Магнитные элементы электронных устройств.-2

Подставляя числовые значения в формулу (4.65), находим потери в проводе первичной обмотки трансформатора

Определим число жил многожильного провода первичной обмотки по формуле

Принимаем число одиночных медных жил в многожильном проводе первичной обмотки nw1 85.

Для вторичной обмотки трансформатора также выбираем медный про-

вод марки ПЭТВ диаметром одиночной медной жилы многожильного прово-

да dпр1 0,125мм и сечением жилы S пр1 0,01227мм 2 . Плотность тока в

4.5 Методика расчета трансформатора однотактного

обратноходового преобразователя

Максимальное допустимое напряжение сток-исток транзистора VT1 (тран-

зистор микроконтроллера TOP224Y) UСИмакс. доп. 700 В.

104

Расчет электромагнитных параметров трансформатора проводится с

использованием методик и рекомендаций, изложенных в [1].

Схема силовой части однотактного обратноходового преобразователя и временные диаграммы токов в обмотках трансформатора представлены на

рисунке 4.12.

В однотактном обратноходовом преобразователе с гальванической развязкой трансформатор всегда работает с подмагничиванием. Трансформа-

тор с подмагничиванием может быть выполнен либо на разъемном сердечни-

ке из феррита «силовых» марок с немагнитным зазором, либо на кольцевом сердечнике магнитодиэлектрическом, либо на сердечнике магнитодиэлек-

трическом Е-типа или сердечнике магнитодиэлектрическом U-типа. Конфи-

гурация ферритовых сердечников может быть любой, но наличие зазора обя-

зательно [1].

Однотактный режим работы трансформатора с однополярным намаг-

ничивание близок к режиму дросселя и тогда типоразмер такого трансформа-

тора следует определять исходя из требуемой энергии, запасенной в индук-

тивности первичной обмотки трансформатора.

Полагаем, что трансформатор работает в режиме прерывистых токов

при перегрузке в 20%.

Расчет индуктивности первичной обмотки трансформатора следует проводить при минимальном входном напряжении Uвх.min , максимальной

Подставляя числовые значения, находим максимальное значение ин-

дуктивности первичной обмотки

а б

Рисунок 4.12 – Однотактный обратноходовой преобразователь:

а– схема силовой части однотактного обратноходового преобразователя;

б– временные диаграммы токов в обмотках.

Тогда максимальное значение тока в первичной обмотке трансформа-

тора

Среднеквадратичное значение тока в первичной обмотке трансформа-

тора определяется выражением

106

UVD – падение напряжения на диоде VD1 (VD2); Uисн – падение напря-

жения на интегральном стабилизаторе напряжения; Uн.1 , Uн.2 – номинальное напряжение на нагрузках 1 и 2 соответственно.

Индуктивности вторичных обмоток трансформатора рассчитываются

по формуле

где Li – индуктивность i-ой вторичной обмотки; U вых.обм. – напряжение,

приложенное к выходной обмотке; tобр – длительность обратного хода; f min

– минимальная частота преобразования; I н.max – максимальный ток нагрузки

Максимальное значение токов во вторичных обмотках рассчитываются по формуле

где Li – индуктивность i – й вторичной обмотки.

Подставляя числовые значения, находим максимальное значение тока во вторичной обмотке, подключенной к нагрузке с номинальным напряжени-

ем 25В,

и максимальное значение тока во вторичной обмотке, подключенной к нагрузке с номинальным напряжением 5В,

Для нахождения коэффициентов трансформации используется формула

При этом напряжение на силовом ключе интегрального контроллера

TOP224Y без учета выброса напряжения на выключенном силовом транзи-

сторе TOP224Y, вызванного индуктивностью рассеяния, определяется выра-

жением

Максимально допустимое напряжение сток-исток TOP224Y составляет

700В. Таким образом, запас по напряжению составляет 9,7%, что можно счи-

тать достаточным.

Приведенные значения физических величин носят расчетный характер и при выборе конкретного сердечника трансформатора будут учтены.

108

Важнейшим этапом при разработке трансформатора является этап, свя-

занный с корректным выбором материала и конфигурации сердечника с уче-

том технических и экономических факторов и, что не менее важно, с учетом режима работы трансформатора.

Для диапазона частот 100…400 кГц наилучшим выбором является ни-

кель-цинковый или марганец-цинковый феррит, близкий по параметрам к ферриту марки N87 фирмы Epcos [1]. Этот магнитомягкий феррит имеет низ-

кие потери мощности при размахе магнитной индукции ∆B от 0,25Тл до

0,3Тл. Могут использоваться сердечники из порошковых магнитомягких ма-

териалов: сердечники из молибденового пермаллоя (Мо – пермаллой, пре-

сперм, МРР – Molibdenum Permally Powder); сердечники на основе железони-

келевого сплава High Flux; сердечники из железоалюминиевого сплава

Sendust (альсифер, Kool Mµ); сердечники из распыленного железа (Iron Powder) [1]. Сердечники из молибденового пермаллоя по сравнению с другими перечисленными материалами обладают наименьшей индукцией насыщения

(0,7 – 0,8 Тл), но и наименьшими суммарными потерями, что позволяет при-

менять сердечники в трансформаторах обратноходовых преобразователей,

работающих с накоплением энергии [1]. Препятствием широкому использо-

ванию порошковых сердечников является их сравнительно высокая стои-

мость.

В качестве сердечника трансформатора целесообразно использовать сердечник EFD 30/15/9 из феррита N87. Сердечник EFD 30/15/9 выпускается фирмой Epcos в трех вариантах с различными зазорами (0,71 мм; 0,38 мм; 0,27 мм), соответствующими величине индуктивности на виток AL : 160

нГн / виток 2 ; 250 нГн / виток 2 ; 315 нГн / виток 2 . Индукция насыщения фер-

рита N87: Bs = 0,49 Тл (при T = 25ºC) и Bs = 0,39 Тл (при T = 100ºC).

Внешний вид ферритового сердечника конфигурации EFD с зазором представлен на рисунке 4.13. Геометрические размеры сердечника EFD 30/15/9 представлены в таблице 4.8.

109

Рисунок 4.13 – Внешний вид ферритового сердечника конфигурации EFD

с зазором

Эффективные параметры сердечника EFD 30/15/9:

сердечника).

Таблица 4.8 – Геометрические размеры сердечника EFD 30/15/9

A

g

h2

h1

110

Выбираем сердечник В66423 – U250 – K187:

В66423 – код типоразмера сердечника EFD 30/15/9; U250 – исполнение с за-

зором 0,71 мм; K1 – величина разброса по коэффициенту одновитковой ин-

дуктивности AL (±10%); 87 – марка материала (феррит марки N87).

Uвх.min 280 В .

Эффективная площадь поперечного сечения сердечника EFD 30/15/9

Ae 69 мм 2 . Тогда размах магнитной индукции в сердечнике

Максимально возможная индуктивность вторичной обмотки, подклю-

ченной к нагрузке с номинальным напряжением 25В, составляет 20,9 мкГн,

что дает