul puterii maxime a transformatorului

Selectăm puterea maximă a transformatorului ca 80% din puterea totală:

Pmax = 0,8 Pgab

3. Calculul numărului minim de spire ale înfășurării primare W1

Numărul minim de spire ale înfășurării primare W1 este determinat de tensiunea maximă pe înfășurarea U1 și de inducția miezului permisă Bmax:

4. Calculul valorii efective a curentului în înfășurarea primară:

Valoarea efectivă a curentului înfășurării primare este calculată prin formula:

I1 = Pmax / Ueff

Ar trebui luat în considerare faptul că Ueff = U1 / 1,41 = 0,707U1, deoarece Ueff este valoarea tensiunii efective, iar U1 este valoarea tensiunii maxime.

5. Calculul diametrului firului în înfășurarea primară:

unde I1 este valoarea efectivă a curentului în înfășurarea primară, A; j—densitatea curentului, A/mm2;

Densitatea de curent depinde de puterea transformatorului, cantitatea de căldură disipată este proporțională cu aria înfășurării și diferența de temperatură dintre aceasta și mediu. Pe măsură ce dimensiunea transformatorului crește, volumul crește mai repede decât suprafața, iar pentru aceeași supraîncălzire trebuie reduse pierderile specifice și densitatea de curent. Pentru transformatoarele cu o putere de 4..5 kVA, densitatea de curent nu depășește 1..2 A/mm².

Pentru referință, tabelul arată datele despre densitatea curentului în funcție de puterea transformatorului

6. Valoarea efectivă a curentului înfășurării secundare (I2), numărul de spire în înfășurarea secundară (W2) și diametrul firului în înfășurarea secundară (d2) se calculează folosind următoarele formule:

I2 = Pmax / U2eff

unde Uout este tensiunea de ieșire a înfășurării secundare, Pmax este puterea maximă de ieșire a transformatorului, trebuie de asemenea luat în considerare faptul că valoarea Pmax poate fi înlocuită cu puterea de sarcină, cu condiția ca puterea de sarcină să fie mai mică decât valoarea maximă. puterea de ieșire a transformatorului.

W2 = (U2eff*W1) / Ueff

Pe baza tuturor formulelor de mai sus (ținând cont de densitatea curentului, care depinde de puterea transformatorului), puteți calcula aproximativ parametrii principali ai transformatorului de impulsuri; pentru confortul calculelor, puteți utiliza un calculator online.

Acest articol este o metodă simplificată pentru calcularea unui transformator de impuls pentru un convertor push-pull; toate formulele și un calculator online vă permit să calculați aproximativ Datele înfășurării transformatorului de impulsuri, deoarece transformatorul are mulți parametri interdependenți.

Dacă găsiți erori în formule, metode de aplicare a acestora și alte comentarii, vă rugăm să le lăsați în comentarii.

După determinarea diametrului firului, ar trebui să se țină seama de faptul că diametrul firului este calculat fără izolație, utilizați tabelul de date ale firului de înfășurare pentru a determina diametrul firului cu izolație.

Tabel de date ale firelor de înfășurare.

Transformatoarele de impulsuri (IT) sunt un dispozitiv popular în activitatea economică. Instalat adesea în surse de alimentare pentru uz casnic, computer și echipamente speciale. Transformatorul de impulsuri este creat de meșteri cu experiență minimă în domeniul ingineriei radio. Ce fel de dispozitiv este acesta, precum și principiul de funcționare, vor fi discutate în continuare.

Zona de aplicare

Sarcina unui transformator de impuls este de a proteja un dispozitiv electric de scurtcircuite, creșteri excesive de tensiune și încălzire a carcasei. Stabilitatea surselor de alimentare este asigurată de transformatoare de impulsuri. Circuite similare sunt folosite în generatoarele de triodă și magnetroni. Generatorul de impulsuri este utilizat atunci când funcționează un invertor sau un laser cu gaz. Aceste dispozitive sunt instalate în circuite ca transformator de diferențiere.

Echipamentul electronic se bazează pe capacitatea de transformare a convertoarelor de impulsuri. Atunci când se utilizează o sursă de alimentare comutată, se organizează funcționarea unui televizor color, a unui monitor obișnuit de computer etc.. Pe lângă furnizarea consumatorului cu curent de putere și frecvență necesare, transformatorul stabilizează valoarea tensiunii atunci când echipamentul funcționează .

Video: Cum funcționează un transformator de impulsuri?

Cerințe pentru dispozitive

Convertoarele din sursele de alimentare au o serie de caracteristici. Acestea sunt dispozitive funcționale care au o anumită putere generală. Acestea asigură funcționarea corectă a elementelor din circuit.

Transformatorul de uz casnic cu impulsuri are fiabilitate și un prag ridicat de suprasarcină. Convertorul este rezistent la influențele mecanice și climatice. Prin urmare, circuitul unei surse de alimentare comutatoare pentru televizoare, computere, tablete. caracterizat prin stabilitate electrică crescută.

Dispozitivele au dimensiuni de gabarit mici. Costul unităților prezentate depinde de domeniul de aplicare și de costurile forței de muncă pentru producție. Diferența dintre transformatoarele prezentate și alte dispozitive similare este fiabilitatea lor ridicată.

Principiul de funcționare

Când luați în considerare modul în care funcționează o unitate de tipul prezentat, trebuie să înțelegeți diferențele dintre centralele convenționale și dispozitivele IT. Înfășurarea transformatorului are diferite configurații. Acestea sunt două bobine conectate printr-o unitate magnetică. În funcție de numărul de spire ale înfășurărilor primare și secundare, electricitatea cu o putere dată este creată la ieșire. De exemplu, un transformator transformă tensiunea de la 12 la 220 V.

Impulsurile unipolare sunt furnizate circuitului primar. Miezul rămâne într-o stare de magnetizare permanentă. Pe înfășurarea primară se determină semnale de impuls dreptunghiulare. Intervalul de timp dintre ele este scurt. În acest caz, apar diferențe de inductanță. Ele sunt reflectate de impulsuri pe bobina secundară. Această caracteristică stă la baza principiilor de funcționare a unor astfel de echipamente.

Soiuri

Există diferite tipuri de circuite de impulsuri ale echipamentelor de putere. Unitățile diferă în primul rând prin forma structurii lor. Caracteristicile de performanță depind de aceasta. Unitățile se disting prin tipul de înfășurare:

Secțiunea transversală a miezului poate fi dreptunghiulară sau rotundă. Etichetarea trebuie să conțină informații despre acest fapt. Se distinge și tipul de înfășurări. Bobinele sunt:

• Spirală.
• Cilindric.
• Conic.

În primul caz, inductanța de scurgere va fi minimă. Tipul de convertor prezentat este utilizat pentru autotransformatoare. Înfășurarea este realizată din folie sau copertine din material special.

Tipul de înfășurare cilindric se caracterizează printr-o rată scăzută de disipare a inductanței. Acesta este un design simplu, avansat din punct de vedere tehnologic.

Varietățile conice reduc semnificativ disiparea inductanței. Capacitatea înfășurărilor crește ușor. Izolația dintre cele două straturi de înfășurări este proporțională cu tensiunea dintre spirele primare. Grosimea contururilor crește de la început până la sfârșit.

Echipamentul prezentat are caracteristici operaționale diferite. Acestea includ puterea totală, tensiunea pe înfășurările primare și secundare, greutatea și dimensiunea. La specificarea marcajelor, se iau în considerare caracteristicile enumerate.

Avantaje

Sursele de alimentare cu un dispozitiv de comutare au multe avantaje față de dispozitivele analogice. Din acest motiv, marea majoritate a acestora sunt fabricate conform schemei prezentate.

Transformatoarele de tip impuls au următoarele avantaje:

1. Greutate ușoară.
2. Preț scăzut.
3. Nivel crescut de eficiență.
4. Gamă extinsă de tensiune.
5. Posibilitatea de a incorpora protectie.

Structura este mai ușoară datorită frecvenței crescute a semnalului. Condensatorii scad în volum. Schema de îndreptare a acestora este cea mai simplă.

Comparând sursele de alimentare convenționale și comutabile, este clar că în acestea din urmă se reduc pierderile de energie. Ele sunt observate în timpul proceselor tranzitorii. Eficiența poate fi de 90-98%.

Dimensiunile mai mici ale unităților reduc costurile de producție. Consumul de material al produsului final este redus semnificativ. Dispozitivele prezentate pot fi alimentate de la curent cu diferite caracteristici. Tehnologiile digitale, care sunt folosite pentru a crea modele de dimensiuni mici, fac posibilă utilizarea blocurilor de protecție speciale în proiectare. Ele previn scurtcircuitele și alte situații de urgență.

Singurul dezavantaj al tipurilor de dispozitive cu impulsuri este apariția interferențelor de înaltă frecvență. Ele trebuie suprimate folosind diferite metode. Prin urmare, în unele tipuri de instrumente digitale de precizie, astfel de circuite nu sunt utilizate.

Tipuri de materiale

Echipamentul prezentat este realizat din diverse materiale. Când creați surse de alimentare de tipul prezentat, va trebui să luați în considerare toate opțiunile posibile. Se folosesc următoarele materiale:

1. Oțel electric.
2. Permalloy.
3. Ferită.

Una dintre cele mai bune opțiuni este Alsifer. Cu toate acestea, este aproape imposibil să-l găsiți pe piața liberă. Prin urmare, dacă doriți să creați singur echipamentul, acesta nu este considerat o opțiune posibilă.

Cel mai adesea, clasele de oțel electric 3421-3425, 3405-3408 sunt folosite pentru a crea miezul. Permalloy este cunoscut pentru caracteristicile sale magnetice moi. Acesta este un aliaj care constă din nichel și fier. Este dopat în timpul procesării.

Pentru impulsurile al căror interval este într-o nanosecundă, se utilizează ferita. Acest material are rezistivitate ridicată.

Calcul

Pentru a crea și a vânt singur circuite transformatoare, va trebui să calculați un transformator de impuls. Se folosește o tehnică specială. În primul rând, sunt determinate o serie de caracteristici inițiale ale echipamentului.

De exemplu, pe înfășurarea primară este setată o tensiune de 300 V. Frecvența de conversie este de 25 kHz. Miezul este alcătuit dintr-un inel de ferită de dimensiunea 31 (40x25x11). Mai întâi trebuie să determinați aria secțiunii transversale a miezului:

P = (40-25)/2*11 = 82,5 mm².

Pe baza datelor obținute, puteți găsi diametrul secțiunii transversale a firului care va fi necesar pentru a crea contururile:

D = 78/181 = 0,43 mm.

Aria secțiunii transversale în acest caz este de 0,12 m². Curentul maxim admisibil pe bobina primară cu astfel de parametri nu trebuie să depășească 0,6 A. Puterea totală poate fi determinată folosind următoarea formulă:

GM = 300 * 0,6 = 180 W.

Pe baza indicatorilor obținuți, puteți calcula independent parametrii tuturor componentelor viitorului dispozitiv. Crearea unui transformator de acest tip va fi o activitate fascinantă pentru un radioamator.

Un astfel de dispozitiv este fiabil și de înaltă calitate dacă toate acțiunile sunt urmate corect. Calculul se efectuează pentru fiecare schemă în mod individual. La fabricarea unor astfel de echipamente, înfășurarea secundară trebuie să fie închisă la sarcina consumatorului. În caz contrar, dispozitivul nu va fi considerat sigur.

Funcționarea transformatorului depinde de tipul de ansamblu, materiale și alți parametri. Calitatea circuitului depinde direct de unitatea de impuls. Prin urmare, se acordă o mare importanță calculelor și alegerii materialelor.

Video interesant: transformator de impuls DIY

Luând în considerare caracteristicile transformatoarelor de impulsuri, se poate înțelege importanța lor pentru multe circuite radio-electronice. Puteți crea singur un astfel de dispozitiv numai după calcule adecvate.