218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230

Раздел 16 Импульсные источники питания

Выбор трансформатора

Выбор сердечника для индуктивно-связанных дросселей в обратноходовом преобразователе

Спроектируем трансформатор (точнее, индуктивно-связанные дроссели, намотанные на общем сердечнике) для 60-ваттного обратноходового преобразователя с выходными напряжениями 5 В при токе 5 А и ±12.0 В при токе 1.5 А. Для схемы, работающей с входным напряжением 310 В на частоте 50 кГц с током пульсаций 80 мА, требуется индуктивность 4.5 мГн. Соотношение витков для 5-вольтовой обмотки равно 54.4, а для 12-вольтовой обмотки — 24.0.

Подберём сердечник фирмы Ferroxcube. Сначала выберем типоразмер сердечника из рекомендованного списка. Его можно найти на странице 32 файла HB2002.pdf, выложенного на сайте www.ferroxcube.com.

При уровне мощности 60 Вт фирмами Magnetics и Ferroxcube рекомендуется сердечник ЕС35. Для выбранной частоты подойдёт материал ЗС85. Предположим, что мы проектируем источник питания, который пойдёт в производство, поэтому предварительно рассчитаем сердечник без учёта зазора и проверим его работу в лабораторных условиях. Затем можно будет заказать специальный сердечник с зазором, величина которого обеспечит требуемое значение коэффициента индуктивности AL (если сердечник со стандартным значением AL не даёт требуемой индуктивности).

Для начала надо подобрать целое число витков для 5-вольтовой и 12-вольтовой обмоток, которое удовлетворяет заданному соотношению (оно составляет 54.4 / 24.0, т. е. 2.267). Это значение близко к 2.25, поэтому начнём с четырёх витков для 5-вольтовой обмотки, что даст 4 х 2.267 = 9.068 витков в 12-вольтовой обмотке. Девять витков — это очень близко к желаемому значению (на самом деле я начал с восьми витков для 5-вольтовой обмотки и 18 витков для 12-вольтовой обмотки, но, когда я провёл вычисления, значение AL оказалось ниже 100 нГн / виток, и пришлось выполнить перерасчёт). Теперь можно вычислить требуемое число витков для первичной обмотки:

Число витков в первичной обмотке = 4 х 54.4 = 217.6,   (9.5)

которое мы округляем в меньшую сторону (до 217). Используя уравнение для индуктивности:

L = AL х N2,   (9.6)

определяем значение коэффициента AL:

AL = L / N2 = 0.0045 / 47089 = 95.6 нГн / виток.    (9.7)

Нам повезло — полученное значение AL достаточно близко к стандартному значению 100 нГн / виток, поэтому можно применить типовой сердечник.

Для того чтобы продемонстрировать методику вычислений в случае, когда типовые сердечники не подходят нам по своим параметрам, рассчитаем требуемую величину зазора. Начнём со значения AL (для сердечника без зазора), которое для выбранного нами сердечника составляет 2100. Существует поправочный коэффициент, который позволяет вычислять индуктивность сердечника с зазором:

L х k = AL х N2 или k = (AL х N2) / L;   (9.8)

k = (2100 нГн/виток х 47089) / 0.0045 = 22.0.   (9.9)

Следующее уравнение даёт зависимость к от магнитной проницаемости и длины магнитопровода:

k = 1 + (μi х (G / Ie),    (9.10)

где μi — начальная магнитная проницаемость сердечника (берем из справочных данных), G — ширина зазора в мм, Ie — эффективная длина магнитопровода сердечника.

Перестановка даёт:

G = ( (k x Ie) — 1) / μi,   (9.11)

отсюда

G = ( (22.0 x 7.74 см) — 1) / 1530 = 0.11 см, или 0.044 дюйма.    (9.12)

Полученный результат достаточно хорошо согласуется с приведённой в справочных данных величиной зазора 0.147 см для AL = 100 нГн/виток.

Чтобы получить требуемый зазор, под центральный штырь и под каждое внешнее плечо сердечника подложим пластиковые прокладки толщиной 0.6 мм. Мы берём только половину полученного размера, так как зазор поделён на две части между центральным штырём и каждым из внешних плеч.

Важно отметить, что в справочных данных фирмы Ferroxcube коэффициент индуктивности AL измеряется в нГн/виток, фирма Magnetics предоставляет значение AL в мГн/1000 витков, a Micrometals — в мкГн/100 витков. Будьте очень внимательны с единицами измерения!

Далее нам нужно рассчитать пиковое значение переменной магнитной индукции в сердечнике:

B = (L x ΔI x 108) / (2 x A x N) = (0.0045 х 0.080 х 108) / (2 х 0.843×217) = 98 Гс.   (9.13)

По справочным данным определяем, что потери в данном сердечнике из-за переменной индукции будут составлять около 40 кВт/м3. Это эквивалентно 40 мВт/см3. Суммарные потери в сердечнике равны 6.53 см3 х 40 мВт/см3 = 260 мВт.

ΔТ= (260 / 19.0)0.833 = 8.8°С.    (9.14)

Из Табл. 8.1 можно выбрать провод № 28 или № 26 для первичной обмотки, провод № 16 для 5-вольтовой вторичной обмотки и провод № 22 для двух 12-вольтовых вторичных обмоток. Вполне допустимо также вместо провода № 16 для 5-вольтовой обмотки применить семь скрученных проводов № 24.

218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230