Как изготовить дроссель для блока питания
Дроссели обычно выполняют на Ш - образных, П - образных и броневых сердечниках. Предлагаемый скрипт рассчитан на Ш и П - образные сердечники.
Подробные советы по изготовлению катушек индуктивности (дросселей) можно найти тут.
Камрад, рассмотри датагорские рекомендации
🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать
Опробовано в лаборатории редакции или читателями.
↑ Наладка
Вместо L1 подключить резистор примерно 1 кОм и проверить прямоугольную форму импульсов на выводе 11 микросхемы, на стоке, проверить регулировку изменения скважности от R3. При исправных деталях наладка не требуется. Если необходимо, можно по вкусу изменить частоту и диапазон регулировки емкостью С2 и резисторами R3R4.
Камрад, рассмотри датагорские рекомендации
🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать
Опробовано в лаборатории редакции или читателями.
Содержание / Contents
↑ Схема
Я собрал измеритель на небольшой плате, детали самые обычные, там, где удобно, ставлю SMD и вам советую. Полевой транзистор — любой с нужной проводимостью на ток от 20 А и выше, с низким сопротивлением канала в открытом состоянии, можно низковольтный. Я поставил IFRP150. Стабилизатор 6 В на микросхеме 78L06. Если ее нет, можно ставить 78L05 и добавить 1-2 диода типа КД522 в разрыв общего провода 78L05 анодом к стабилизатору. Емкости С3С4 я поставил по 2200 мкФ на 35 В. Номиналы деталей не критичны. В процессе испытаний я понял, что нужна небольшая доработка схемы. Вместо VD3 VD4 я поставил один стабилитрон Д816В. Для увеличения импульса тока до 12 А между базой и эмиттером VT1 надо поставить резистор с номиналом, как у R5. Эти небольшие изменения позволяют испытать готовые индуктивности в несколько миллигенри. Номинал R4 я уменьшил втрое, что сделало луч на экране более ярким. Сигнал к входу синхронизации осциллографа снимается с вывода 11 микросхемы через резистор 1 кОм.
Выбираем магнитопровод
Вашему вниманию подборки материалов:
Конструирование источников питания и преобразователей напряжения Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам
Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам
Если частота работы устройства до 3 кГц, то подойдет магнитопровод из трансформаторного железа. Если частота выше 7 кГц, то предпочтение следует отдать ферритам. На частотах 3 - 7 кГц можно использовать и железные и ферритовые сердечники. Но эффективность устройств на этих частотах обычно ниже, чем на других, так как тут железо уже теряет свою привлекательность, растут потери, а ферриты еще не могут раскрыть свой потенциал. До 150 кГц для дросселя с зазором (а подавляющее большинство дросселей делается с зазором), марка феррита значения не имеет. От магнитной проницаемости феррита в расчете ничего не зависит. На частотах свыше 150 кГц следует применять специальные высокочастотные марки ферритов.
Расчет для железа и ферритов на разных частотах имеет только одно отличие. Для железа максимальная индукция выбирается в районе 1 Тл. Для ферритов: при частоте до 100 кГц - 0.3 Тл, при частоте выше 100 кГц - 0.1 Тл. При желании снизить потери на перемагничивание магнитопровода максимальная индукция выбирается еще меньше.
Провод выбирается, исходя из плотности тока 5А / 1 кв. мм сечения. Это хуже европейских стандартов, но, как показала практика, вполне приемлемо. Если сила тока небольшая (менее 0.25 А), то дроссель мотается одним проводом нужного диаметра, если более 0.25 А, то жгутом из проводов 0.25 мм (для исключения скин - эффекта). Один такой провод хорошо работает при токе до 0.25 А.
Проверяя, хватит ли места для обмотки в окне магнитопровода, мы полагаем, что плотность заполнения окна не превысит 50%. Плотнее уложить провод удается только на станке. Вручную получить лучшую плотность нам не удавалось никогда.
↑ Работа с прибором
Установить R3 минимальную длительность импульса, плавно увеличивая ее, получить изображение на экране осциллографа. Сначала можно включить непрерывную развертку и внутреннюю синхронизацию, получить нестабильное изображение . Потом, подобрав чувствительность и частоту развертки, включить ждущую развертку и внешнюю синхронизацию, картинка станет как влитая.
На осциллографе с1-94 при чувствительности 0,1 В/дел, одна клетка соответствует току катушки 1 А. Увеличивая длительность импульса, добьемся перелома формы импульса вверх, считываем сколько клеток по оси Y снизу до перелома и определяем ток. Это и будет ток насыщения.
Возможны варианты – перелома не будет, а будет треугольник, который не растет при повороте регулятора R3. Это значит, насыщения нет, надо увеличить число витков катушки. Или форма не треугольная, а сглаженная – велико активное сопротивление катушки.
Если вы проверяете трансформатор, будьте осторожны, на неподключенных обмотках может быть значительное напряжение! И категорически запрещаю проверять так строчные телевизионные трансформаторы или силовые трансформаторы компьютерных блоков питания! Если катушка имеет индуктивность несколько миллигенри, она накапливает значительную энергию, которую поглощает мощный стабилитрон (он за этим и нужен), при этом он сильно разогревается (я это почувствовал по запаху), поэтому измерения таких катушек должны быть непродолжительны (я не спеша настраиваю осциллограф с небольшим импульсом, а потом поворачиваю ось R3 и засекаю ток перелома).
Особенности применения дросселей в схемах
Дроссели можно соединять последовательно и параллельно.
[Индуктивность последовательно соединенных дросселей] = [Индуктивность первого дросселя] + [Индуктивность второго дросселя]
[Индуктивность параллельно соединенных дросселей] = 1 / (1 / [Индуктивность первого дросселя] + 1 / [Индуктивность второго дросселя])
Вот одна формула [число витков] = [1E6] * [индуктивность, Гн] * [максимально возможная сила тока, А] / [площадь сечения магнитопровода, кв. мм] / [максимальное значение индукции, Тл], по которой получается, что чем больше ток через дроссель, тем больше получается число витков -- что в корне противоречит теории -- чем нужен больший ток, тем должно быть меньше число витков (ЭТО Читать ответ.
А что такое E в первой формуле, прямо таки получается огромная величина индуктивности. В первой формуле правдоподобно, если индуктивность в микрогенри Если я правильно понял, то, например, E-3 означает 0.001? Читать ответ.
Инвертор, преобразователь, чистая синусоида, синус.
Как получить чистую синусоиду 220 вольт от автомобильного аккумулятора, чтобы за.
Диодные схемы. Схемные решения. Схемотехника. Частота, мощность, шумы.
Классификация, типы полупроводниковых диодов. Схемы, схемные решения на диодах. .
Простой импульсный прямоходовый преобразователь напряжения. 5 - 12 вол.
Схема простого преобразователя напряжения для питания операционного усилителя.
Понижающий импульсный источник питания. Онлайн расчет. Форма. Подавлен.
Как рассчитать понижающий импульсный преобразователь напряжения. Как подавить пу.
Инвертирующий импульсный источник питания. Онлайн расчет. Форма. Подав.
Как рассчитать инвертирующий импульсный преобразователь напряжения. Как подавить.
Содержание / Contents
↑ Наладка
Вместо L1 подключить резистор примерно 1 кОм и проверить прямоугольную форму импульсов на выводе 11 микросхемы, на стоке, проверить регулировку изменения скважности от R3. При исправных деталях наладка не требуется. Если необходимо, можно по вкусу изменить частоту и диапазон регулировки емкостью С2 и резисторами R3R4.
↑ Печатная плата
Размеры платы (80 на 60 мм) и деталей некритичны, при желании можно добавить переключатель, который изменением С2 расширит диапазон работы, выключатель питания (я просто уменьшаю длительность импульсов до минимума), поставить VD3 на теплоотвод, внести другие опции. Синим цветом показаны перемычки (красная перемычка от диода VD3). VT1 — КТ3102.
↑ Работа с прибором
Установить R3 минимальную длительность импульса, плавно увеличивая ее, получить изображение на экране осциллографа. Сначала можно включить непрерывную развертку и внутреннюю синхронизацию, получить нестабильное изображение . Потом, подобрав чувствительность и частоту развертки, включить ждущую развертку и внешнюю синхронизацию, картинка станет как влитая.
На осциллографе с1-94 при чувствительности 0,1 В/дел, одна клетка соответствует току катушки 1 А. Увеличивая длительность импульса, добьемся перелома формы импульса вверх, считываем сколько клеток по оси Y снизу до перелома и определяем ток. Это и будет ток насыщения.
Возможны варианты – перелома не будет, а будет треугольник, который не растет при повороте регулятора R3. Это значит, насыщения нет, надо увеличить число витков катушки. Или форма не треугольная, а сглаженная – велико активное сопротивление катушки.
Если вы проверяете трансформатор, будьте осторожны, на неподключенных обмотках может быть значительное напряжение! И категорически запрещаю проверять так строчные телевизионные трансформаторы или силовые трансформаторы компьютерных блоков питания! Если катушка имеет индуктивность несколько миллигенри, она накапливает значительную энергию, которую поглощает мощный стабилитрон (он за этим и нужен), при этом он сильно разогревается (я это почувствовал по запаху), поэтому измерения таких катушек должны быть непродолжительны (я не спеша настраиваю осциллограф с небольшим импульсом, а потом поворачиваю ось R3 и засекаю ток перелома).
↑ Теория
В наше время можно недорого купить микросхемы, позволяющие собирать простые и эффективные импульсные источники питания, например, MC34063 или LM2576. Есть даже программы-калькуляторы, помогающие определить номиналы деталей или можно воспользоваться datasheet. Но возникает одна маленькая проблема — нужно намотать дроссель, который должен обладать определенной индуктивностью и сохранять эту индуктивность при значительном токе подмагничивания — до нескольких Ампер .
К сожалению, ассортимент готовых индуктивностей в магазинах беден и нужные часто недоступны. В то же время можно купить ферритовые сердечники или взять их, например, из раскуроченных электронных балластов для люминесцентных или галогеновых ламп.
Определить индуктивность можно без специальных приборов с помощью компьютера и программного пакета Arta Software, о чем я писал в прошлых публикациях (LIMP - программный измеритель RCL).
Сложнее определить, войдет сердечник в насыщение (и нарушится нормальная работа блока питания) или нет. Многолетний редактор журнала «Радио» и автор множества статей по тематике импульсных преобразователей Сергей Алексеевич Бирюков написал статью «Дроссели для импульсных источников питания на ферритовых кольцах». В ней есть практическая схема, позволяющая увидеть и измерить ток насыщения на экране осциллографа.
В статье множество формул и таблиц, я же постараюсь объяснить всё ненаучно, на пальцах.
Для того чтобы сделать дроссель надо рассчитать или взять из datasheet нужную индуктивность. Берем сердечник, на котором будем наматывать катушку и мотаем несколько десятков витков удобным проводом, например, 0,3 мм. Измеряем индуктивность, затем рассчитываем, сколько надо витков для будущего дросселя. Для этого вспоминаем, что индуктивность прямо пропорциональна квадрату числа витков. Если намотано 30 витков и индуктивность 20 мкГн, то чтобы получить 180 мкГн, надо намотать 90 витков.
Теперь вспомним что такое Ампер -витки. Это произведение числа витков на протекающий ток. Сердечник одинаково намагнитят 200 витков при токе 1 А или 1 виток при токе 200 А, или 50 витков при токе 4 А. Значит, если мы узнаем, при каком токе насытится сердечник от нашей пробной катушечки в 30 витков, мы легко узнаем какой ток выдержит наш дроссель с рабочей катушкой в 90 витков.
Надо только не забывать, что индуктивность лучше делать немного бОльшей, чем рекомендуется и что при уменьшении числа витков индуктивность падает гораздо быстрее, чем растет допустимый ток. Кроме того, для уменьшения потерь надо использовать толстый провод.
Не исключено, что данный сердечник может не подойти, тогда, если это кольца, можно сложить два-три кольца или взять другой типоразмер или даже включить два дросселя последовательно.
Считаем по формулам
[число витков] = 1000 * [индуктивность, мГн] * [максимально возможная сила тока, А] / [площадь сечения магнитопровода, кв. мм] / [максимально допустимая индукция, Тл]
[зазор в сердечнике, мм ] = [1.257E-3] * [максимально возможная сила тока, А] * [число витков] / [максимальное значение индукции, Тл]
[максимально возможная сила тока, А] = [рабочий ток дросселя, А] + [Амплитуда пульсаций тока, А] / 2
[количество проводов в жгуте] = [рабочий ток дросселя, А] / 0.25
Форма
На рисунке слева - Ш-образный сердечник, справа - П-образный. A - толщина сердечника, B - высота окна сердечника, C - ширина окна сердечника, D - ширина зуба.
Делая прокладку в сердечнике, не забудьте, что ее толщина должна быть вдвое меньше расчетного зазора, так как магнитная линия в Ш и П - образных сердечниках пересекает ее дважды.
Доброго дня. Можно ли применить методику для расчета моторного трехфазного дросселя (ПЧ+двигатель)? Какие особенности изготовления таких дросселей (например, взять три трансформатора и пр.)? Читать ответ.
Здравствуйте! Я собираю сварочный инвертор по схеме из книги Негуляева (полумост резонансный), и пытался определить с помощью ваших онлайн-калькуляторов индуктивность дросселя резонанса, но в них надо подставлять известное значение индуктивности (и откуда, к слову, его взять если нет измерительных приборов) и получать витки. А мне то надо наоборот. Это нужно, чтобы попытать Читать ответ.
При токе 50-60 А на Ш образном сердечнике витки, расположенные в непосредственной близости к зазору начинают обугливаться. Любая железка, введённая в зазор просто плавится. Это же индукционка какая-то получается. Практика подсказывает, нужно как можно дальше удалять витки от зазора. Предпочтение в таких случаях отдаётся П - обр. сердечникам. Так ли это? Читать ответ.
Помимо непонятного выражения в формуле зазора, еще непонятно почему в других источниках приведены, кажется, какие-то иные расчеты? Вот например, в этой книге [ссылка удалена], я так понял, какой-то общий случай расчета, или почему-то другие они. Читать ответ.
Здравствуйте. Для сборки импульсного источника синусоидального напряжения расчитываю параметры дросселя L1. Имеющийся Ш-образный сердечник 20*28 N87 мал по размерам, как указывает онлайн расчет. Но в программе нет возможности по требуемым параметрам подобрать необходимый размер. Чтобы пойти и купить нужный. Подскажите или требуемые габаритные размеры или программку для выбора Читать ответ.
Изготовление дросселя, катушки индуктивности своими руками, самому, са.
Расчет и изготовление катушки индуктивности, дросселя. Типовые электронные схемы.
Конструирование (проектирование и расчет) источников питания и преобра.
Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Прим.
Проверка дросселя, катушки индуктивности, трансформатора, обмотки, эле.
Как проверить дроссель, обмотки трансформатора, катушки индуктивности, электрома.
Практика проектирования электронных схем. Самоучитель электроники.
Искусство разработки устройств. Элементная база радиоэлектроники. Типовые схемы.
Пушпульный импульсный источник питания. Онлайн расчет. Форма. Подавлен.
Как рассчитать пуш-пульный импульсный преобразователь напряжения. Как подавить п.
Повышающий импульсный источник питания. Онлайн расчет. Форма. Подавлен.
Как рассчитать повышающий импульсный преобразователь напряжения. Как подавить пу.
В настоящий момент дроссели на гантельных ферритовых магнитопроводах используются повсеместно в схемах импульсных источников питания, в основном как элемент выходного LC фильтра. Они компактные, технологичные, недорогие. Их применение оправдано в случаях высоких частот преобразования и небольших значений запасаемой энергии. Как раз значение запасаемой энергии является основным фактором ограниченного применения дросселей на гантельных ферритовых магнитопроводах. Для самого большого размера гантельного магнитопровода максимальное значение запасаемой энергии ограничено пределом:
E = ( L * I^2 ) / 2 = 0,000550 . 0,000600 ( Джоулей ) = 550 . 600 ( микроДжоулей ) .
В дальнейших расчетах используется энергетический показатель дросселя L * I^2.
Исходя из вышеизложенного энергетический показатель дросселя L * I^2 ограничен значением:
L * 2^2 = 1100 . 1200 ( микроГенри•А^2 ) .
1. Техническое задание.
Частота преобразования fп = 50 кГц.
Напряжение, прикладываемое к обмотке дросселя U=30 В
Требуемая индуктивность дросселя L = 100 мкГн;
Максимальное значение тока дросселя Imax = 2 A;
Размах колебаний тока дросселя ∆I = 0,5 A;
Действующее значение тока дросселя Irms = 1,75 A;
Максимальная температура окружающей среды Тср = 40°С.
Температура перегрева дросселя Тпер = 40°С.
2. Методика расчета.
2.1. Рассчитываем энергетический показатель дросселя L * Imax^2 в микроГенри * A^2.
L * I^2 = 100 * 2^2 = 400 ( мкГн * А^2 )
2.2. В качестве материала магнитопровода выбираем феррит марки F2 (аналог 600НН) из Таблицы 1.
Таблица 1. Материалы, применяемые при изготовлении гантельных магнитопроводов.
2.3. Так как дроссель работает в режиме непрерывного тока и колебания тока не значительны, потери в материале магнитопровода так же будут не значительны из-за низкого значения колебаний магнитной индукции. Поэтому можно выбрать режим «Перегрев обмоток».
Выбираем плотность тока Jmax = 8 ( А / мм^2 ) по Графику 1.
2.4. Выбираем коэффициент использования окна Ko = 0,4 по Графику 2.
2.5. Максимальная индукция.
При нагревании материала магнитопровода магнитная индукция насыщения Bs ферритов значительно снижается. При температуре 100 º С она снижается в зависимости от марки феррита на 20 - 25 % в сравнении с 25 º С. Помимо этого при выборе Bmax необходимо предусмотреть запас по индукции для того чтобы работать на линейных участках кривой намагничивания. Кроме этого, при небольших изменениях режимов работы схемы в которой стоит дроссель, может увеличиться ток через дроссель, что опять же приведет к увеличению индукции. В этом случае тоже необходимо предусмотреть запас по индукции. Поэтому:
Bmax = Bs * 0,5 = 0,31 * 0,5 = 0,15 ( Тл ) .
2.6. Действующая магнитная проницаемость гантельных магнитопроводов согласно экспериментальным данным, находится в пределах:
mэ = 35 . 39 . Для дальнейших расчетов примем mэ = 37
2.7. Требуемое значение Sст * Sок в мм ^4 , (при этом L в Гн) .
Sст * Sок = ( L * Imax^2 * 10^6 ) / ( Jmax * Ko* Вмах) = ( 100 * 10^-6 * 2^2 * 10^6 ) / ( 8 * 0,4 * 0,15 ) = 400 / 0,48 = 833 ( мм^4 ) .
2.8. Выбираем магнитопровод типа DR2W12*16 из Таблицы 2
Рисунок 1. Размеры гантельных магнитопроводов.
Таблица 2. Размеры гантельных магнитопроводов.
2.9. Минимальное требуемое количество витков на данном магнитопроводе для того, чтобы не превысить Bmax.
wmin = ( L * Imax ) / ( Bmax * Sст ) = ( 100 * 10^-6 * 2 ) / ( 0,15 * 28,26 * 10^-6 ) = 47 ( витков ) .
2.10. Число витков обмотки для обеспечения требуемой индуктивности.
w = SQR (( L * lст ) / ( mo * mэ * Sст )) = SQR (( 100 * 10^-6 * 25 * 10^-3 ) / ( 12,56 * 10^-7 * 37 * 28,26 * 10^-6 )) = 30,85 = 44 ( витка ) .
Минимальное требуемое количество витков на данном магнитопроводе для того, чтобы не превысить Bmax получилось больше чем число витков обмотки для обеспечения требуемой индуктивности. Принимаем компромиссное решение и число витков обмотки выбираем w=46 (витков). Это решение приведет к небольшому росту индуктивности дросселя, что во многих схемах источников питания является благом, и к небольшому увеличению максимальной индукции Bmax.
Тогда индуктивность дросселя:
L = mo * mэ * w^2 *( Sст / l ст) = 12,56 * 10^-7 * 37 * 46^2 * ( 28,26 * 10^-6 / 25 * 10^-3 ) = 0,000111 = 111 мкГн
2.11. Максимальная магнитная индукция рабочая.
Bmax = ( L * Imax ) / ( w * Sст ) = ( 111 * 10^-6 * 2 ) / ( 46 * 28,26 * 10^-6 ) = 0,17 ( Тл ) .
2.12. Минимальная магнитная индукция рабочая.
Bmin = ( L * (Imax - ∆I ) / ( w * Sст ) = ( 100 * 10^-6 * ( 2 - 0,5 ) / ( 46 * 28,26 * 10^-6 ) = 0,115 ( Тл ).
2.13. Колебания магнитной индукции.
∆Bmax = Bmax - Bmin = 0,17 - 0,115 = 0,055 ( Тл ).
2.14. Расчетное сечение провода.
Sпр = Irms / Jmax = 1,75 / 8 = 0,219 ( мм^2 )
2.15. Расчётный диаметр провода.
Dпр = 1,13 * SQR ( Sпр ) = 1,13 * SQR ( 0,219 ) = 0,53 ( мм ) .
Выбираем провод типа ПЭВ-2:
Dпр = 0,53 мм , Dпр из = 0,6 мм , Sпр = 0,221 мм^2 .
3. Конструктивный расчет размещения обмотки.
3.1. Выбираем коэффициент разбухания обмотки Краз и коэффициент укладки Кук провода из Таблицы 3.
Кук = 0,95 , Краз = 1,1 .
3.2. Средняя длина намоточного слоя:
lср нсл = D = 10 ( мм ) .
3.3. Среднее число витков в одном слое обмотки:
wср сл = ( lср нсл * Кук ) / Dпр из = ( 10 * 0,95 ) / 0,6 = 15,83 ( витка )
Округляем до ближайшего целого: wср сл = 16 ( витков ) .
3.4. Число слоев обмотки:
nсл = w / wср сл = 46 / 16 = 2,88
округляем до ближайшего большего целого nсл = 3
3.5. Радиальный размер (высота) обмотки h1:
h1 = nсл * Краз * Dпр из = 3 * 1,1 * 0,6 = 2 ( мм )
Так как радиальный размер обмотки h1 меньше высоты окна магнитопровода = ( A - C ) / 2 = ( 12 - 6 ) / 2 = 3 мм, считаем что обмотка влезет в окно магнитопровода с запасом.
3.6. Средняя длина витка, lср вит:
lср вит = 3,14 * ( C + h1 ) = 3,14 * ( 6 + 2 ) = 25,1 ( мм ) .
3.7. Общая длина одной жилы провода обмотки, lw:
lw = lср вит * w = 25,1 * 46 = 1155 ( мм ) .
4. Тепловой расчет.
4.1. Удельное сопротивление меди при заданной температуре перегрева, ρмт :
ρмт = 0,01724 * ( 1 + 0,0042 * ( Тср + Тпер - 20 ) ) = 0,01724 * ( 1 + 0,0042 * ( 40 + 40 - 20 ) ) = 0,02158 ( ( Ом * мм^2 ) / м ) .
4.2. Погонное сопротивление провода обмотки, Rпог :
Rпог = ρмт / S пр = 0,02158 / 0,221 = 0,098 ( Ом / м ) .
4.3. Активное сопротивление провода обмотки, Rакт :
Rакт =Rпог * lw = 0,098 * 1,115 = 0,113 ( Ом ) .
4.4. Потери в проводе обмотки, Pw акт :
Pw акт = Rакт * Irms^2 = 0,113* 1,75^2 = 0,346 ( Вт ) .
4.5. Относительный тангенс угла магнитных потерь из Таблицы 1 :
( tgδμ / μR ) * 10^6 = 60 .
4.6. Удельные объемные потери материала магнитопровода, Pм уд :
Pм уд = 5 * fп * ∆B^2 *( ( tgδμ / μR ) * 10^6 ) = 5 * 50000 * 0,055^2 * 60 = 45375 ( Вт / м^3 ) .
4.7. Потери в материале магнитопровода, Pм :
Pм=Pм уд * Vст = 45375 * 621,72∙10^-9 = 0,028 ( Вт ) .
4.8. Общие потери , Pдр :
Pдр = Pм + Pw акт = 0,346 + 0,028 = 0,374 ( Вт ) .
4.9. Поверхность охлаждения, Sохл :
Sохл = 2 * 0,785 * А^2 + 3,14 * A * ( B - D ) + 3,14 * ( C + h1 ) * D = 2 * 0,785 * 12^2+3,14 * 12 * ( 16 - 10 ) + 3,14 * ( 6 + 2 ) * 10 = 703 ( мм^2 )
4.10. Температура перегрева, Тпер :
Тпер = Pдр / ( 13 * Sохл ) = 0,374 / ( 13 * 703 * 10^-6 ) = 40,9 ℃
Расчетная температура перегрева не много превышает заданную. Здесь необходимо принять решение о возможности эксплуатации дросселя при расчетной температуре перегрева. Либо необходимо уменьшить плотность тока в проводе обмотке и провести расчет заново. Расчет окончен.
Литература.
1. Расчет источников электропитания устройств связи. В.Е. Китаев, А.А. Бокуняев, М.Ф. Колканов. Москва. Издательство «Радио и связь». 1992 г.
2. Источники питания радиоэлектронной аппаратуры. Справочник. Г.С. Найвельт, К.Б. Мазель, Ч.И. Хусаинов и др.. Под редакцией Г.С. Найвельта. Москва. Издательство «Радио и связь». 1986 г.
3. Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. Справочник. Москва. Издательский дом «Додека-XXI». 2001 г.
SERGR Опубликована: 27.02.2022 0 0
Вознаградить Я собрал 0 2
Предлагаю вашему вниманию простой прибор, который поможет рассчитывать и испытывать катушки на ферритах с неизвестными параметрами.
Реактивное сопротивление катушки индуктивности
Идеальная катушка индуктивности не обладает классическим омическим сопротивлением, сопротивление дросселя постоянному току равно нулю. Но если к катушке индуктивности приложить переменное напряжение, то за счет периодического накопления энергии в магнитном поле и последующей отдачи ее, в цепи будет протекать конечный ток.
Причем ток через дроссель не зависит от напряжения в текущий момент, а зависит от истории изменения напряжения, то есть определяется первообразной напряжения от времени. Так, если на дроссель подано синусоидальное напряжение, то ток будет иметь форму минус косинуса. Именно благодаря такому фазовому сдвигу на идеальной катушке индуктивности не рассеивается тепловая энергия.
На реальных катушках индуктивности и в цепях вокруг них тепловая энергия, конечно, рассеивается, так как все они обладают ненулевым омическим сопротивлением. Именно на нем и рассеивается мощность.
Если рассматривать синусоидальное напряжение и оперировать понятиями действующего напряжения и тока, то можно написать формулу, напоминающую закон Ома для резисторов. [Действующий ток через дроссель] = [Действующее напряжение на дросселе] / [Z], где [Z] = (2 * ПИ * [Частота напряжения] * [Индуктивность дросселя]). Эта формула полезна при расчете индуктивных делителей переменного напряжения и фильтров высших и низших частот.
↑ Схема
Я собрал измеритель на небольшой плате, детали самые обычные, там, где удобно, ставлю SMD и вам советую. Полевой транзистор — любой с нужной проводимостью на ток от 20 А и выше, с низким сопротивлением канала в открытом состоянии, можно низковольтный. Я поставил IFRP150. Стабилизатор 6 В на микросхеме 78L06. Если ее нет, можно ставить 78L05 и добавить 1-2 диода типа КД522 в разрыв общего провода 78L05 анодом к стабилизатору. Емкости С3С4 я поставил по 2200 мкФ на 35 В. Номиналы деталей не критичны. В процессе испытаний я понял, что нужна небольшая доработка схемы. Вместо VD3 VD4 я поставил один стабилитрон Д816В. Для увеличения импульса тока до 12 А между базой и эмиттером VT1 надо поставить резистор с номиналом, как у R5. Эти небольшие изменения позволяют испытать готовые индуктивности в несколько миллигенри. Номинал R4 я уменьшил втрое, что сделало луч на экране более ярким. Сигнал к входу синхронизации осциллографа снимается с вывода 11 микросхемы через резистор 1 кОм.
↑ Теория
В наше время можно недорого купить микросхемы, позволяющие собирать простые и эффективные импульсные источники питания, например, MC34063 или LM2576. Есть даже программы-калькуляторы, помогающие определить номиналы деталей или можно воспользоваться datasheet. Но возникает одна маленькая проблема — нужно намотать дроссель, который должен обладать определенной индуктивностью и сохранять эту индуктивность при значительном токе подмагничивания — до нескольких Ампер .
К сожалению, ассортимент готовых индуктивностей в магазинах беден и нужные часто недоступны. В то же время можно купить ферритовые сердечники или взять их, например, из раскуроченных электронных балластов для люминесцентных или галогеновых ламп.
Определить индуктивность можно без специальных приборов с помощью компьютера и программного пакета Arta Software, о чем я писал в прошлых публикациях (LIMP - программный измеритель RCL).
Сложнее определить, войдет сердечник в насыщение (и нарушится нормальная работа блока питания) или нет. Многолетний редактор журнала «Радио» и автор множества статей по тематике импульсных преобразователей Сергей Алексеевич Бирюков написал статью «Дроссели для импульсных источников питания на ферритовых кольцах». В ней есть практическая схема, позволяющая увидеть и измерить ток насыщения на экране осциллографа.
В статье множество формул и таблиц, я же постараюсь объяснить всё ненаучно, на пальцах.
Для того чтобы сделать дроссель надо рассчитать или взять из datasheet нужную индуктивность. Берем сердечник, на котором будем наматывать катушку и мотаем несколько десятков витков удобным проводом, например, 0,3 мм. Измеряем индуктивность, затем рассчитываем, сколько надо витков для будущего дросселя. Для этого вспоминаем, что индуктивность прямо пропорциональна квадрату числа витков. Если намотано 30 витков и индуктивность 20 мкГн, то чтобы получить 180 мкГн, надо намотать 90 витков.
Теперь вспомним что такое Ампер -витки. Это произведение числа витков на протекающий ток. Сердечник одинаково намагнитят 200 витков при токе 1 А или 1 виток при токе 200 А, или 50 витков при токе 4 А. Значит, если мы узнаем, при каком токе насытится сердечник от нашей пробной катушечки в 30 витков, мы легко узнаем какой ток выдержит наш дроссель с рабочей катушкой в 90 витков.
Надо только не забывать, что индуктивность лучше делать немного бОльшей, чем рекомендуется и что при уменьшении числа витков индуктивность падает гораздо быстрее, чем растет допустимый ток. Кроме того, для уменьшения потерь надо использовать толстый провод.
Не исключено, что данный сердечник может не подойти, тогда, если это кольца, можно сложить два-три кольца или взять другой типоразмер или даже включить два дросселя последовательно.
↑ Итого
Для тех, кто занимается импульсными источниками питания, данный прибор будет полезен. Радиолюбитель обычно делает единичные устройства из тех узлов из деталей, которые может найти. Я не согласен с теми, кто пишет, что для LM2576 дроссель можно намотать на гвозде. Работать он может и будет (за счет внутримикросхемных ограничителей и предохранителей), но получить хороший КПД и хорошую стабилизацию не получится. Прибор, конечно, не первой необходимости, но дешев, прост и портативен, поэтому иметь его полезно.
Сначала определимся с материалом магнитопровода (сердечника). Если частота больше 10 кГц, то используем ферриты, если меньше 3 кГц, то железо, если между этими значениями, то решаем, исходя из конкретных условий.
Дросселя изготавливаются с зазором в сердечнике. Правильная толщина зазора в сочетании с нужным числом витков обеспечивает нужные параметры дросселя.
Вашему вниманию подборка материалов:
Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам
- Нужную индуктивность,
- Допустимую магнитную индукцию, исключающую насыщение,
- Нужный диаметр обмоточного провода, подходящий под предполагаемую силу тока (обмотка с расчетным числом витков должна поместиться в окно магнитопровода).
Одним из подходов к расчету является итерационный: исходя из нужной максимальной силы тока и индуктивности, рассчитываем зазор и число витков. Исходя из числа витков, площади окна магнитопровода и плотности заполнения окна (около 0.6), определяем максимальную толщину провода, которым может быть выполнена обмотка. Проверяем, подходит ли такой провод под нужный ток. Если да, расчет окончен. Если нет, то выбираем больший магнитопровод и рассчитываем для него. В случае, если расчет дает слишком толстый провод (больше 1 кв. мм), то обмотку лучше выполнять жгутом более мелких проводов.
Формулы для расчетов:
[индуктивность дросселя, Гн] = [1.257E-9] * [площадь сечения магнитопровода, кв. мм] * [количество витков]^2 / [зазор в сердечнике, мм]
[максимальное значение индукции, Тл] = [1.257E-3] * [максимально возможная сила тока, А] * [количество витков] / [зазор в сердечнике, мм]
Для железа максимальная индукция выбирается в районе 1 Тл. Для ферритов: при частоте до 100 кГц - 0.3 Тл, при частоте выше 100 кГц - 0.1 Тл. Если необходимо снизить потери на перемагничивание магнитопровода, то максимальная индукция выбирается еще меньше.
[число витков] = [1E6] * [индуктивность, Гн] * [максимально возможная сила тока, А] / [площадь сечения магнитопровода, кв. мм] / [максимальное значение индукции, Тл]
[зазор в сердечнике, мм ] = [1.257E-3] * [максимально возможная сила тока, А] * [число витков] / [максимальное значение индукции, Тл]
↑ Печатная плата
Размеры платы (80 на 60 мм) и деталей некритичны, при желании можно добавить переключатель, который изменением С2 расширит диапазон работы, выключатель питания (я просто уменьшаю длительность импульсов до минимума), поставить VD3 на теплоотвод, внести другие опции. Синим цветом показаны перемычки (красная перемычка от диода VD3). VT1 — КТ3102.
↑ Итого
Для тех, кто занимается импульсными источниками питания, данный прибор будет полезен. Радиолюбитель обычно делает единичные устройства из тех узлов из деталей, которые может найти. Я не согласен с теми, кто пишет, что для LM2576 дроссель можно намотать на гвозде. Работать он может и будет (за счет внутримикросхемных ограничителей и предохранителей), но получить хороший КПД и хорошую стабилизацию не получится. Прибор, конечно, не первой необходимости, но дешев, прост и портативен, поэтому иметь его полезно.
Предлагаю вашему вниманию простой прибор, который поможет рассчитывать и испытывать катушки на ферритах с неизвестными параметрами.
Читайте также: