Схема импульсного трансформатора: Импульсный трансформатор: принцип работы, расчет

Импульсный трансформатор

Одним из основных элементов импульсных источников питания является импульсный трансформатор. Особенность работы данного вида трансформатора заключается в том, что на вход подается периодическая последовательность импульсов одной полярности, содержащие постоянную составляющую тока.

В следствии чего, происходит непрерывное подмагничивание сердечника. Рассмотрим более детально работу импульсного трансформатора. Схема включения трансформатора изображена на рисунке 1 (а).

На рисунке 1 (б) приведены временные зависимости тока, напряжения и индукции во вторичной обмотке от напряжения на первичной обмотке:

Рисунок 1. Схема включения (а) и временные диаграммы (б) импульсного трансформатора.

Так как напряжение на входе имеет прямоугольную форму е(t) и период следования импульсов больше чем их длительность, то при положительном напряжении (интервал t_u )  индукция магнитного поля возрастает.

А когда напряжение на входе отсутствует (интервал (T−t_u)), индукция спадает по экспоненциальному закону. Скорость уменьшения и увеличения индукции сердечника трансформатора характеризуется постоянной времени, которая рассчитывается по формуле:

Индукция изменяется от максимального значения B_m до значения остаточной индукции B_r.

Данный процесс проиллюстрирован на рисунке 2. Рабочая точка на петле гистерезиса перемещается по частному циклу перемагничивания, что ведет к возрастанию минимально необходимых габаритов сердечника.

Рисунок 2. Перемещение рабочей точки в сердечнике импульсного трансформатора.

Следует обратить внимание, что напряжение на вторичной обмотке трансформатора U₂ содержит отрицательный выброс в следствии накопленной сердечником энергии, что обеспечивается током намагничивания i_μ.

Это линейный ток, который добавляется к импульсному току нагрузки. В результате чего импульсы входного тока (первичной обмотки) имеют форму трапеции.

Напряжение во вторичной обмотке рассчитывается по формуле:

где ψ – потокосцепление, s – сечение магнитопровода.

Так как производная от изменения постоянного тока в первичной обмотке при выбранных условиях имеет постоянное значение, то индукция сердечника импульсного трансформатора возрастает по линейному закону.

Это позволяет нам заменить производную разностью начальных и конечных значений временного интервала. Тогда предыдущая формула будет иметь следующий вид:

где Δt = t_u — длительность входного импульса напряжения

Немного видоизменим формулу, заменив Δt длительностью импульса t_u и умножим обе части формулы на эту величину:

Данное выражение описывает площадь импульса напряжения, передаваемого во вторичную обмотку, что является основной характеристикой импульсного трансформатора. Она зависит напрямую от перепада индукции, чем больше Δ

B, тем больше площадь и соответственно тем лучше.

Величина ΔB определяется индуктивностью первичной обмотки, которая зависит от площади сечения сердечника, его магнитной проницаемости и количества витков провода:

Значительно влияет на индуктивность трансформатора магнитная проницаемость. Исходя из чего, при проектировании трансформатора выбирают магнитный материал с линейным участком кривой намагничивания, а также с наибольшим значением μ_а.

Выбранный магнитный материал должен обладать минимальным значением остаточной индукции В_r. В случае, если магнитный материал и тип обмотки не подходят, форма импульса значительно искажается, что негативно отражается на характеристиках трансформатора и приводит к появлению шумов в аппаратуре.

Из магнитных материалов для изготовления импульсных трансформаторов используются тонкие ленты трансформаторных сталей или пермаллой с малым коэффициентом прямоугольности:

В высокочастотных импульсных трансформаторах применяются ферритовые сердечники, так как они имеют малые динамические потери. 

<< Предыдущая  Следующая >>

принцип действия прибора, показатели, влияющие на работу

Современные электронные и электрические приборы имеют достаточно сложное устройство. Их эффективную и бесперебойную работу обеспечивает большое количество составляющих. Одной из них является импульсный трансформатор, принцип работы которого основывается на активном преобразовании электрического тока.

Основная функция

Устройства, работа которых зависит от электрического тока, часто оснащаются импульсными трансформаторами (ИТ). Делается это для того, чтобы обеспечить защиту от короткого замыкания, слишком высокого напряжения, исходящего от сети, и перегревания корпуса электроприборов. Импульсный трансформатор, установленный внутрь блока питания, преобразует напряжение таким образом, что импульс, получаемый на выходе, имеет минимум искажения. Степень преобразования выходного импульса зависит от технических характеристик ИТ.

Использование подобного трансформирующего устройства даёт возможность существенно уменьшить вес, размер и цену приборов, в которых он устанавливается.

Он присутствует как в технике, используемой в быту (цветных телевизорах, компьютерных мониторах), так и в специальном оборудовании, в основе которого заложено действие импульса (газовых лазерах, магнетронах, триодных генераторах, дифференцирующих трансформаторах).

Требования к производству

Процесс создания импульсного трансформатора проходит с чётким соблюдением определённых требований. Требования, которым должен соответствовать ИТ, делятся на:Технико-экономические. К ним относится вес, габариты, стоимость. Также важно, чтобы для изготовления прибора применялись доступные исходные материалы и производственные технологии. Эта категория требований является весьма условной, так как включённые в неё параметры могут легко изменяться в зависимости от разных факторов. К примеру, в качестве исходных материалов могут выступать проводники, диэлектрики разного типа, которые в дальнейшем могут по-разному повлиять на вес,

размер или стоимость готового трансформатора.

• Эксплуатационные. Определяют степень надёжности исходного сырья, его термостойкость, устойчивость к климатическим факторам и механическим повреждениям. Важным эксплуатационным требованием является обязательная проверка трансформатора на возможность работать в аварийном режиме.

Основные показатели работы ИТ, такие как напряжение, мощность и форма импульса, контролируются функциональными требованиями. Именно от того, насколько точно они будут соблюдены, зависит, как долго и с какой эффективностью импульсный трансформатор будет выполнять свою функцию.

В ходе изготовления сердечника может быть использован разный материал. Наиболее часто в качестве исходного сырья выступает:

• Электротехническая сталь.
• Феррит.
• Пермаллой.

Самым лучшим сырьём для производства трансформаторных сердечников считается альсифер. Он является достаточно редким материалом, поэтому альсиферовые сердечники встречаются довольно редко.

Механизм действия и виды устройств

Работа импульсного трансформатора обеспечивается за счёт пары катушек, соединённых магнитоводом и имеющих обмотку различной конфигурации. Количество витков на обмотке определяет мощность электрической энергии, получаемой на выходе.

Первичный контур обмотки принимает на себя однополярные импульсные сигналы. На ней же определяются импульсы с коротким временным интервалом, имеющие прямоугольную форму. Затем эти же импульсы находят отражение на вторичной обмотке. Принцип отражения является основным в работе всех ИТ.

Трансформаторы могут иметь различное устройство. Одна из отличительных особенностей конструкции — типы обмотки. В зависимости от неё выделяют следующие разновидности прибора:

• тороидальный,
• стержневой,
• броневой,
• бронестержневой.

Внутри этих трансформаторов может быть использована разная обмотка. Катушки могут иметь форму:

• Спирали. В качестве основного материала используется фольга. Спиральные катушки характеризуются минимальной индуктивностью рассеивания, чаще всего устанавливаются в автотрансформаторы.
• Цилиндра. Такая катушка отличается простотой формы и низким показателем индуктивности.
• Конуса. Такая форма получается из-за разной толщины контуров, возрастающей от начала к концу.

Виды и формы обмоток оказывают непосредственное влияние на технические и эксплуатационные параметры ИТ, такие как напряжение, габаритная мощность, размеры и вес.

На каждом трансформаторе присутствует специальная маркировка, содержащая сведения о его разновидности и типе установленной катушки.

Расчёт показателей

Импульсный трансформатор не только выпускается на производстве, но и создаётся самостоятельно. Чтобы изготовленное своими руками устройство выполняло свои функции без ошибок и сбоев, потребуется предварительно рассчитать:

• площадь сердечника (в его поперечном сечении),
• минимальное число витков обмотки,
• диаметр сечения проводов для контуров,

Определив значение основных параметров, не составит труда узнать габаритную мощность ИТ. Верные расчёты помогут создать импульсный трансформатор, который при относительно небольшом весе будет обладать высоким коэффициентом полезного действия, расширенным диапазоном напряжения. При этом затраты на самостоятельное изготовление устройства будут очень небольшими.

Электрическая схема трансформатора

В России эра преобразования напряжения из одной величины в другую берёт начало из работ по изучению ферромагнитных материалов великим российским физиком Александром Григорьевичем Столетовым, который впервые открыл в 1880-х годах гистерезисную петлю, а так же перераспределение доменов в ферромагнитном материале при воздействии на него электромагнитного поля.

Ранее, тогда ещё не изученный этот эффект позволил выявить Майклу Фарадею в 1831 году возможность передачи энергии по всей плоскости ферромагнитного материала – так называемое явление электромагнитной индукции. Через 17 лет Генрих Даниэль Румкорф впервые положил прообраз графического изображения намагниченной катушки.

Первый трансформатор передачи переменного тока представлял собой ферромагнитный стержень с несколькими обмотками. Данное изобретение было зафиксировано выдачей патента Яблочникову Павлу Николаевичу в 1876 году, но трансформатор в его современном представлении был представлен уже через год в 1877 году Мотовиловым Дмитрием Николаевичем. Тогда же появилось первая электрическая схема трансформатора, отображающая две обмотки на ферромагнитном материале.

В скором времени в Лондоне в 1884 году на станции Гровнерской галереи (считается, что здесь появилась первая электростанция) были применены последовательно соединённые трансформаторы Голяра и Гиббса на основе замкнутого сердечника. За два года до этого в галерее были установлены первые паровые генераторы Томаса Эдисона. В том же году братья Эдуард и Джон Гобкинсоны произвели в свет первые трансформаторы с замкнутыми сердечниками. Промышленное производство трансформаторов с замкнутым сердечником началось в 1885 году в Венгрии электромашиностроительным заводом «Ганц и Ко». Это были конструкции на кольцевом, броневом и стрежневом сердечниках. Венгерский конструктор Макс Дери в этом же году получает патент на конструкцию трансформаторов с параллельным соединением. Первые модели тут же выявили один существенный недостаток – быстрый перегрев магнитопровода из-за большой величины нагрузки потребителей, что приводило в негодность обмотки трансформатора. В 1889 году шведский изобретатель Д. Свинберн для уменьшения перегрева обмоток погрузил рабочий трансформатор в керамический сосуд, наполненный маслом, назвав его при этом «масляным трансформатором». В этом же году шведский инженер Джонс Венстрем изобретает трёхфазную систему для генераторов, трансформаторов и электродвигателей. В это время появляется трёхфазная электрическая схема трансформатора, которую изобретает русский ученый М. О. Доливо-Добровольский, а уже в 1891 году Чарльз Браун и Волтер Бовери в швейцарском городе Баден организовали компанию по передаче высоковольтной энергии. Спрос на электричество рос экспоненциальной прогрессией и в 1893 году компания Брауна – Бовери предоставила Европе первую промышленную электростанцию на основе применения трёхфазных трансформаторов. Электричество вырабатывалось паровыми генераторами Эдисона. В Российской империи уже упомянутая фирма «Ганц и Ко» в оперном театре Одессы для его освещения запустила одну из первых установок переменного тока. Это произошло в 1887 году.

С тех пор развитие в этой области шагнуло далеко вперёд и на сегодняшний день существует 7 классификаторов трансформаторов. Разделяют трансформаторы по предназначению:
— Силовые трансформаторы – достаточно общее понятие, объединяющее применение трансформаторов в статических преобразователях для преобразования переменного тока в постоянный (выпрямители), либо, наоборот — из постоянного в переменный (инверторы). Их основное предназначение заключается в преобразовании одной величины напряжения и тока в напряжение и ток другой величины без изменения мощности (с учётом, конечно, потерь из-за индукции рассеяния).
— Силовые трансформаторы специального назначения – чаще всего их можно встретить в старых сварочных аппаратах, устройствах пониженной или повышенной частоты (в электрооборудовании железных дорог) и т.д.
— Испытательные трансформаторы применяются для получения высоких или сверхвысоких напряжений и токов. В промышленности их применяют для проверки пробоя изоляции (керамических изоляторов, к примеру), в высоковольтных испытательных лабораториях. Долговременная работа таких трансформаторов исключена.
— К измерительным трансформаторам относят трансформаторы напряжения и тока. Применяют их преимущественно в силовой электронике или в электроустановках с высоким напряжением, где необходимо измерение высоковольтных цепей стандартным измерительным оборудованием.
— Ещё до совсем недавнего времени в блоках питания радиоустройств бытовой электроники применялись радиотрансформаторы. Так же этот тип используют для согласования сопротивлений в межблочных соединениях электрических цепей. Сегодня в блоках питания им на смену пришла импульсная технология, а радиотрансформаторы применяются лишь в устройствах, критичных к чИстоте питающего напряжения (мощных дорогих звуковых усилителях, например).

По виду охлаждения трансформаторы подразделяются на сухие и масляные. Количество фаз в силовой обмотке делит трансформаторы на однофазные и трёхфазные. Так же существует классификация по форме магнитопровода: стержневые (строчные трансформаторы в телеаппаратуре), броневые, тороидальные и овальные.

Электрическая схема трансформатора в самом простом исполнении должна содержать как минимум две обмотки. Такие трансформаторы называют двуобмоточными. Если обмоток больше двух, то они попадают в класс многообмоточных. Конструктивное исполнение обмоток трансформаторов разделяет их на цилиндрические, дисковые и концентрические.

По соотношению обмоток трансформаторы делятся на повышающие – если напряжение вторичной обмотки больше силовой, и понижающий (соответственно наоборот).

Принцип работы устройства хорошо виден из принципиальной электрической схемы трансформатора.

Первичная обмотка W1, при подключении к ней источника переменного напряжения U1, за счёт протекания тока I1 наводит в сердечнике из магнитопроводящего материала переменный магнитный поток Ф, который, в свою очередь, индуктирует в первичной и вторичной (W2) обмотках ЭДС Е1 и Е2. За счёт коэффициента трансформации (отношения ЭДС или количества витков первичной обмотки к вторичной) и эффекта магнитной индукции в обмотке W2 при подключении нагрузки Zн начинает протекать ток I2 . На нагрузке появляется напряжение U2 .

Коэффициент трансформации определяет отношение ЭДС либо количество витков первичной обмотки к вторичной. Если значение K>1, то трансформатор считается понижающим, если K<1 – то повышающим. Один и тот же трансформатор в зависимости от обмотки подключаемого источника напряжения может быть как понижающим, так и повышающим.

Способность передать энергию через магнитопровод без потерь, которые будут неизбежны, определяет КПД трансформатора. Современные трансформаторы в заводском исполнении позволяют достичь КПД до 99%. Основными причинами снижения КПД в трансформаторах являются магнитные потери в сердечнике за счёт вихревых токов и гистерезиса (потери энергии из-за перемагничивания сердечника), удельного сопротивления обмоток трансформатора, качества исполнения намотки, величины подключённой нагрузки по отношению к габаритной мощности сердечника.

Многие компьютерные программы, позволяющие производить симуляцию работы электронных схем, для обработки результатов физических процессов преобразования энергии трансформатором используют электронную схему замещения трансформатора. В такой схеме магнитная связь, обычно, заменяется электрической цепью. Существует 2 типа схем эмуляции трансформатора: Т-образная и упрощённая. 

В данной электрической схеме замещения трансформатора магнитные связи заменяют электрическими. R1 и X1 совместно с R2 и X2 представляют собой электрическую эмуляцию первичной и вторичной обмоток трансформатора, а R0 и X0 – намагничивание и холостой ход. Если брать в расчёт идеальный трансформатор без потерь, то электрическая схема трансформатора будет выглядеть следующим образом. 

1 января 1970 года был утверждён единый международный ГОСТ условного графического отображения трансформаторов. Согласно ГОСТу 2.723—68, электрическая схема трансформатора может отображаться в 3-х вариантах: упрощённом однолинейном, упрощённом многолинейном и развёрнутом. Упрощённое отображение УГО (условного графического отображения) представляет магнитную связь трансформатора в виде окружности .

К примеру, трёхфазный автотрансформатор с ферромагнитным магнитопроводом и девятью выводами на схеме отобразится следующим образом . Данный тип отображения электрической схемы трансформаторов чаще встречается в старых схемах 70-х годов. Современные принципиальные схемы используют УГО низкочастотных трансформаторов по 2-му типу в виде обозначения двух дросселей и ферромагнитного материала —  (трансформатор с магнитодиэлектрическим сердечником). Электрическая схема трансформатора импульсного типа всё чаще встречается в таком обозначении .

В последнее время современная бытовая электроника практически полностью перешла на использование в блоках питания импульсной схемотехники. Преимущество её очевидно — меньшие массогабаритные размеры, большее КПД и лучшие мощностные показатели блоков питания. Во многих решениях сегодня используются трансформаторы на сердечниках с высокой магнитной проницаемостью от 400HH и выше. Такие трансформаторы называют высокочастотными или, в простонародье – импульсными. Разберите любой импульсный компьютерный блок питания, и вы увидите его схемотехнику и трансформаторы в том числе. К примеру, на принципиальной электрической схеме ниже представлена реализация мощного зарядного устройства (или блока питания) на основе популярного ШИМ контроллера UC3842, силового полевого транзистора UFN432 и высокочастотного силового трансформатора с изолированным магнитным материалом Т1. 

Сердечники импульсных трансформаторов выпускают с немагнитным зазором и без него. Немагнитный зазор применяется для того, чтобы под воздействием больших индукционных токов ферромагнитный сердечник не входил в насыщение, что чревато снижением КПД, быстрым перегревом трансформатора и выходом его из строя. Как правило, такие трансформаторы применяют в импульсных блоках питания, работающих по принципу Flyback (однотактного преобразования энергии). По сути, на его первичную обмотку через силовой ключ поступают импульсы заданной ШИМом частоты. В сердечнике в рабочий период импульса накапливается ЭДС, а в момент паузы накопленная энергия, согласно коэффициенту трансформации передаётся в нагрузку вторичной обмоткой. То есть на практике мы получаем двуобмоточный дроссель. Выше приведённая схема (и большинство схем сетевых понижающих импульсных блоков питания) работает именно по такому принципу. Сетевые импульсные сварочные аппараты (большей частью) так же используют данный тип сердечника.

Сердечники без немагнитоного зазора (торроидальные, броневые и т.д.) используются чаще в топологии импульсных преобразователей по схеме Push-pool. Эта технология чаще используется в импульсных повышающих / понижающих преобразователях, когда необходимо из одного постоянного напряжения сделать напряжение другой величины. К примеру, по приведённой ниже схеме, реализуется простой блок питания автомобильного аудио усилителя. 

В данной электрической схеме работа трансформатора Т1 подобна работе обычного трансформатора, то есть на обмотки I и II поочерёдно через ключи VT3 и VT4 поступают прямоугольные импульсы (в идеале). Через коэффициент трансформации напряжение снимается с обмоток III и IV. Возможно, читатель задаст вопрос о том, что если импульсы будут идти непрерывно, то, по сути, это же постоянное напряжение, которое приведёт к сквозным токам в первичной обмотке нашего трансформатора и транзисторам, что приведёт к практически моментальному выходу их из строя. Специально для этого в любой микросхеме ШИМ присутствует такой параметр, как «мёртвое время», задающее паузу подачи импульсов на один ключ и другой. Этим временем мы можем изменять напряжённость электромагнитного поля и его индуктивность, тем самым регулируя уровень напряжения на выходе преобразователя. Изучение работы импульсного трансформатора занимает довольно обширный материал, не входящий в специфику этой статьи.

Электрическая схема с применением импульсного трансформатора требует грамотного расчёта и подбора элементной базы, ведь такое схемотехническое решение является в первую очередь высокочастотным, что подразумевает использование специфических радиодеталей (транзисторы с низким сопротивлением перехода, низкоимпедансные конденсаторы, расчёт мощностей критических сопротивлений и т.д.). Особо важным моментом является расчёт импульсного трансформатора. Не вдаваясь в подробности, скажем, что наиболее простыми и удобными компьютерными программами для расчёта импульсных трансформаторов являются программы человека с ником Starichok (Владимир Денисенко) из Пскова.

Flyback – программа, позволяющая произвести расчёт импульсного трансформатора для обратноходового преобразователя или блока питания.

ExcellentIT – программа для расчёта импульсного трансформатора для двухтактного преобразователя.

Tranz50Hz – расчёт силового трансформатора для электрической 50Hz сети на различных сердечниках.

Все его программы имеют удобный интерфейс, обширную базу параметров заводских сердечников, файл помощи. Кроме того, автор без проблем отвечает на заданные вопросы. Эти и многие другие программы присутствуют в ветках автора на радиоэлектронных форумах.

Схема импульсного источника питания для шуруповерта на +14В (КТ872, ТПИ-8-1)

Описана принципиальная схема самодельного импульсного блока питания с выходным напряжением +14В и током, достаточным для питания шуруповерта.

Шуруповерт, или аккумуляторная дрель очень удобный инструмент,но есть и существенный недостаток, при активном использовании аккумулятор разряжается очень быстро, — за несколько десятков минут, а на зарядку требуются часы.

Не спасает даже наличие запасного аккумулятора. Хорошим выходом из положения при проведении работ в помещении с рабочей электросетью 220V был бы внешний источник для питания шуруповерта от сети, который можно было бы использовать вместо аккумулятора.

Но, к сожалению, промышленно не выпускаются специализированные источники для питания шуруповертов от электросети (только зарядные устройства для аккумуляторов, которые невозможно использовать как сетевой источник из-за недостаточного выходного тока, а только как зарядное устройство).

В литературе и интернете встречаются предложения в качестве источника питания для шуруповерта с номинальным напряжением 13V использовать автомобильные зарядные устройства на основе силового трансформатора, а также блоки питания от персональных компьютеров и для галогенных осветительных ламп.

Все это возможно неплохие варианты, но не претендуя на оригинальность, я предлагаю сделать специальный блок питания самостоятельно. Тем более, на основе приводимой мною схемы можно сделать и блок питания другого назначения.

Принципиальная схема

Схема частично заимствована из Л.1, вернее, сама идея, сделать нестабилизированный импульсный источник питания по схеме блокинг-генератора на основе трансформатора блока питания телевизора.

Рис. 1. Схема простого импульсного источника питания для шуруповерта, выполнена на транзисторе КТ872.

Напряжение от сети поступает на мост на диодах VD1-VD4. На конденсаторе С1 выделяется постоянное напряжение около 300V. Этим напряжением питается импульсный генератор на транзисторе VТ1 с трансформатором Т1 на выходе.

Схема на VТ1 — типичный блокинг-генератор. В коллекторной цепи транзистора включена первичная обмотка трансформатора Т1 (1-19). На неё поступает напряжение 300V с выхода выпрямителя на диодах VD1-VD4.

Для запуска блокинг-генератора и обеспечения его стабильной работы на базу транзистора VТ1 поступает напряжение смещения от цепи R1-R2-R3-VD6. Положительная обратная связь, необходимая для работы блокинг-генератора обеспечивается одной из вторичных катушек импульсного трансформатора Т1 (7-11).

Переменное напряжение с неё через конденсатор С4 поступает в базовую цепь транзистора. Диоды VD6 и VD9 служат для формирования импульсов на базе транзистора.

Диод VD5 совместно с цепью C3-R6 ограничивает выбросы положительного напряжения на коллекторе транзистора величиной напряжения питания. Диод VD8 совместно с цепью R5-R4-C2 ограничивает выбросы отрицательного напряжения на коллекторе транзистора VT1. Вторичное напряжение 14V (на холостом ходу 15V, под полной нагрузкой 11V) берется с обмотки 14-18.

Выпрямляется диодом VD7 и сглаживается конденсатором С5. Режим работы выставляется подстроечным резистором R3. Его регулировкой можно не только достигнуть уверенной работы блока питания, но в некоторых пределах отрегулировать выходное напряжение.

Детали и конструкция

Транзистор VT1 должен быть установлен на радиатор. Можно использовать радиатор от блока питания МП-403 или любой другой аналогичный.

Импульсный трансформатор Т1 — готовый ТПИ-8-1 от модуля питания МП-403 цветного отечественного телевизора типа 3-УСЦТ или 4-УСЦТ. Эти телевизоры некоторое время назад шли на разборку либо вообще выбрасывались. Да и трансформаторы ТПИ-8-1 в продаже присутствуют.

На схеме номера выводов обмоток трансформатора показаны соответственно маркировке на нем и на принципиальной схеме модуля питания МП-403.

У трансформатора ТПИ-8-1 есть и другие вторичные обмотки, так что можно получить еще 14V используя обмотку 16-20 (либо 28V включив последовательно 16-20 и 14-18), 18V с обмотки 12-8, 29V с обмотки 12-10 и 125V с обмотки 12-6.

Таким образом, можно получить источник питания для питания какого-либо электронного устройства, например УНЧ с предварительным каскадом.

На втором рисунке показано как можно сделать выпрямители на вторичных обмотках трансформатора ТПИ-8-1. Эти обмотки можно использовать для отдельных выпрямителей либо включать их последовательно для получения большего напряжения. Кроме того, в некоторых пределах можно регулировать вторичные напряжения, изменяя число витков первичной обмотки 1-19 используя для этого её отводы.

Рис. 2. Схема выпрямителей на вторичных обмотках трансформатора ТПИ-8-1.

Впрочем, этим дело и ограничивается, потому что перематывать трансформатор ТПИ-8-1, — довольно неблагодарная работа. Его сердечник плотно склеен, и при попытке его разделить ломается совсем не там, где ожидаешь.

Так что вообще любое напряжение от этого блока получить не выйдет, разве что с помощью вторичного понижающего стабилизатора.

Диод КД202 можно заменить любым более современным выпрямительным диодом на прямой ток не ниже 10А. В качестве радиатора для транзистора VT1 можно использовать имеющийся на плате модуля МП-403 радиатор ключевого транзистора, немного переделав его.

Щеглов В. Н. РК-02-18.

Литература:

1. Компаненко Л. — Простой импульсный преобразователь напряжения для БП телевизора. Р-2008-03.

ИМПУЛЬСНЫЕ СИЛОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ — Coretech

Стандартный ряд трансформаторов для импульсных источников электропитания

Каталог стандартных импульсных трансформаторов
скачать «Power pulse transformers» каталог а архиве /2710кБ/
Содержание каталога.
Трансформаторы на вертикальном каркасе сердечника типа EF16
1-6 Вт Один выход • 1-6 Вт Два выхода • 1-9 Вт Один выход (Для Tiny Switch) • 6-12 Вт Два выхода • 6-12 Вт Три выхода
Трансформаторы на вертикальном каркасе сердечника типа EEL19
10-18 Вт Два выхода • 10-18 Вт Пять выходов
Трансформаторы на горизонтальном каркасе сердечника типа EF20
12-24 Вт Два выхода • 12-24 Вт Три выхода
Трансформаторы на горизонтальном каркасе сердечника типа EF25
15-30 Вт Три/один выход
Трансформаторы на вертикальном каркасе сердечника типа EER28(ERL28)
30-60 Вт Четыре выхода
Трансформаторы на вертикальном каркасе сердечника типа ETD34
60-90 Вт Четыре выхода
Трансформаторы на горизонтальном каркасе сердечника типа ETD39
70-140 Вт Четыре выхода
Трансформаторы на горизонтальном каркасе сердечника типа ETD44
120-180 Вт Четыре выхода

Импульсные трансформаторы, изготовляемые по техническому заданию заказчика

                                   
Использование стандартного ряда трансформаторов зачастую становится невозможным из-за специфических требований к габаритам трансформатора, установочным размерам, количеству обмоток и пр.
Нашим предприятием предоставляется услуга изготовления трансформаторов по техническому заданию заказчика.
Для производства импульсных трансформаторов наиболее часто используют составные ферритовые сердечники типов EE, ETD, PQ, RM как с зазором, так и без зазора на центральном стержне.

Для того, чтобы заказать изготовление трансформаторов или других моточных узлов, обратитесь в наш отдел продаж.
Сотрудники нашего предприятия помогут Вам подобрать эффективные компоненты для Вашего моточного узла.

Для расчёта конструкции нового импульсного трансформатора многие конструктора используют программу PI Expert, которая распространяется бесплатно. С помощью этой программы осуществляется расчёт моточного узла и предлагается комплектация для его изготовления.
Дистрибутив и апгрейд этой программы можно получить разделе нашего сайта БИБЛИОТЕКА, где находится большая подборка тематической технической литературы для разработчиков и исследователей электронной техники.
Также в этом разделе Вы найдёте подборку каталогов по сердечникам, проводам, изоляции и другим компонентам для изготовления индуктивных элементов.

Тороидальные сердечники в применении для импульсных трансформаторов имеют ряд недостатков:
Отсутствие зазора, сложность распределения большого количества обмоток и их изоляции, сложность маркировки и размещения большого количества выводов на многообмоточных трансформаторах. Наша компания предоставляет услугу изготовления трансформаторов и на тороидальных сердечниках из ферритов и других ферримагнитных материалов. 

Импульсный трансформатор, что это такое? Полное описание

Кратковременный импульсный режим работы некоторых электрических устройств служит для обеспечения генерирования больших величин мощности, а ее использование  в течение короткого промежутка времени называется импульсным режимом.

Мощные импульсные трансформаторы ТПИ, применяемые  для импульсных питающих источников служат для подачи электроэнергии во вторичные цепи.  Они выполняют функцию согласующего элемента между генератором первичной сети и потребителем импульсного напряжения. ИТ изменяет уровень и полярность формируемого импульса.

Они служат для создания обратной связи в контурах импульсного устройства, применяются для изменения импульса и формирования его в прямоугольную форму, обладающую величиной напряжения с постоянным периодом действия и наиболее крутым фронтом, что соответствует более широкой сфере применения.

Распределение электрических цепей в зависимости от постоянного и переменного значения тока.

Сфера применения импульсных трансформаторов

Основное предназначение ИТ – работа в импульсных устройствах – это: генераторы на триодах, магнетроны, газовые лазеры и прочая устройства. ИТ также используются в качестве дифференцирующих трансформаторов.

Сфера применения ИТ – это практически вся радиоэлектронная аппаратура, включая телевизоры и компьютерные мониторы, они обязательны для блоков питания импульсного типа. Одна из важных функций – применение для стабилизации выходного напряжения в режиме работы устройств.

Они служат для осуществления защиты от короткого замыкания потребителей в режиме ХХ (холостого хода) и защищают устройство от превышения значения напряжения или при перегреве корпуса прибора.

Основные требования

1. Функциональность – определение значений всех электрических параметров (мощность, напряжение и вид импульса)
2. Эксплуатационные требования – надежность и высокая перегрузочная способность, стойкость к механическим повреждениям и климатическому состоянию, повышенная электрическая прочность.
3. Технико-экономические требования – малые габариты и небольшие потери, трудозатраты при изготовлении зависят от свойств, предъявляемых к сфере использования.

Общие конструктивные схемы и типы импульсных трансформаторов

Различие конструктивных форм продиктовано широким диапазоном использования, зависит от мощности, напряжения и вида форм протяженности импульса, предназначения и эксплуатационных требований.

Основные типы обмоток и импульсных трансформаторов – это:

1. Стержневой ИТ.
2. Броневой.
3. Бронестержневой.
4. Тороидальный.

Основной тип форм поперечного сечения – круговая или прямоугольная, аналогичная силовым трансформаторам.

Обозначения в схемах:

l – длина магнитной линии средней величины;

l_1, l₂– внутренняя и наружная протяженность (длина) короткой и длинной линии;

h– длины обмоток, цифровой индекс обозначает катушку,

h₀ – ширина окна для стержневых и броневых схем и длина ярма для тороидальных МС.

Δ – толщина катушки, с цифровым индексом – толщина изоляционного материала между двумя обмотками.

А₁, А₂ толщина обмоток;

a, b, c – стороны сечения прямоугольного МС и диаметр круглого МС;

S и S₁–геометрическая и рабочая площадь сечений МС;

k_a – коэффициент наполнения сечения электротехнической листовой или ленточной сталью;

w – витки обмотки;

n–коэффициент трансформации;

λ – коэффициент использования протяженности МС.

 

Рис. №1. Конструктивная схема стержневого импульсного трансформатора.

Главная особенность импульсного трансформатора– небольшое количество витков в обмотках. Самыми экономичными считаются тороидальные ИТ, а менее всего – бронестержневые ИТ

 

Рис. №2. Схема обмотки броневого ИТ.

 

Рис. №3. Схема обмотки бронестержневого ИТ.

 

 

Рис. №4. Конструктивная схема ИТв виде торроида.

 

Рис. №5. Прямоугольное сечение ИТ поперечного плана.

 

Рис. №6. Поперечное сечение ИТ кругового типа.

 

Характерная особенность конструкции импульсного трансформатора

Основное свойство цилиндрической обмотки – невысокая индуктивность рассеяния. Обмотки отличаются простотой конструкции и прекрасной технологичностью. Они могут иметь различное число и расположение слоев и секций, отличаются схемами соединений. В конструкции используется трансформаторное и автотрансформаторное подключение обмоток.

Схема автотрансформаторного подключения используется в случаях, когда нужно снизить индуктивность рассеяния ИТ. Конструкция обмоток может состоять из нескольких слоев, они могут быть однос, и находиться на одном или на двух стержнях МС. Более часты в использовании однослойные обмотки, они простые в плане конструктивного устройства, отличаются большей надежностью. Индуктивность рассеяния достигается за счет наиболее полного использования длины МС обмотки, их располагают на 2-х стержнях.

Какие бывают обмотки

1. Спиральные обмотки – соответствуют ИТ с минимальной индуктивностью рассеяния, рекомендованы к применению при автотрансформаторном включении. Их намотка осуществляется широкой и тонкой фольгой или токопроводящей лентой.
2. Конические обмотки – служат для значительного уменьшения индуктивного рассеяния ИТ с малым увеличением емкости обмоток. Особенность – толщина изоляционного слоя между двумя обмотками, она пропорциональна напряжению между отдельными витками «первички» и «вторички». Толщина увеличивается от начала обмоток к концу в соответствии с линейным законом.
3. Цилиндрические обмотки – обладают невысокой индуктивностью рассеяния, отличаются простой конструкцией и технологичностью.

Что такое потери энергии импульсного трансформатора?

Уменьшение энергетических потерь и создание эффективного КПД – важный вопрос, который стоит при проектировании ИТ. Общие потери суммируются из:

• потерь на гистерезис;
• вихревых токов;
• потерь, связанных с несовершенством изоляции между листами;
• магнитной вязкости.

Помимо упрощенного расчета и завышения значений существенных потерь, что компенсирует отказ от обоснования потерь и вносит грубые просчеты в расчет, применяют высоколегированные стали и перллои. Благодаря этому, с целью снизить потери, формы петли статического гистеризаса стараются приблизить к прямоугольной форме. Подобные материалы служат для достижения больших индукционных величин.

Вихревые токи разделяют искусственно и с помощью предусмотренных в конструкции магнитной системы (МС) участков с большой, или даже максимально увеличенной магнитной проницаемостью. Таким образом0 получается более-менее удовлетворительное стабильное значение  вихревого тока в стальных листах МС.

Материалы для изготовления импульсного трансформатора

Тип магнитного материала оказывает влияние на качественные показатели и на особенности импульсного режима. Оценка материала осуществляется по величинам и показателям и включает следующие качественные показатели:

• индукции насыщения;
• коэрцитивная сила;
• удельное сопротивление материалов устройства;
• возможность использования наиболее тонких лент или листов стали.

Электротехническая сталь желательная для создания ИТ включает марки: 3405 – 3408 и 3421 – 3425. Сталь 3425 отличается самым высоким показателем индукции насыщения и малой величиной коэрцитивной силы, самый большой показатель прямоугольности петли гистерезисного цикла. Используется наиболее часто.

Пермаллой (прецизионный сплав), который обладает магнито-мягкими показателями, обычно состоит из никеля и железа, как правило, обработан легирующими компонентами.

Ферриты – еще один материал, который востребован для ИТ с небольшой длительностью трансформированных импульсов, эти МС обладают необыкновенно высоким удельным сопротивлением и полным отсутствием потерь на вихревые токи. Они используются для ИТ с диапазоном импульсов, размер которых определяется в наносекундном диапазоне времени.

Что такое критерий осуществимости импульсного трансформатора

Создание ИТ зависит от искажения изменяемого трансформатором импульса и параметров цепи трансформатора и самого ИТ. Уменьшение удлинения импульсного фронта пропорционально делает большое снижение величины напряжения на вершине импульса и в обратном порядке.

Нелинейные показатели сопротивления способствуют снижению искажений импульса по фронту и по величине, что крайне нежелательно. Искажения необходимо свети к минимуму, происходит это за счет снижения величины коэффициента рассеяния, решение подобного вопроса в выборе соответствующего ИТ с наименьшим коэффициентом рассеяния. Критерий осуществимости выводится при определении параметров цепи трансформатора. Желательно обладание трансформаторной цепью индуктивной реакцией.

Коррекция искажений формы импульса

Не всегда представляется возможным выбрать ИТ, чтобы искажение формы импульса не превышали пределов допустимых. В этом случае для коррекции формы импульса вводят корректирующие двухполюсники или демпфирующие фильтры, состоящие из низкоомных резисторов. Таким способом устраняется выброс напряжения по фронту. В этих целях возможно использование подавляющего диода, его полярность выбирается в соответствии с полярностью напряжению выброса на срезе импульса.

Импульсный трансформатор считается самым важным элементом электронной схемы и несет наибольшую ответственность за ее бесперебойную работу. Он отличается высочайшей надежностью и практически никогда не выходит из строя. Расчет трансформатора индивидуален для всех схем. Вторичная обмотка его обязательно должна быть замкнута на потребительскую нагрузку, ее разомкнутое состояние относится к опасному режиму. Действующие параметры и каскад напряжения находятся в полной зависимости от сборки трансформатора, что влияет на качество схемы радиоэлектронного устройства.

Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

 

Похожее

Конструкции импульсных трансформаторов | Высоковольтное испытательное оборудование и измерения

Страница 32 из 41

Сердечники импульсных трансформаторов в подавляющем большинстве случаев изготовляются из кремнистой холоднокатаной ленточной стали. В качестве межлистовой изоляции в сердечниках применяют конденсаторную бумагу, лаковые покрытия, оксидные пленки, нити стеклянного волокна, минеральные порошки и т. п. Недостаток этих покрытий в том, что одни из них не позволяют производить отжиг сердечника после его навивки, а другие не позволяют сердечники после навивки и отжига разрезать на две половины (для создания воздушного зазора), ибо не обладают связующими свойствами. Наиболее удачно необходимые качества сочетаются в эмали. Эмаль, наносимая при навивке на ленту, три отжиге плавится, и при остывании сердечник становится монолитным. При необходимости сердечник можно разрезать электроэрозионным или ультразвуковым методом.
В качестве изоляции обмотки от сердечника и межкатушечной изоляции в низковольтных импульсных трансформаторах обычно применяют лакоткань и бумагу. Трансформатор после изготовления пропитывают лаком, заливают компаундом или смолой для защиты от внешних воздействий. Трансформаторы на напряжении выше 6—10 кВ помещают в трансформаторное масло. На рис. 4-66 показан импульсный трансформатор на 70 кВ, изготовленный в Томском политехническом институте. Этот трансформатор разработан для инжектора бетатрона. В качестве изоляции между катушками в трансформаторе применен плексиглас, что позволило уменьшить паразитную емкость трансформатора и сократить его габариты.
В трансформаторах на напряжения 100 кВ и выше в качестве главной изоляции применяется трансформаторное масло. Твердые диэлектрики, такие как плексиглас и полистирол, служат для фиксации положения обмотки.
Представляет интерес использование в качестве изолирующей и охлаждающей среды в трансформаторах на 400 кВ и выше сжатого газа, например, элегаза. Применение для изоляции сжатого газа позволило бы уменьшить паразитную емкость трансформатора в 2—2,5 раза.
Наиболее широко импульсные трансформаторы применяются в радиотехнических устройствах для повышения напряжения импульсов, модулирующих ламповые генераторы метровых и дециметровых волн и магнетронных генераторов сантиметрового диапазона. Напряжение импульсов в этих устройствах достигает 30—35 кВ.

Рис. 4-66. Импульсный трансформатор на 76 кВ.
Импульсный трансформатор в сочетании с импульсным модулятором представляет собой весьма удобный инструмент для исследования импульсной электрической прочности диэлектриков. Возможность легко изменять в широких пределах частоту повторения и длительность импульсов выгодно отличают его от других типов импульсных генераторов напряжения.

К концам вторичной обмотки импульсного трансформатора подключается активное сопротивление, величина которого выбирается из условия получения оптимальной формы импульса. К части этого сопротивления подключается осциллограф для контроля напряжения и формы импульса.
Все более широкое применение импульсные трансформаторы (до 400 кВ и выше) находят в ускорителях заряженных частиц. Импульсные трансформаторы на 26—66 используются в инжекторах бетатронов. Известно, что с ростом энергии инжектируемых электронов интенсивность лучения бетатрона повышается. После разработки тронных пушек на более высокое напряжение в бетатрон могут найти применение трансформаторы на напряжение до 300 кВ.

В разработанном в Станфордском университете (США) линейном ускорителе для модуляции мощных клистронов используется одновременно 21-импульсный трансформатор на напряжение 400 кВ, причем каждый из них отдает 100 Мвт мощности в импульсе при длительности импульса 2 мксек и частоте повторения 60 Гц.

Рис. 4-67. Импульсный трансформатор на 1 000 кВ.

В Томском политехническом институте разработан импульсный трансформатор на 1 000 кВ (рис. 4-67). Импульсный трансформатор повышает напряжение прямоугольных импульсов длительностью 5 мксек от 100 кВ на первичной обмотке до 1 000 кВ на вторичной обмотке.
Размеры импульсного трансформатора 109X56X92 см, вес около 500 кг. Коэффициент трансформации 10. Входные импульсы напряжения отрицательной полярности (100 кВ) формируются импульсным модулятором с двойной неоднородной искусственной линией. Применение неоднородной линии обусловлено стремлением довести размеры и вес трансформатора до минимально возможных и получить трансформированный импульс с наименьшими искажениями. Номинальная мощность в импульсе 80 Мвт.

Сердечник импульсного трансформатора — неразъемного типа и навит из ленточной стали ЭЗ10. Сердечник составлен из четырех отдельно изготовленных секций. Сечение сердечника 125×130 мм, вес около 200 кг. Конструкция сердечника обеспечивает минимальную длину средней магнитной линии и относительно равномерное распределение индукции по сечению Отклонение индукции от средней величины не более 10%. Сечение ленточной стали 64X0,08 мм. Хотя скорость изменения индукции во времени  достигает в данном сердечнике колоссальной вели чины 3х109 гс/сек, а, следовательно, в толще листов наводятся значительной силы вихревые токи, было признано нецелесообразным применять более тонкую сталь ввиду больших технологических трудностей и ее высокой стоимости.
В качестве междулистовой изоляции в сердечнике применена эмаль. Применение эмали позволило сердечник после навивки подвергнуть термообработке и получить хорошие магнитные и механические характеристики, а также высокий коэффициент заполнения сталью (kc= 0,94).
Для увеличения приращения индукции ∆Вс за время действия импульса до 15 кгс применено подмагничивание постоянным током. Ток подмагничивания протекает через первичную обмотку трансформатора в направлении, обратном току импульса. Напряженность поля, создаваемого током подмагничивания, выбрана вдвое большей, чем коэрцитивная сила материала сердечника (Нс≈0,4 э) и равна 1 э.
С целью повысить электрическую прочность главной изоляции между сердечником и обмоткой сердечник в части, свободной от обмотки, защищен электрическими экранами.
Трансформатор имеет две обмотки: первичную и вторичную. Первичная обмотка однослойная, состоит из 26 витков и изготовлена из латунной тонкостенной трубки диаметром 4 мм. Вторичная обмотка имеет 260 витков и расположена в семь слоев. Обмотка изготовлена из латунной трубки диаметром в 6 мм (толщина стенки 0,35 мм.). Для сокращения размеров обмотки и уменьшения паразитных параметров первые 26 витков вторичной обмотки размещены в один слой с первичной обмоткой. Так как сердечник трансформатора неразъемного типа, то обмотка собрана уже на сердечнике. Каждый виток составлен из двух полувитков. В пустотелой вторичной обмотке уложен провод в хлорвиниловой изоляции. Трубка и изолированный от нее провод образуют линию передачи энергии к подогревателю катода электронной трубки. На рис. 4-68 дана электрическая схема импульсного трансформатора.

Рис. 4-68. Электрическая схема импульсного трансформатора на 1 000 кВ.

Напряжение сети с помощью симметрирующего трансформатора Тр-1 повышается до 250 В и передается по вторичной обмотке к понижающему трансформатору Тр-2, который монтируется с конденсаторами С2 в электростатическом экране около катодного блока электронной трубки. На каждом полувитке вторичной обмотки имеется по два отверстия (в плоскости полувитка) диаметром 0,5 мм. При вакуумировании резервуара масло через эти отверстия заполняет свободное пространство между проводом и трубкой, что улучшает охлаждение внутреннего провода и повышает электрическую прочность изоляции.
Способ крепления первичной обмотки и первого слоя вторичной обмотки показан на рис. 4-69. Стержни, на которых смонтированы эти обмотки, изготовлены из плексигласа и имеют развитую поверхность с целью исключения перекрытия по поверхности. Стержни крепятся к сердечнику бандажами из полиамидной жилки.

Остальные 234 витка вторичной обмотки, разбитые на шесть слоев, механически непосредственно не связаны с сердечником и вмонтированы на 36 плексигласовых стержнях, причем второй, третий и четвертым слои монтируются на четырех стержнях, а пятым, шестой и седьмой — на восьми стержнях каждый.
Плексигласовые стержни имеют сильно развитую поверхность в направлениях, по которым возможен разряд. Жесткость катушек обмоток повышена распорными плексигласовыми планками, установленными по периметру катушек между основными стержнями.
Все слои вторичной обмотки соединены между собой таким образом, что напряжение на каждой катушке растет в одном и том же направлении. При таком соединении энергия, запасаемая в междуслойных паразитных емкостях при трансформации импульса,  имеет наименьшую величину. Приведенная к первичной обмотке паразитная емкость трансформатора равна 14 000 пф, а индуктивность рассеяния 91 мкгн. На рис. 4-70 дана осциллограмма импульса напряжения на нагрузке трансформатора. Длительность фронта импульса составляет 1,5 мксек.

Рис. 4-69. Фотография импульсного трансформатора на 1 000 кВ в процессе монтажа, иллюстрирующая конструкцию первичной и первого слоя вторичной обмоток.
Рис. 4-70. Осциллограмма импульса на нагрузке импульсного трансформатора на 1 000 кВ; калибровочная частота 500 кГц.

Высоковольтные импульсные трансформаторы

Загрузите Adobe PDF
для технической документации

Pearson Electronics специализируется на разработке высоковольтных импульсных трансформаторов. Эти трансформаторы имеют открытую конструкцию и предназначены для использования в изоляционном масле высокого напряжения. Диапазон импульсного выходного напряжения от 100 кВ до 500 кВ с длительностью импульса от 0,25 до 50 микросекунд. Запросы на импульсные трансформаторы можно сделать, заполнив требование к импульсному трансформатору лист .

Импульсные трансформаторы

Пирсона имеют минимум твердой изоляции в областях с высоким электрическим полем. Такой тип конструкции предотвращает повреждение трансформатора из-за случайного пробоя из-за плохого качества масла или перенапряжений, превышающих типичный коэффициент безопасности от 50 до 100%, встроенный в трансформатор. Умышленно самая слабая область находится между коронным кольцом высокого напряжения и сердечником. Это металлические поверхности, и пробои между ними имеют незначительное влияние на поверхности для энергий, задействованных даже в самых мощных импульсных генераторах линейного типа.

Несмотря на наличие в трансформаторе запаса прочности по перепаду напряжения и способность выдерживать разумные пробои без повреждений, все же случаются редкие случаи повреждения трансформаторов. При осмотре эти устройства неизменно показывают, что они работали в масле, которое было грязным, или имели место огромные перенапряжения, иногда приближающиеся к миллиону вольт для устройства, рассчитанного на небольшую часть этого значения. Надеемся, что следующие примечания помогут пользователю избежать этих трудностей.

Необходимость в хорошем масле общепринята, но часто не понимают конкретных необходимых мер предосторожности. Неисправность импульсного модулятора обычно не рассматривается как важная и частая причина случайных перенапряжений. Фактически, это часто является серьезным источником проблем. Перенапряжения бывает трудно обнаружить, а причины трудно диагностировать.

МАСЛО ИЗОЛЯЦИОННОЕ

Обычное трансформаторное изоляционное масло, поставляемое крупными нефтяными и электрическими компаниями, в основном подходит для использования с импульсами высокого напряжения.Чаще всего возникают проблемы из-за загрязнения грязью, воздухом и водой. Первоначально установленное масло должно быть в хорошем состоянии. После того, как он установлен удовлетворительно, необходимо убедиться, что он остается в хорошем состоянии.

Грязь во время установки

Перед заливкой необходимо приложить разумные усилия, чтобы убедиться, что на самом трансформаторе, баке и других деталях в масле нет пыли, ворса, стружки и т. Д. Получить все детали в абсолютной чистоте сложно.Малейшее количество грязи в масле может стать потенциальным источником пробоя, когда оно проходит через область высокого электрического поля. На этом этапе обычно рекомендуется фильтровать масло.

Фильтрация после установки

Элемент масляного фильтра должен быть такого типа, который фильтрует очень мелкие частицы. Необходимы фильтры «Земля Фуллера» или аналогичные, способные фильтровать мелкие частицы. Если фильтрующий элемент является частью узла бака трансформатора, его работа в течение нескольких часов перед работой позволит очистить большую часть частиц грязи.Если нет блока непрерывной фильтрации, размещение впускного и выпускного шлангов насоса и фильтра в диагонально противоположных углах бака обеспечит наиболее быструю фильтрацию объема масла.

Защита от грязи в масле

После того, как масло станет чистым, следует принять несколько мер предосторожности:

1. Закройте резервуар крышкой и держите ее там. При необходимости снимайте только на короткое время для первоначальной проверки. После того, как установка будет работать нормально, необходимо прикрутить крышку и прокладку на место.
2. Не погружайте руки в масло без последующей фильтрации масла. Кажется, что даже чистые руки и руки портят масло.
3. Если случайное перенапряжение приведет к пробою, в масле будет небольшое количество углерода, ослабляющего масло. Фильтрация — это разумная вещь, которую следует делать, если возникают какие-либо искры.
4. Если масло случайно станет настолько обугленным, что заметно потемнеет, тогда масло будет ослаблено до такой степени, что на твердой изоляции, на которую намотаны обмотки трансформатора, могут образоваться дорожки коронного разряда.После того, как установятся дорожки коронного разряда, что может произойти при напряжении ниже номинального, если масло сильно ослаблено, дорожки будут расти до тех пор, пока не произойдет полный пробой.

Случайное искровое зажигание в первые несколько часов работы Иногда обнаруживается, что, хотя производительность модулятора идеальна, а масло очень чистое, через несколько часов работы может произойти искровой разряд. Это можно объяснить наличием одинокого куска грязи, возможно, почти невидимого куска ворса, который медленно перемещается в баке трансформатора.Может пройти несколько часов, прежде чем он войдет в область сильного электрического поля. Искровой искровый разряд разрушает частицу, и образующиеся в результате пробои загрязнители могут выделяться так, чтобы не вызывать у
дальнейших проблем.

Непрерывная фильтрация

В стабильно работающей системе, без перенапряжений, тщательно очищенного масла, герметичного резервуара и отсутствия необнаруженного коронного разряда от некоторых острых точек высокого напряжения в резервуаре, не должно быть необходимости в непрерывной фильтрации. Но если все эти условия не всегда будут преобладать, затраты на простой и сопутствующий ему беспорядок можно в значительной степени избежать за счет непрерывной фильтрации.

Тестирование масла

Стандартный тестер масла 60 Гц может использоваться для проверки масла импульсного трансформатора. Точка пробоя масла должна составлять не менее 30 кВ действующее значение для стандартной масляной чашки с расстоянием между электродами 0,1 дюйма.

Чашку для испытания масла (а также любую другую емкость, используемую для погружения масла) следует промыть в чистом масле, отличном от масла, которое будет проверяться, чтобы избежать возможного загрязнения проверяемого масла. Масло следует брать из бака трансформатора в том виде, в котором оно используется в процессе эксплуатации.Следует провести повторные анализы. Самое низкое показание является значимым, поскольку плотность загрязняющих веществ может быть низкой.

Загрязнение воздуха

Загрязнение воздуха не так часто является источником проблем, как грязь, но может вызвать проблемы. Некоторое количество воздуха всегда поглощается маслом и не вызывает проблем. Свободные пузырьки в масле, находящиеся в сильных электрических полях, обязательно вызовут пробой. Пузырьки попадают в масло следующим образом:

1. При закачивании масла в бак трансформатора масло при ударе об открытую поверхность масла или твердую поверхность захватывает пузырьки воздуха.Это заметно снижает разрушающую способность масла. Некоторые из этих пузырьков всплывают на поверхность и лопаются. Остальные впитываются маслом. Если дать маслу постоять в течение дня, оно вернется к полной проверке. Полезный метод состоит в том, чтобы позволить маслу течь почти параллельно поверхности стенки резервуара, чтобы поток распространялся без захвата пузырьков. Затем, когда глубина залегания масла становится достаточной, шланг опускают под поверхность масла.
2. В начале перекачки масла в перекачивающей системе часто остается определенное количество воздуха.Когда начинается перекачивание, он превращается в пузырьки. Если имеется запасная бочка с маслом, этот процесс запуска может быть выполнен в нем, а шланги затем перенесены в бак трансформатора.
3. Если циркуляционный насос является неотъемлемой частью резервуара в сборе, этого иногда невозможно избежать. Компенсационная особенность заключается в том, что насос будет всасывать пузырьки вместе с маслом и выводить их из резервуара.
4. Утечка на стороне отрицательного давления насосной системы втянет воздух.Он разбивается на пузырьки, которые попадают в бак трансформатора.
5. Сердечник нагревается при работе трансформатора высокой средней мощности. Затем он может выпустить воздух, застрявший в пластинах. Эти пузырьки воздуха могут подниматься вверх через трансформатор и попадать в области высоких электрических полей. Сердечники трансформатора Пирсона пропитываются маслом под вакуумом для удаления этого воздуха.

Загрязнение воды

Как и воздух, масло содержит небольшое количество воды, которая при нормальной комнатной температуре и влажности в лаборатории и в течение длительного периода времени достигает равновесия, которое обычно не вредит маслу.Однако, если масло хранится или используется в местах, где температура и влажность не поддерживаются в установленных пределах, вода будет конденсироваться и собираться на дне емкости. При этом ухудшается стоимость разрушения масла.

Для охлаждения широко используется вода. Слишком часто случаются аварии, и вода проливается на масло, или небольшие необнаруженные утечки воды приводят к попаданию воды в масло. Если это важный фактор, лучше всего выбрать разделенный бак, чтобы отсек трансформатора мог быть герметизирован от проникновения влаги.

Если на дне бака трансформатора или резервуара для хранения образуются капли воды или лужи, и при перекачке должна собираться часть этой воды, она будет разбита и превратится в эмульсию с маслом. Капли воды могут прилипнуть к поверхности трансформатора. Работа под высоким напряжением в этих условиях приведет к разрушению твердого изоляционного материала трансформатора.

Если вода находится на дне емкости, масло следует откачивать до тех пор, пока остаток, в том числе вода, не будет слито.Тогда утеплитель, погруженный в масло на длительный срок (дни), будет постепенно отгонять влагу. Другие методы (все требующие специального оборудования) для удаления влаги:

1. Водопоглощающий фильтр.
2. Нефтеперегонный завод дистилляционного типа.
3. Нефтеперерабатывающий завод центробежного типа.
4. Распыление нагретого масла в откачанную камеру.

СЛУЧАЙНОЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЕ

Импульсный модулятор может выйти из строя, что приведет к перенапряжению трансформатора, а также других важных компонентов, таких как PFN и переключатель.Некоторые из возможных причин:

1. Сочетание слишком низкого сопротивления нагрузки и неадекватной схемы удаления обратного заряда PFN.
2. Переключатель, который самопроизвольно срабатывает во время межимпульсных периодов.
3. Непрерывное включение выключателя.
4. Слишком высокое сопротивление нагрузки.
5. Комбинация двух или более проблем, перечисленных выше.

Это неполный список. Несомненно, существует гораздо больше возможных источников проблем.

Сочетание слишком низкого сопротивления и несоответствующей схемы разряда для удаления обратной зарядки

Эта проблема покрыта (т.5 шт. 417 f.) M.I.T. Radiation Laboratory Series, Glasoe и т. Д., И эта проблема обычно привлекает внимание. Одна из возможных трудностей заключается в том, что схема обратного заряда-разряда не удаляет обратный заряд достаточно быстро. Это должно происходить даже при полном коротком замыкании нагрузки при полном зарядном напряжении. Тогда может произойти то, что цикл зарядки может начаться до того, как обратная зарядка будет полностью удалена.

Может возникнуть последовательное пирамидирование зарядного напряжения.Простой тест, который может помочь показать, правильно ли работает эта цепь, — это кратковременное короткое замыкание нагрузки. Пиковое зарядное напряжение не должно повышаться. Если такое испытание при полном напряжении исключено, можно выполнить испытание при низком напряжении. Это покажет, правильно ли выбрана схема разряда. Это не показало бы, адекватны ли текущие возможности разрядного диода.

Коммутатор срабатывает самопроизвольно во время нормальных межимпульсных периодов

Эта проблема является одной из самых серьезных причин перенапряжения компонентов.Этого также трудно избежать и с которым трудно справиться. В связи с тенденцией к все более высокой пиковой и средней импульсной мощности проблема обеспечения полностью адекватного переключателя становится все более сложной. Это связано с необходимостью удержания затрат в определенных пределах, так что полностью адекватные контрольно-измерительные приборы и схемы защиты не всегда, естественно, включаются в конструкцию импульсного модулятора.

Если импульсный переключатель имеет тенденцию к самопроизвольному срабатыванию в течение периода между импульсами и отсутствует положительный тип защиты, предусмотренный специально для этой неисправности, то импульсный трансформатор и другие компоненты, безусловно, будут перенапряжены.

Рассмотрим следующее объяснение. Если переключатель замыкается во время протекания зарядного тока, на нагрузке появится нормальное или ненормальное импульсное напряжение. Часто переключатель будет работать постоянно, и должна сработать нормальная защита от перегрузки по току, но не обязательно (см. Ниже) перенапряжение. Если в конце импульса переключатель должен сброситься, как обычно, начинается новый цикл зарядки. Но этот новый цикл зарядки начинается с конечного тока.Если начальный зарядный ток больше нуля, следующий пик зарядного напряжения будет выше. Затем, если переключатель снова замкнут в нормальное время, на нагрузке появляется больший импульс напряжения.

Конечно, если переключатель имеет тенденцию к самопроизвольному замыканию при нормальном зарядном напряжении, тогда он будет еще более склонен к самопроизвольному замыканию при более высоком, чем нормальное, зарядном напряжении. Если так будет продолжаться, могут возникнуть огромные напряжения.

Если, с другой стороны, переключатель должен самопроизвольно замкнуться через некоторое время после завершения цикла зарядки, но до следующего нормального импульса, тогда будет сформирован нормальный импульс.После этого начнется нормальный цикл зарядки. Но пока этот цикл продолжается, срабатывает нормальный триггер, переключатель замыкается, а затем начинается процесс перенапряжения, поскольку теперь цикл зарядки начинается с уже протекающим конечным зарядным током.

Защита от перенапряжения трансформатора

Простое устройство, которое поможет предотвратить перенапряжение трансформатора (но не обязательно других компонентов), представляет собой схему быстрого определения перенапряжения, которая автоматически предотвращает применение следующего и всех последующих триггеров к переключателю, если напряжение зарядки поднимается выше заранее определенное значение.Здесь необходим делитель напряжения, обеспечивающий точное разделение формы сигнала. Сопротивление утечки для слива заряда PFN также должно быть частью цепи. Целесообразно также автоматически выключать
источник питания одновременно (см. Раздел о непрерывной проводимости).

Возможны другие защитные меры. Один из них — это искровой разрядник и низкое сопротивление, включенное последовательно через первичную обмотку, с зазором, установленным на срабатывание при любом превышении напряжения. Другой — тирит через первичный.Оба они по своей сути несовершенны, но лучше, чем ничего.

Импульсные переключатели

Очевидно, что требуется переключатель с адекватной способностью удержания напряжения, и при проектировании следует приложить все усилия, чтобы обеспечить это. Последовательная работа переключателей возможна, но ее обычно следует избегать. Одна из проблем, с которой столкнулись с последовательными переключателями, заключается в том, чтобы обеспечить выравнивание зарядного напряжения между последовательными лампами.Это означает, что емкости и сопротивления должны быть одинаковыми, поскольку напряжение зарядки имеет как переменные, так и постоянные составляющие. Емкости следует измерять в реальной цепи, чтобы быть уверенным, что паразитные емкости не нарушают баланс. Рекомендуется индивидуальное срабатывание всех переключателей серии для принудительного включения отдельных переключателей серии. Это относительно просто сделать с помощью подходящего многосекундного вторичного пускового трансформатора или отдельных пусковых трансформаторов с параллельной первичной обмоткой.

Непрерывное включение переключателя

Еще одна трудность, которая может возникнуть, заключается в том, что переключатель может работать постоянно. Изначально перенапряжение не создается. Однако зарядная индуктивность и конденсатор фильтра проходят полупериод колебаний. В конце полупериода ток прекращается диодами зарядки. Теперь напряжение на конденсаторе фильтра меняется на противоположное. Теперь от источника питания
течет ток для зарядки конденсатора фильтра.Но это ситуация полностью аналогична резонансной зарядке PFN, имеющей обратный заряд, за исключением того, что емкостным элементом теперь является конденсатор фильтра, а индуктивным элементом — индуктивность. В результате возникает тенденция к зарядке конденсатора фильтра более чем вдвое по сравнению с нормальным значением источника питания. Конечно, тогда все последующие составляющие импульса соответственно перенапрягаются. Очевидно, что автоматические выключатели источника питания и цепи измерения тока должны быть быстродействующими для случая непрерывной проводимости переключателя.

Слишком высокое сопротивление нагрузки

Надлежащие контрольно-измерительные приборы и калибровка обходятся дорого как по деньгам, так и по времени. Иногда возникает соблазн сделать предположения относительно сопротивления нагрузки. На нагрузке следует использовать делители напряжения и трансформаторы импульсного тока, чтобы обеспечить правильное сопротивление нагрузки при полном рабочем напряжении. Следует следить за фиктивными нагрузками, сопротивление которых зависит от температуры. Несоответствие на стороне высокого напряжения для нагрузки может привести к тому, что напряжение трансформатора будет слишком высоким, даже если напряжение зарядки является подходящим значением.

Комбинация проблем

Обычная ошибка со стороны инженера или техника, пытающегося найти неисправность в неисправной импульсной системе, — это тенденция предполагать, что существует только одна неисправность системы. На самом деле, чаще всего в оборудовании сосуществуют несколько проблем. При тестировании, чтобы увидеть, существует ли конкретная неисправность, должно быть как можно больше схемы, которую можно устранить или заменить более простыми компонентами. Примером может служить первое включение импульсного модулятора в резистивную нагрузку на полной пиковой и средней мощности.Затем добавьте трансформатор, работающий в резистивную нагрузку, снова на полную мощность. Тогда нагрузка диодного типа может заменить резистивную нагрузку. Этот процесс может частично избежать привязки неисправности к импульсному трансформатору или диодной нагрузке или их реакции на схему, когда неисправность могла быть где-то еще.

Обнаружение перенапряжений

Обнаружение перенапряжений может быть затруднено. Иногда все, что известно, — это то, что в импульсном трансформаторе произошла искра.Легко сделать вывод, что трансформатор неисправен, поскольку это было единственное очевидное, что произошло.

Первая проверка — убедиться, что масло соответствует стандарту. Затем следует следить за более сильными, чем обычно, вторичными и первичными импульсами. Это может быть сложно, потому что неисправность может возникнуть в тот момент, когда человек отрывается от прицела. Кроме того, в течение обычного времени развертки осциллографа часто не возникает одиночного импульса высокого уровня. Лучший способ — контролировать напряжение PFN
с помощью надежного делителя напряжения.Здесь легче определить высокий цикл зарядки. Другая возможность, которая не требует такого пристального наблюдения, — это расположить нормальную трассу осциллографа так, чтобы она находилась за пределами экрана осциллографа. При очень высокой яркости и использовании экрана осциллографа, который имеет некоторую стойкость (например, P2), перенапряжение будет падать на видимую часть экрана, а интенсивность пятна и постоянство экрана позволят просматривать после события.

Бифилярная токовая защита нагревателя

Редкая проблема, но ее стоит упомянуть, — это случай бифилярного трансформатора, по которому протекает ток нагревателя, который дает искры между двумя выводами бифиляра.Обычно в импульсных цепях недостаточно тока, чтобы повредить обмотки трансформатора. Но за высоковольтной искрой следует сильноточная дуга, питаемая источником питания нагревателя. При отсутствии надлежащего предохранителя или защиты автоматического выключателя эта сильноточная дуга может прожечь обмотки трансформатора, что приведет к разрыву обмотки. Если пульсация продолжается, этот разрыв обмотки будет вызывать непрерывное искрение от импульсов, быстро карбонизируя масло и вызывая дальнейшие поломки.

1217

Импульсные трансформаторы — Компонент ЮТК

Техническое описание

Импульсные трансформаторы

UTK, обычно используемые для управления полупроводниками, такими как тиристоры и симисторы, могут передавать прямоугольную волну или импульс с очень коротким временем нарастания и спада без заметного искажения формы волны.В таких приложениях они обеспечивают как пусковой импульс на затвор полупроводника, так и изоляцию между схемой управления малой мощностью и силовыми полупроводниками в соответствии с международными стандартами безопасности трансформаторов.

Импульсные трансформаторы

УТК имеют следующие характеристики.

• Компактная конструкция. Они заполнены вакуумом и заключены в пластмассовую коробку из самозатухающего материала UL94-HB, подходящего для применения на печатных платах высокой плотности.
• Доступность в стандартном температурном диапазоне (0 + 80 °) или расширенном диапазоне
• Безопасная и надежная гальваническая изоляция
• Превосходная магнитная связь между первичной и вторичной обмотками, обеспечивающая высокую точность передачи импульса с наименьшим временем распространения и низкий ток намагничивания.
• Передача высоких мгновенных значений мощности
• Высокая степень защищенности от шума и помех благодаря низкой емкости связи между первичной и вторичной обмотками.
• Низкие потери.
• Максимальное рабочее напряжение до 1кВ. Испытания на электрическую прочность проводятся в соответствии с международными стандартами EN61558 и EN60950.

Доступен широкий спектр стандартных продуктов для управления устройствами малой и большой мощности. Для удовлетворения конкретных требований ЮТК Компонент может разрабатывать специальные продукты в соответствии с потребностями клиентов.

UTK Component тщательно контролирует производство в процессе и в конце, обеспечивая качество и надежность продукта.Проведенные испытания включают:

• Визуальный осмотр
• Распиновка и проверка полярности
• Значение эталонных параметров (n, Lp, Ld, Ck, Rp, Rs)
• Диэлектрическая прочность

Справочные параметры

Соотношение витков n
Отношение витков первичной обмотки к вторичной.

Область времени напряжения ∫udt
Время напряжения Интеграл на вторичной обмотке или область времени напряжения.В случае приложения униполярного импульса к первичной обмотке, udt показывает максимально допустимое значение интеграла вторичного напряжения, чтобы избежать насыщения магнитопровода. Выражается в В мкс.

Время нарастания Ts
Интервал времени, рассчитанный по нарастающей кривой вторичного сигнала, между 10% и 90% пикового значения, с резистивной нагрузкой, равной Rn, и управляющим напряжением 12 В с рабочим циклом 50%. Этот параметр в основном связан с качеством магнитной связи между первичной и вторичной обмотками и со значением индуктивности рассеяния Ld.

Пиковый ток Ip
Максимально допустимый вторичный ток

Сопротивление нагрузки Rn
Номинальное сопротивление нагрузке

Индуктивность Lp
Номинальное значение индуктивности первичной обмотки. Максимальное отклонение от номинала (допуск) составляет + \ — 30%. Измерено измерителем LCR на первичной обмотке (температура окружающей среды 25 ° C, частота 10 кГц, UAC привода, среднеквадратичное значение = 250 мВ).

Емкость связи Ck
Емкость связи между первичной и вторичной обмотками, в зависимости от электрической связи катушек.Низкие значения Ck обеспечивают высокий уровень помехоустойчивости цепи зажигания, предотвращая передачу всплесков напряжения или высокочастотной помеховой связи на вторичную обмотку и предотвращая ложное срабатывание. Измерено с помощью измерителя LCR между первичной и вторичной обмотками, при этом обе обмотки закорочены (частота 10 кГц, UAC привода, действующее значение = 250 мВ).

Сопротивление обмотки Rp, Rs
Сопротивление, измеренное измерителем LCR на первичной и вторичной обмотках.

---

---

Трансформаторы и схемы привода затвора

: The Talema Group

Управляющий трансформатор затвора оптимизирован для передачи прямоугольных электрических импульсов с быстрым нарастанием и спадом для активации или деактивации переключающего устройства.

Несмотря на то, что доступны различные ИС драйверов MOSFET / IGBT с плавающим каналом, привод затвора с трансформаторной связью по-прежнему является лучшим вариантом для использования в приложениях с высокой мощностью по многим причинам. Например, из-за большого количества гальванически изолированных выходных обмоток один трансформатор может управлять всеми переключателями в мосте, а также упрощает управление параллельными переключателями (MOSFET / IGBT). Он также имеет отрицательное смещение затвора, когда устройство выключено, что снижает восприимчивость dv / dt (чрезмерная скорость dv / dt может вызвать ложное переключение или необратимое повреждение переключающего устройства).Кроме того, правильно спроектированное решение с трансформаторной связью имеет незначительные задержки и может работать при более высоких разностях потенциалов.

Трансформаторы привода затвора

Трансформатор привода затвора — это трансформатор, который оптимизирован для передачи прямоугольных электрических импульсов с быстрым нарастанием и спадом для активации или деактивации переключающего устройства. Он работает с малой мощностью, но с высокими пиковыми токами, чтобы управлять затвором переключателя мощности. Номинальная мощность колеблется от мкВт до нескольких кВт.

Трансформатор управления затвором обеспечивает как плавное питание, так и сдвиг уровня сигнала переключения на силовой полупроводник, тем самым устраняя отдельный плавающий источник питания. Его можно использовать для непосредственного управления затворами переключателя питания (MOSFET / IGBT) или просто изолировать управляющий сигнал, который затем подается на ИС драйвера затвора. Кроме того, он также обеспечивает согласование импеданса.

При работе на высоких частотах коммутации (> 100 кГц) проектирование и изготовление приводных трансформаторов затвора с высокой изоляцией требует тщательного рассмотрения во избежание неблагоприятного воздействия паразитных компонентов (индуктивность рассеяния и распределенная емкость).

Трансформатор привода затвора также может называться импульсным трансформатором , пусковым трансформатором , широкополосным трансформатором или сигнальным трансформатором .Различие основано в основном на фактическом назначении трансформатора: если трансформатор используется для непосредственного управления затвором силового устройства, он упоминается как трансформатор управления затвором ; если он используется только как средство передачи прямоугольных сигналов / импульсов напряжения на полупроводниковый затвор, то его называют импульсным трансформатором . Однако, как правило, импульсный трансформатор передает импульс тока / напряжения с первичной / генерирующей стороны схемы на вторичную / нагрузочную сторону схемы с сохранением его формы и других свойств.Если импульс трансформатора инициирует какое-либо действие или событие, его можно назвать пусковым трансформатором .

Трансформаторы

имеют как минимум две обмотки (первичную и вторичную), которые облегчают изоляцию, что является важным атрибутом. Соотношение витков первичной и вторичной обмоток также позволяет масштабировать напряжение, но обычно это не требуется.

Базовая схема

Базовая схема трансформаторного привода с изолированным затвором относительно велика. Помимо трансформатора, он также состоит из связанных компонентов сброса, таких как блокирующий конденсатор C, первичный резистор R, резистор затвора R _g , встречные стабилитроны и т. Д.

Принципиальная схема изолированного трансформатора управления затвором

Когда прямоугольный импульс подается на первичные выводы, он будет передаваться на вторичной обмотке в виде прямоугольной волны, или передаваемый сигнал будет производным от входного напряжения.

Блокировочный конденсатор C включен последовательно с первичной обмоткой трансформатора, чтобы обеспечить напряжение сброса (отрицательное смещение) для индуктивности намагничивания. Без конденсатора на обмотке возникло бы постоянное напряжение, зависящее от продолжительности включения (смещение постоянного тока или «движение потока»), и трансформатор перешел бы в режим насыщения.Это очень простая схема; амплитуда его выходного напряжения уменьшается с увеличением продолжительности включения, следовательно, эта схема ограничивает рабочий цикл менее 50%. Этот подход хорошо работает в схемах импульсного источника питания (SMPS), где частота высока, а коэффициент заполнения невелик.

Напряжение конденсатора связи:

Фактическое напряжение привода затвора, В _c , изменяется в зависимости от продолжительности включения. Вдобавок резкие изменения продолжительности включения будут возбуждать резонансный бак L-C, который образован L _m & C.Этот L-C-резонанс можно подавить резистором малого номинала (R).

Затвор управляется между уровнями -V _c и V _DRV -V _c вместо исходных уровней выходного напряжения драйвера, 0 В и В _DRV

Стабилитроны, соединенные встречно-ответной схемой, используются для ограничения напряжения затвора устройства, что позволяет избежать перенапряжений, создаваемых индуктивностью рассеяния T несвязанного трансформатора. Резистор затвора Rg используется для предотвращения переходного импульсного тока затвора.

Насыщение сердечника ограничивает приложенное напряжение-время на обмотках. Конструкция трансформатора должна предусматривать максимальное произведение напряжения во время всех условий эксплуатации, которое должно включать в себя переходные процессы наихудшего случая с максимальной продолжительностью включения и максимальным входным напряжением одновременно.

Максимальное произведение напряжения на время:

T = Период переключения
F = Рабочая частота
В _PEAK = Пиковое напряжение привода
D = Рабочий цикл

Трансформатор управления затвором приводится в действие переменной шириной импульса в зависимости от продолжительности включения ШИМ и постоянной или переменной амплитудой в зависимости от конфигурации схемы.

Существует два типа цепей управления затвором с трансформаторной связью: несимметричный и двусторонний .

Как в односторонних, так и в двусторонних цепях, трансформаторы управления затвором работают как в первом, так и в третьем квадранте плоскости B-H.

Односторонние приводы затворов с трансформаторной связью

Несимметричные схемы управления затвором используются с ШИМ-контроллером с одним выходом для управления переключателем высокого уровня, а трансформатор управления затвором приводится в действие переменной шириной импульса и переменной амплитудой.

Схема одностороннего привода затвора с трансформаторной связью

Эта схема ограничена коэффициентом заполнения 50%. Для приложений с широким рабочим циклом, таких как понижающие преобразователи, он не обеспечивает адекватного напряжения управления затвором, и поэтому на вторичной стороне трансформатора (конденсатор и диод) должна быть добавлена ​​цепь восстановления постоянного тока. Напряжение на конденсаторе связи увеличивается с увеличением продолжительности включения, а также снижает фактическое напряжение управления затвором (для включения) и увеличивает отрицательное смещение (во время отключения).Добавление конденсатора и диода в схему помогает восстановить исходную амплитуду управления затвором на вторичной стороне трансформатора.

Двухсторонние приводы затворов с трансформаторной связью

Двухсторонние схемы управления затвором используются с ШИМ-контроллером с двойным выходом для управления 2 или 4 переключателями в приложениях с высокой мощностью, например в полумостовых и полномостовых преобразователях, а трансформатор управления затвором приводится в действие переменной шириной и постоянной длительностью импульса. амплитуда.

Схема двухстороннего трансформаторного управления затвором

OUT _A и OUT _B имеют противоположную полярность и симметричны, когда OUT _A включен, подается положительное напряжение, когда OUT _B включен, напряжение противоположной полярности подается на первичную обмотку трансформатора привода затвора.Усреднение напряжения на первичной обмотке в течение любых двух последовательных периодов переключения приводит к нулевому напряжению. Таким образом, связь по переменному току не требуется (конденсатор связи и демпфирующий резистор не требуются на первичной стороне цепи).

Заключение

Цепи управления затворами с трансформаторной связью

обладают множеством преимуществ, особенно в приложениях с большой мощностью. Далее мы более подробно рассмотрим желаемые характеристики импульсного отклика трансформатора управления затвором и параметры, которые на них влияют.

• Бхувана Мадхайян — инженер-проектировщик в Talema India. Она имеет степень бакалавра электротехники и электроники в университете Анны в Ченнаи и работает практикующим инженером с 2006 года. Бхувана присоединилась к команде Talema в 2007 году.

  alle Beiträge ansehen

• Сампат Паланиаппан (Sampath Palaniappan) — инженер-проектировщик в Talema India.Он имеет степень бакалавра электроники и техники связи в университете Анны в Ченнаи. Сампатх присоединился к команде Талема в 1994 году.

  alle Beiträge ansehen

Поставщики и ресурсы беспроводной связи RF

О мире беспроводной связи RF

Веб-сайт RF Wireless World является домом для поставщиков и ресурсов радиочастотной и беспроводной связи.На сайте представлены статьи, руководства, поставщики, терминология, исходный код (VHDL, Verilog, MATLAB, Labview), тестирование и измерения, калькуляторы, новости, книги, загрузки и многое другое.

Сайт RF Wireless World охватывает ресурсы по различным темам, таким как RF, беспроводная связь, vsat, спутник, радар, волоконная оптика, микроволновая печь, wimax, wlan, zigbee, LTE, 5G NR, GSM, GPRS, GPS, WCDMA, UMTS, TDSCDMA, Bluetooth, Lightwave RF, z-wave, Интернет вещей (IoT), M2M, Ethernet и т. Д. Эти ресурсы основаны на стандартах IEEE и 3GPP.Он также имеет академический раздел, который охватывает колледжи и университеты по инженерным дисциплинам и MBA.

Статьи о системах на основе Интернета вещей

Система обнаружения падений для пожилых людей на основе Интернета вещей : В статье рассматривается архитектура системы обнаружения падений, используемой для пожилых людей. В нем упоминаются преимущества или преимущества системы обнаружения падений Интернета вещей. Узнать больше➤
Также обратитесь к другим статьям о системах на основе Интернета вещей следующим образом:
• Система очистки туалетов самолета. • Система измерения столкновений • Система отслеживания скоропортящихся продуктов и овощей • Система помощи водителю • Система умной торговли • Система мониторинга качества воды. • Система Smart Grid • Система умного освещения на базе Zigbee • Умная парковка на базе Zigbee • Система умной парковки на основе LoRaWAN

---

Статьи о беспроводной радиосвязи

В этом разделе статей представлены статьи о физическом уровне (PHY), уровне MAC, стеке протоколов и сетевой архитектуре на основе WLAN, WiMAX, zigbee, GSM, GPRS, TD-SCDMA, LTE, 5G NR, VSAT, Gigabit Ethernet на основе IEEE / 3GPP и т. Д. .стандарты. Он также охватывает статьи, относящиеся к испытаниям и измерениям, по тестированию на соответствие, используемым для испытаний устройств на соответствие RF / PHY. УКАЗАТЕЛЬ СТАТЬИ ДЛЯ ССЫЛКИ >>.

---

Физический уровень 5G NR : Обработка физического уровня для канала 5G NR PDSCH и канала 5G NR PUSCH рассмотрена поэтапно. Это описание физического уровня 5G соответствует спецификациям физического уровня 3GPP. Читать дальше➤

---

Основы повторителей и типы повторителей : В нем объясняются функции различных типов ретрансляторов, используемых в беспроводных технологиях.Читать дальше➤

---

Основы и типы замирания : В этой статье описываются мелкомасштабные замирания, крупномасштабные замирания, медленные, быстрые и т. Д., Используемые в беспроводной связи. Читать дальше➤

---

Архитектура сотового телефона 5G : В этой статье рассматривается блок-схема сотового телефона 5G с внутренними модулями 5G. Архитектура сотового телефона. Читать дальше➤

---

Основы помех и типы помех: В этой статье рассматриваются помехи в соседнем канале, помехи в одном канале, Электромагнитные помехи, ICI, ISI, световые помехи, звуковые помехи и т. Д.Читать дальше➤

---

5G NR Раздел

В этом разделе рассматриваются функции 5G NR (New Radio), нумерология, диапазоны, архитектура, развертывание, стек протоколов (PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC) и т. Д. 5G NR Краткий справочный указатель >>
• Мини-слот 5G NR • Часть полосы пропускания 5G NR • 5G NR CORESET • Форматы DCI 5G NR • 5G NR UCI • Форматы слотов 5G NR • IE 5G NR RRC • 5G NR SSB, SS, PBCH • 5G NR PRACH • 5G NR PDCCH • 5G NR PUCCH • Эталонные сигналы 5G NR • 5G NR m-последовательность • Золотая последовательность 5G NR • 5G NR Zadoff Chu Sequence • Физический уровень 5G NR • Уровень MAC 5G NR • Уровень 5G NR RLC • Уровень 5G NR PDCP

---

Учебные пособия по беспроводным технологиям

В этом разделе рассматриваются учебные пособия по радиочастотам и беспроводной связи.Он охватывает учебные пособия по таким темам, как сотовая связь, WLAN (11ac, 11ad), wimax, bluetooth, zigbee, zwave, LTE, DSP, GSM, GPRS, GPS, UMTS, CDMA, UWB, RFID, радар, VSAT, спутник, WLAN, волновод, антенна, фемтосота, тестирование и измерения, IoT и т. Д. См. УКАЗАТЕЛЬ >>

---

Учебное пособие по 5G — В этом руководстве по 5G также рассматриваются следующие подтемы по технологии 5G:
Учебное пособие по основам 5G. Частотные диапазоны руководство по миллиметровым волнам Волновая рама 5G мм Зондирование волнового канала 5G мм 4G против 5G Испытательное оборудование 5G Сетевая архитектура 5G Сетевые интерфейсы 5G NR канальное зондирование Типы каналов 5G FDD против TDD Разделение сети 5G NR Что такое 5G NR Режимы развертывания 5G NR Что такое 5G TF

---

В этом руководстве GSM рассматриваются основы GSM, сетевая архитектура, сетевые элементы, системные спецификации, приложения, Типы пакетов GSM, структура или иерархия кадров GSM, логические каналы, физические каналы, Физический уровень GSM или обработка речи, вход в сеть мобильного телефона GSM, установка вызова или процедура включения питания, MO-вызов, MT-вызов, VAMOS, AMR, MSK, модуляция GMSK, физический уровень, стек протоколов, основы работы с мобильным телефоном, Планирование RF, нисходящая линия связи PS-вызовов и восходящая линия связи PS-вызовов.
➤Подробнее.

LTE Tutorial , охватывающий архитектуру системы LTE, охватывающий основы LTE EUTRAN и LTE Evolved Packet Core (EPC). Он обеспечивает связь с обзором системы LTE, радиоинтерфейсом LTE, терминологией LTE, категориями LTE UE, структурой кадра LTE, физическим уровнем LTE, Стек протоколов LTE, каналы LTE (логические, транспортные, физические), пропускная способность LTE, агрегация несущих LTE, передача голоса по LTE, расширенный LTE, Поставщики LTE и LTE vs LTE продвинутые.➤Подробнее.

---

RF Technology Stuff

Эта страница мира беспроводной радиосвязи описывает пошаговое проектирование преобразователя частоты RF на примере преобразователя RF UP диапазона 70 МГц в диапазон C. для микрополосковой платы с использованием дискретных радиочастотных компонентов, а именно. Смесители, гетеродин, MMIC, синтезатор, опорный генератор OCXO, колодки аттенюатора. ➤Подробнее.
➤Проектирование и разработка радиочастотного трансивера ➤Конструкция RF-фильтра ➤Система VSAT ➤Типы и основы микрополосковой печати ➤ОсновыWaveguide

---

Секция испытаний и измерений

В этом разделе рассматриваются контрольно-измерительные ресурсы, испытательное и измерительное оборудование для тестирования DUT на основе Стандарты WLAN, WiMAX, Zigbee, Bluetooth, GSM, UMTS, LTE.ИНДЕКС испытаний и измерений >>
➤Система PXI для T&M. ➤ Генерация и анализ сигналов ➤Измерения слоя PHY ➤Тест устройства на соответствие WiMAX ➤ Тест на соответствие Zigbee ➤ Тест на соответствие LTE UE ➤Тест на соответствие TD-SCDMA

---

Волоконно-оптическая технология

Оптоволоконный компонент , основы, включая детектор, оптический соединитель, изолятор, циркулятор, переключатели, усилитель, фильтр, эквалайзер, мультиплексор, разъемы, демультиплексор и т. д.Эти компоненты используются в оптоволоконной связи. Оптические компоненты INDEX >>
➤Учебник по оптоволоконной связи ➤APS в SDH ➤SONET основы ➤SDH Каркасная конструкция ➤SONET против SDH

---

Поставщики, производители радиочастотных беспроводных устройств

Сайт RF Wireless World охватывает производителей и поставщиков различных радиочастотных компонентов, систем и подсистем для ярких приложений, см. ИНДЕКС поставщиков >>.

Поставщики радиочастотных компонентов, включая радиочастотный изолятор, радиочастотный циркулятор, радиочастотный смеситель, радиочастотный усилитель, радиочастотный адаптер, радиочастотный разъем, радиочастотный модулятор, радиочастотный трансивер, PLL, VCO, синтезатор, антенну, генератор, делитель мощности, сумматор мощности, фильтр, аттенюатор, диплексор, дуплексер, микросхема резистора, микросхема конденсатора, микросхема индуктивности, ответвитель, оборудование ЭМС, программное обеспечение для проектирования радиочастот, диэлектрический материал, диод и т. д.Производители RF компонентов >>
➤Базовая станция LTE ➤RF Циркулятор ➤RF Изолятор ➤Кристаллический осциллятор

---

MATLAB, Labview, встроенные исходные коды

Раздел исходного кода RF Wireless World охватывает коды, связанные с языками программирования MATLAB, VHDL, VERILOG и LABVIEW. Эти коды полезны для новичков в этих языках. ИНДЕКС ИСХОДНОГО КОДА >>
➤3-8 декодер кода VHDL ➤Код MATLAB для дескремблера ➤32-битный код ALU Verilog ➤T, D, JK, SR триггеры labview коды

* Общая информация о здоровье населения *

Выполните эти пять простых действий, чтобы остановить коронавирус (COVID-19).
Сделай пятерку
1. РУКИ: часто мойте их
2. КОЛЕНО: Откашляйтесь
3. ЛИЦО: Не трогай его
4. НОГИ: держитесь на расстоянии более 3 футов (1 м) друг от друга
5. ЧУВСТВОВАТЬ: Болен? Оставайся дома

Используйте технологию отслеживания контактов >>, соблюдайте >> рекомендации по социальному дистанцированию и установить систему видеонаблюдения >> чтобы спасти сотни жизней. Использование концепции телемедицины стало очень популярным в таким странам, как США и Китай, чтобы остановить распространение COVID-19, поскольку это заразное заболевание.

---

RF Беспроводные калькуляторы и преобразователи

Раздел «Калькуляторы и преобразователи» охватывает ВЧ-калькуляторы, беспроводные калькуляторы, а также преобразователи единиц измерения. Сюда входят такие беспроводные технологии, как GSM, UMTS, LTE, 5G NR и т. Д. СПРАВОЧНЫЕ КАЛЬКУЛЯТОРЫ Указатель >>.
➤ Калькулятор пропускной способности 5G NR ➤5G NR ARFCN против преобразования частоты ➤Калькулятор скорости передачи данных LoRa ➤LTE EARFCN для преобразования частоты ➤Калькулятор антенн Яги ➤ Калькулятор времени выборки 5G NR

---

IoT-Интернет вещей Беспроводные технологии

Раздел IoT охватывает беспроводные технологии Интернета вещей, такие как WLAN, WiMAX, Zigbee, Z-wave, UMTS, LTE, GSM, GPRS, THREAD, EnOcean, LoRa, SIGFOX, WHDI, Ethernet, 6LoWPAN, RF4CE, Bluetooth, Bluetooth Low Power (BLE), NFC, RFID, INSTEON, X10, KNX, ANT +, Wavenis, Dash7, HomePlug и другие.Он также охватывает датчики Интернета вещей, компоненты Интернета вещей и компании Интернета вещей.
См. Главную страницу IoT >> и следующие ссылки.
➤ НИТЬ ➤EnOcean ➤Учебник по LoRa ➤Учебник по SIGFOX ➤WHDI ➤6LoWPAN ➤Zigbee RF4CE ➤NFC ➤Lonworks ➤CEBus ➤UPB

СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ

Учебники по беспроводной связи RF

Датчики разных типов

Поделиться страницей

Перевести страницу

% PDF-1.3 % 1 0 объект > эндобдж 3 0 obj > эндобдж 2 0 obj > эндобдж 4 0 obj > >> / Содержание [83 0 R 84 0 R 85 0 R] / CropBox [0 0 612 792] / Аннотации [86 0 R] >> эндобдж 5 0 obj > / Содержание 89 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 6 0 obj > / Содержание 92 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 7 0 объект > / Содержание 95 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 8 0 объект > / Содержание 98 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 9 0 объект > / Содержание 101 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 10 0 obj > / Содержание 104 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 11 0 объект > / Содержание 107 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 12 0 объект > / Содержание 110 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 13 0 объект > / Содержание 113 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 14 0 объект > / Содержание 118 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 15 0 объект > / Содержание 121 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 16 0 объект > / Содержание 124 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 17 0 объект > / Содержание 127 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 18 0 объект > / Содержание 131 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 19 0 объект > / Содержание 134 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 20 0 объект > / Содержание 137 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 21 0 объект > / Содержание 140 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 22 0 объект > / Содержание 145 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 23 0 объект > / Содержание 148 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 24 0 объект > / Содержание 151 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 25 0 объект > / Содержание 154 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 26 0 объект > / Содержание 157 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 27 0 объект > / Содержание 160 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 28 0 объект > / Содержание 163 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 29 0 объект > / Содержание 168 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 30 0 объект > / Содержание 173 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 31 0 объект > / Содержание 176 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 32 0 объект > / Содержание 179 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 33 0 объект > / Содержание 182 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 34 0 объект > / Содержание 185 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 35 0 объект > / Содержание 188 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 36 0 объект > / Содержание 191 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 37 0 объект > / Содержание 196 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 38 0 объект > / Содержание 199 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 39 0 объект > / Содержание 202 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 40 0 объект > / Содержание 205 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 41 0 объект > / Содержание 208 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 42 0 объект > / Содержание 211 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 43 0 объект > / Содержание 214 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 44 0 объект > / Содержание 217 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 45 0 объект > / Содержание 220 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 46 0 объект > / Содержание 225 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 47 0 объект > / Содержание 228 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 48 0 объект > / Содержание 231 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 49 0 объект > / Содержание 234 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 50 0 объект > / Содержание 237 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 51 0 объект > / Содержание 240 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 52 0 объект > / Содержание 245 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 53 0 объект > / Содержание 250 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 54 0 объект > / Содержание 253 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 55 0 объект > / Содержание 257 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 56 0 объект > / Содержание 260 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 57 0 объект > / Содержание 264 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 58 0 объект > / Содержание 269 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 59 0 объект > / Содержание 274 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 60 0 объект > / Содержание 279 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 61 0 объект > / Содержание 284 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 62 0 объект > / Содержание 289 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 63 0 объект > / Содержание 294 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 64 0 объект > / Содержание 299 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 65 0 объект > / Содержание 304 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 66 0 объект > / Содержание 307 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 67 0 объект > / Содержание 310 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 68 0 объект > / Содержание 313 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 69 0 объект > / Содержание 316 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 70 0 объект > / Содержание 319 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 71 0 объект > / Содержание 322 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 72 0 объект > / Содержание 325 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 73 0 объект > / Содержание 328 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 74 0 объект > / Содержание 331 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 75 0 объект > / Содержание 334 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 76 0 объект > / Содержание 337 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 77 0 объект > / Содержание 340 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 78 0 объект > / Содержание 343 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 79 0 объект > / Содержание 346 0 руб. / CropBox [0 0 612 792] >> эндобдж 80 0 объект > эндобдж 81 0 объект > эндобдж 82 0 объект > ручей x

Руководство по проектированию затворных трансформаторов

По мере усложнения электрических цепей потребность в квалифицированной электротехнике становится все более острой.Точное проектирование необходимо на каждом этапе проектирования схемы, и не менее важно при проектировании компонентов. Один из компонентов, который необходимо тщательно спроектировать, — это трансформатор управления затвором в импульсном источнике питания (SMPS).

Трансформатор привода затвора необходим в ИИП для управления синхронизацией цепи. Эти устройства выдают электрические импульсы для включения и выключения полупроводников, таких как силовые полевые МОП-транзисторы высокого напряжения или IGBT. Они также используются для изоляции напряжения и согласования импеданса.Трансформаторы управления затвором — это, по сути, импульсные трансформаторы, которые используются для управления затвором электронного переключающего устройства. Предполагая оптимальные значения для времени нарастания, спада и выброса, приложение — это то, что отличает трансформатор затвор-привод от других трансформаторов.

Базовый трансформатор привода затвора имеет несколько вариантов конструкции, каждая из которых зависит от конкретного применения. Некоторые общие схемы и соответствующие им передаточные числа витков перечислены в Рис. 1 .

Типичные трансформаторы затвор-привод сконструированы с использованием ферритовых сердечников для снижения стоимости. Некоторые из общих базовых пакетов — EE, EER, ETD и EFD. Эти типы сердечников имеют E-образную форму и имеют соответствующую шпульку. Шпульки могут устанавливаться на поверхность или через отверстие. В некоторых случаях в конструкции будет использоваться тороид.

Типовая конструкция импульсного трансформатора требует параметров, указанных в Таблица 1 .

Если существует требование стандарта безопасности (UL, VDE, CUL, IEC или TUV), то конструкция должна предусматривать определенные пути утечки и зазоры.Документация должна быть приобретена в агентствах по безопасности для необходимых требований по пути утечки и зазорам.

Если приложение предназначено для военных целей, то выбор производственных материалов может не соответствовать директиве об ограничении использования опасных веществ (RoHS). Инженеры-проектировщики Magnetics должны понимать эту директиву, потому что она ограничивает выбор материалов, которые могут использоваться в трансформаторе, что может повлиять на производительность.

Первый шаг — определение материала сердцевины.Это зависит от рабочей частоты. В таблице 2 перечислены несколько поставщиков сердечников и рекомендуемые ферритовые материалы для трех различных частотных диапазонов. ^[1] Рабочая частота SMPS будет определять величину индуктивности, которая необходима на первичной обмотке трансформатора управления затвором. Общие рекомендации перечислены в Таблица 3 . ^[2]

Двумя критическими электрическими параметрами, которые необходимо контролировать при разработке трансформатора с приводом затвора, являются индуктивность рассеяния и емкость обмотки. ^[1] Высокая индуктивность рассеяния и емкость обмотки могут вызвать нежелательный выходной сигнал, такой как фазовый сдвиг, ошибка синхронизации, шум и выбросы. Индуктивность утечки возникает, когда обмотка имеет плохую связь. Высокая емкость обмотки возникает, когда в обмотке много витков, и витки укладываются неравномерно в процессе намотки.

Индуктивность утечки может быть сведена к минимуму на этапе проектирования электрооборудования, а также при определении производственной спецификации. Существует множество формул, позволяющих приблизительно рассчитать индуктивность рассеяния для конкретной конструкции.

Одна из формул ^[3] , используемых для оценки индуктивности рассеяния в конструкции магнитов, имеет следующий вид:

, где I _L равно индуктивности рассеяния обеих обмоток в Генри, N равно количеству витков в обмотке, MT равно средней длине витка для всего сердечника в дюймах, n равно количеству диэлектриков (изоляции) между обмотками. , c равно толщине диэлектрика (изоляции) в дюймах, a равно высоте обмотки в дюймах и b равно поперечному ходу обмотки в дюймах.

Одной вещи, которую следует избегать любой ценой, является наличие обмотки с полувитком. Половорот — это несвязанный виток, и индуктивность рассеяния будет высокой. Емкость обмотки должна быть в пределах пикофарад (желательно менее 100 пФ).

При производстве трансформатора с приводом затвора индуктивность рассеяния может быть ограничена путем использования правильного метода намотки во время производства. Рис. 2 показывает спецификацию намотки, которая отображает метод намотки от центра.Спецификация обмотки дает конфигурацию, отраженную в Рис. 1c . Обратите внимание, что линия между конечными точками Start 1 и Finish 6 находится на первичной стороне.

Этот метод намотки от центра увеличивает индуктивную связь витков. Пошаговый процесс того, как намотать эту деталь, выглядит следующим образом:

• С двумя проводами в руке, красным и зеленым (начальные точки Старт 2 и Старт 3), бифилярный ветер 10 витков.

• Теперь добавьте естественный провод и трифиляр ветра с тремя проводами в руке (этот этап отмечен начальной точкой Start 1), сделав еще 20 витков.Прекратите наматывать естественный провод через 30 витков. Этот этап отражается конечной точкой Finish 6.

• Бифиляр намотайте еще 10 витков вместе красным и зеленым проводами, доведя эти провода до 40 витков. Этот этап отмечен конечными точками Finish 4 и Finish 5.

Теперь, когда представлена ​​основная информация по проектированию и намотке трансформатора с приводом затвора, проектирование можно завершить, используя Рис.1c в качестве эталонного проекта. Диапазон индуктивности будет составлять от 50 мкГн до 500 мкГн, согласно Таблица 3 . Электрические требования для этого трансформатора приведены в Таблица 4 .

Как упоминалось ранее, первым шагом в разработке трансформатора с приводом затвора является решение, какой размер сердечника использовать и из какого материала сердечника. Наиболее совместимым материалом для этого конкретного применения является 3F3 или его аналог от Ferroxcube, как указано в , Таблица 2, . ^[4]

Поскольку уровень мощности указан ниже 5 Вт, выбран E5.3 / 2.7 / 2-3F3. Значение AL (измеренное в миллигенри на тысячу витков) сердечника указано как 265-25% (от 199 до 331). Площадь жилы 0,0265 см ² .

Обороты рассчитываются по следующей формуле:

, где B равняется плотности потока в гауссах, A _CORE равняется площади сердечника в квадратных сантиметрах, а ET равняется постоянной вольт-микросекунды в вольт-микросекундах.

ET измеряет энергоемкость трансформатора или катушки индуктивности и зависит от площади сердечника, материала сердечника, количества витков и рабочего цикла приложенного импульса.

В этом дизайне будет использоваться уровень Гаусса 2000. На этом уровне Гаусса нет риска насыщения сердечника, потому что B _SAT материала 3F3 от Ferroxcube составляет 4000 Гаусс. Кроме того, поскольку это сердечник E, на сопрягаемых поверхностях есть небольшой зазор, который помогает предотвратить насыщение сердечника.

Установление номеров оборотов

При всех известных параметрах, используя следующее уравнение, можно рассчитать количество витков первичной обмотки:

, где B равно 2000 Гаусс, A _CORE равно 0,0265 кв. См (площадь жилы), а ET равно 10,5 В мкс. Если число витков первичной обмотки равно 20, то вторичная обмотка будет иметь 40 витков, что соответствует соотношению «1: 2: 2».

Определение калибра провода

Ток будет рассчитан с использованием 50 мкГн для минимальной индуктивности первичной обмотки согласно , таблица 3 .

Входной ток рассчитывается по следующей формуле:

Размер провода на первичной обмотке рассчитывается по следующей формуле:

A _ПРОВОД = (круговых милов на ампер) (I _IN ) (DT),
где A _WIRE равняется площади провода в круглых милах, I _IN равняется входному току, а DT равняется скважности.

Замена 500 круговых мил на ампер, 255 мА на ток и рабочий цикл 50% дает площадь 63.75 круговых милов с запасом проволоки размером # 32. Для первичной обмотки будет использоваться провод # 32H (MW80C [155 ° C]). MW80C выбран потому, что он соответствует верхнему пределу температуры 130 ° C, а также потому, что его можно снимать пайкой и легко припаять при производстве.

Размер вторичного провода будет основан на уровне тока 3 мА в каждой обмотке. Расчетная площадь в круговых милах для каждой обмотки составляет 1,5. Поэтому на каждой вторичной обмотке будет использоваться провод # 48H.

Завершение дизайна

После расчета размеров проволоки следующая задача — убедиться, что все материалы помещаются в упаковку.Для склеивания ферритовых сердечников необходимо выбрать подходящий клей. Индуктивность разомкнутой цепи первичной обмотки проверяется по следующей формуле:

При допуске значения AL сердечника («25%) минимальная индуктивность составит 79 мкГн. Эта индуктивность относительно невелика, но она соответствует проектным требованиям. Минимальная индуктивность, которая должна была соблюдаться, составляла 50 мкГн. Число витков можно увеличить, чтобы увеличить индуктивность, но емкость будет скомпрометирована. Следовательно, указанные 20 витков останутся.

Наконец, полный пакет схем готов для представления заказчику ( Рис. 3 ). Окончательная ведомость материалов для завершенного проекта приведена в Таблица 5 .

Список литературы

1. Вагнер, Дж. «Твердотельные катушки Тесла — Общие примечания», http://users.tkk.fi/~jwagner/tesla/
   SSTC / general-sstc-notes-gatedrv.htm,
   С. 2-3.

2. Андрейчак, Билл, Руководство по проектированию импульсного регулируемого источника питания Unitrode , «Обзор конструкции резонансного преобразователя 1 МГц 150 Вт», Unitrode Corp., 1988.

3. Lee, Rueben, Electronic Transformers and Circuits , 2 ^nd Edition, John Wiley & Sons Inc., 1947, стр. 76.

4. Справочник по мягким ферритам и принадлежностям Ferroxcube , 2004 г.

Устранение магнитных проблем с помощью Pulse Tran

Аннотация: В этой заметке по применению описывается, как управлять или подавлять влияние внешних магнитных полей на трансформаторы, используемые в ИС для учета электроэнергии 71M6541 / 71M6542 / 71M6543.Особое внимание уделяется тому, как противодействовать воздействию сильного магнита постоянного тока в ограниченном пространстве небольшого корпуса счетчика.

Введение

Фон

Семейство ИС 71M6541 / 71M6542 / 71M6543 предназначено для использования с трансформаторами тока (ТТ), которые традиционно используются в одно- и многофазных счетчиках, или шунтирующими резисторами, которые подключаются к изолирующим интерфейсам удаленных датчиков. Интерфейсы удаленных датчиков 71M6541 / 71M6542 / 71M6543 и 71M6545 обычно подключаются к микросхемам 71M6541 / 71M6542 / 71M6543 через небольшие недорогие импульсные трансформаторы.

Под влиянием очень сильного магнитного поля постоянного тока трансформатор тока (т. Е. Трансформатор тока, традиционно используемый в типичных многофазных счетчиках электроэнергии) насыщается, и его выходная мощность будет меньше, чем пропорциональна приложенному току, что приведет к потере доходов для коммунального предприятия. . Такое насыщение происходит при больших токах, и его нелегко обнаружить.

Как и их аналоговые аналоги, трансформаторы тока и импульсные трансформаторы также могут подвергаться воздействию внешних магнитных полей. В худшем случае трансформаторы насыщаются и, следовательно, теряют свою индуктивность, превращая их в низкоомную нагрузку для драйверов в устройстве учета электроэнергии.Это закорачивает дифференциальные драйверы и, как следствие, приводит к падению мощности питания.

Следовательно, система измерения, состоящая из ИС учета электроэнергии 71M6541 / 71M6542 / 71M6543 и одного или нескольких интерфейсов удаленных датчиков 71M6601, 71M6103 или 71M6113, подключенных к датчикам токового шунта, не полностью защищена от магнитных полей. В этом примечании к применению описывается, как управлять или подавлять влияние внешних магнитных полей на трансформаторы, используемые в семействе ИС для измерения электроэнергии 71M6541 / 71M6542 / 71M6543 / 71M6545.Особое внимание уделяется тому, как противодействовать воздействию сильного магнита постоянного тока в ограниченном пространстве небольшого корпуса счетчика.

Обратите внимание, что защита от магнитных эффектов не может быть реализована с помощью универсального рецепта. Каждый случай индивидуален, в зависимости от того, присутствуют ли поля переменного или постоянного тока, находится ли счетчик в магнитном поле или просто подвергается воздействию магнита, расположенного снаружи, и есть ли в корпусе счетчика пространство для перемещения трансформаторов подальше от источник поля.

После краткого обзора требований к магнитным счетчикам электроэнергии представлены некоторые основные термины, касающиеся магнитных полей. Также представлены методы смягчения последствий, от простейших недорогих методов до методов экранирования и, наконец, до использования трансформаторов с передовыми магнитными материалами.

Требования к магнитным полям в измерительных приборах

Традиционно стандарты ANSI и EN / IEC требовали, чтобы счетчики электроэнергии работали при относительно умеренных уровнях магнитных полей:

• ANSI C12.1, подпункт 4.7.3.4, описывает испытание с 6-футовым. х 6 футов. Катушка Гельмгольца, работающая при токе 100 А при переменном токе, с указанием максимального отклонения в регистрации Втч ± 1%.
• IEC 62053-11, таблица 8, устанавливает плотность потока переменного тока 0,5 мТл, создаваемую круглой катушкой с витками 400 А.
• В IEC 62053-21, раздел 8.2.4, указывается, что должна применяться напряженность поля постоянного тока в 1000 А (как указано в Таблице 11, погрешность регистрации 2% для счетчика класса 1 допустима).
• EN 50470-1 определяет магнитные поля постоянного тока на 1000 А витков и описывает испытательную катушку (в основном магнит постоянного тока), которая должна быть приложена к всем доступным поверхностям счетчика.
• EN 50470-1 относится к EN 61000-4-8 для магнитных полей переменного тока (настольное оборудование, магнитное поле переменного тока на частоте сети).

Эти требования не новы и являются результатом двух соображений:

• Измерители могут иметь ошибки регистрации при работе вблизи (паразитные поля) сильноточных цепей переменного тока.
• Конечные потребители могут вмешиваться в счетчик с помощью магнитов постоянного тока.

Условия испытаний варьируются от стандартных до стандартных, но их можно разделить на две категории:

• Метод погружения : весь тестируемый измеритель подвергается воздействию магнитного поля, создаваемого большой катушкой.
• Метод приближения : магнитное устройство прикладывают к поверхности тестируемого счетчика.

Применяемый тест имеет значение для того, как можно защитить счетчик от магнитного воздействия: при использовании метода приближения геометрическое расположение чувствительных компонентов имеет большое значение. При использовании метода погружения геометрическое расположение чувствительных компонентов имеет второстепенное значение, поскольку поле достигает любого места в пределах тестируемого измерителя.

Внутренние стандарты, используемые в некоторых странах, могут содержать требования для конкретной страны, которые применяются поверх стандартов IEC или EN.

Новые требования к постоянному магнитному полю

На некоторых рынках появляются более строгие требования из-за наличия очень мощных редкоземельных магнитов постоянного тока, которые можно использовать для подделки счетчиков. ¹ В случае немецкого измерителя частоты EHz очень строгие магнитные требования сочетаются с малым физическим форм-фактором корпуса, что еще больше затрудняет защиту от магнита.

Таблица 1 показывает пример влияния, которое магнит постоянного тока может оказывать на незащищенный счетчик электроэнергии. Перечисленные результаты получены на основе измерений тока, полученных с помощью измерителя, работающего с трансформаторами тока с наличием и без наличия постоянного магнитного поля (генерируемого испытательным магнитом, предписанным немецкими требованиями PTB). ² В таблице показаны значительные ошибки при больших токах, которые являются результатом насыщения сердечника.

Следовательно, трансформаторы тока, предназначенные для работы в сильных магнитных полях, часто экранированы от магнитных полей (что сказывается на стоимости) или заменяются так называемыми «устойчивыми к постоянному току трансформаторами тока», что значительно увеличивает стоимость и влияет на точность фазы по току и температуре.

Таблица 1. Отображение тока с трансформатором тока под действием постоянного магнитного поля
Ток (А)	Дисплей без магнитного поля (A)	Дисплей с постоянным магнитным полем (A)	Ошибка отображения
200	199,7	80	-60%
100	99,8	25	-75%
50	49,9	49,8	-0.2%
10	9,99	9,99	0%

Некоторые основы магнетизма

В электротехнике мы думаем о напряжениях, которые управляют токами через резисторы по замкнутому пути. Аналогию с этой картиной можно установить при рассмотрении магнитных полей: здесь магнит (или катушка с протекающим электрическим током) заменяет напряжение; свободный воздух или магнитные материалы заменяют дискретные резисторы; а индукция эквивалентна электрическому току.Силовые линии магнитного поля исходят от полюса магнита, проникают через открытый воздух или магнитные материалы и, наконец, возвращаются к противоположному полюсу. Таблица 2 показывает некоторые магнитные свойства и их физические единицы.

Таблица 2. Магнитные / электрические элементы и их свойства в сравнении
Магнитный элемент или свойство	Символ	Физическое устройство	Описание
Стержневой магнит	–	–	Источник постоянного магнитного поля
Напряженность поля	H	А / м	Величина поля, создаваемого магнитом или током
Относительная проницаемость	µ r	против	Проводимость магнитного потока по сравнению с проницаемостью вакуума (µ 0 )
Флюс	Φ	против	Эквивалент тока в электрическом поле
Остаточная сила	B	Т	«Сила» магнита постоянного тока
Индукция, плотность потока	B	Т	B = Φ / A (поток на площадь)

Для постоянного магнита силовые линии больше всего сосредоточены вокруг полюсов, и напряженность поля уменьшается с увеличением расстояния (r) от полюсов.В относительной близости напряженность поля будет уменьшаться со скоростью от 1 / r² до 1 / r³.

В вакууме или воздухе индукция (B) пропорциональна напряженности поля:

B = µ ₀ × H

Внутри магнитного материала индукция зависит от относительной проницаемости материала и напряженности поля:

B = µ ₀ × µ _r × H

В этом уравнении µ _r сильно нелинейно. µ _r зависит от напряженности магнитного поля (H), материала, температуры и других факторов.Для типичных материалов магнитного экранирования µ _r может находиться в диапазоне 80 000 в линейном диапазоне. При высокой напряженности приложенного поля B больше не будет увеличиваться, и произойдет насыщение.

Постоянные магниты обычно характеризуются размерами, остаточной намагниченностью, коэрцитивным полем и магнитной проницаемостью. Характеристики типичного небольшого редкоземельного магнита перечислены в , Таблица 3 .

Таблица 3. Характеристики малого редкоземельного магнита
Имущество	Физическое устройство	Величина	Описание
Размеры	мм	40 × 18 × 12	Геометрические размеры
Остаточная сила	Т	1.35	–
Коэрцитивное поле	А / м	1 × 10 6	–
Проницаемость отдачи	–	1,05	Проницаемость по сравнению со свободным пространством

Магнитные свойства типичной измерительной системы на основе 71M6541 / 71M6542 / 71M6543

Корпус счетчика

Счетчики электроэнергии обычно заключены в пластиковые корпуса, которые легко проникают магнитными полями.Для всех практических целей, касающихся магнитных эффектов, измерители вообще не имеют корпусов.

В правильно спроектированном измерителе чувствительные импульсные трансформаторы должны быть расположены как можно дальше от сторон корпуса.

Импульсные трансформаторы

Для стандартных приложений, то есть в благоприятных магнитных средах, Maxim рекомендует использовать импульсные трансформаторы на ферритовых сердечниках вместе с интерфейсами удаленных датчиков 71M6541 / 71M6542 / 71M6543 и 71M6601 / 71M6103 / 71M6113.Эти трансформаторы имеют свойства, перечисленные в Таблица 4 . Для получения данных производителя и номеров деталей обратитесь к представителю компании Maxim FAE или к продавцу.

Таблица 4. Магнитные свойства типичного импульсного трансформатора
Имущество	Физическое устройство	Значение	Комментарий
Тип сердечника	–	Тороид	–
Размеры сердечника (OD)	мм	4.8	Наружный диаметр
Размеры сердечника (ID)	мм	2,3	Толщина тороида 1,27 мм
Начальная проницаемость	–	2700	При плотности потока 0 мТл и комнатной температуре
Максимальная проницаемость	–	4400	При комнатной температуре и плотности потока 200 мТл
Плотность потока насыщения	мТ	470	При комнатной температуре

Мы можем основать некоторые расчеты на типичном импульсном трансформаторе на основе материала ферритового сердечника (как описано в Таблице 4).Плотность потока насыщения для этого трансформатора составляет 470 мТл. Сигнальный ток, протекающий через обмотки, будет создавать плотность потока, которая должна быть намного ниже, чем плотность потока насыщения, чтобы магнитное поле могло добавить некоторую плотность потока, не вызывая насыщения.

Чтобы вычислить плотность потока, связанную с цифровым сигналом, мы сначала вычисляем напряженность поля, которая задается для сердечника тороида по формуле:

H = (i × N) / (2 × π × r)

N — количество первичных обмоток, i — ток, подаваемый 71M6541 / 71M6542 / 71M6543 / 71M6545, а r — радиус тора.Используя i = 12 мА, N = 13 и r = 0,0024 м, мы определяем H равным 10,35 А / м.

Кривая намагничивания материала сердечника затем может использоваться для оценки плотности потока, соответствующей напряженности поля (см. , рис. 1, ). Плотность потока, соответствующая 10,35 А, составляет 170 мТл, что означает, что у нас есть теоретический бюджет 470 мТл — 170 мТл = 300 мТл для потока, генерируемого внешним магнитом до достижения насыщения.

Рис. 1. Кривая намагничивания материала сердечника.

Прочие магнитные компоненты

При разработке измерителя магнитного сопротивления мы не должны упускать из виду тот факт, что измеритель может содержать несколько других компонентов, чувствительных к магнитным полям. Примеры таких компонентов:

• Трансформаторы питания и / или дроссели
• Ферриты, используемые для защиты от электромагнитных помех
• Трансформаторы, используемые в схемах ПЛК
• Трансформаторы, используемые в цепях изоляции

Меры против магнитного вмешательства

Разработчику счетчика доступны различные меры по борьбе с магнитными помехами.Меры перечислены ниже в порядке затрат и усилий:

• Регистрация событий
• Стратегическое размещение компонентов, чувствительных к магнитным полям
• Магнитное экранирование
• Использование трансформаторов с альтернативными (высоконасыщенными) материалами сердечника

Эти меры будут обсуждаться в следующих разделах.

Регистрация событий

Первая линия защиты от насыщения трансформатора из-за магнитных полей может быть такой же простой, как регистрация событий. ³ Магнитное событие может привести к действиям, которые могут варьироваться от юридических мер против нарушителя до отключения нагрузки (с помощью выключателя) или наказания клиента максимальными тарифами.

Для обнаружения постоянного магнита можно использовать различные методы. В измерительной промышленности используются следующие методы:

• Герконовые реле : Эти крошечные реле имеют ферромагнитные контакты, которые замыкаются при приложении магнитного поля.Контакты обычно подключаются к контактам ввода / вывода микросхемы счетчика.
• Датчики на эффекте Холла : Эти аналоговые датчики генерируют выходное напряжение, пропорциональное приложенному магнитному полю. Выход датчика Холла обычно направляется на вход АЦП или компаратора ИС измерителя.

Для демонстрационных плат 71M6543F-DB и 71M6541F-DB доступен демонстрационный код, который обрабатывает провалы напряжения питания, связанные с насыщением трансформатора, и регистрирует событие тампера. Код проводит различие между потерей реальной мощности и потерей мощности, вызванной вмешательством, следующим образом:

1. Потеря мощности сети связана с сигналом проседания от CE.
2. Потеря питания платы, вызванная событием магнитного тампера, не связана с событием провисания. Код на короткое время выполнится в режиме пониженного энергопотребления и включит пульты дистанционного управления при возврате в режим миссии. Если ситуация с магнитным тампером все еще существует, это приведет к установке бита 0 в регистре VSTAT [2: 0], и MPU записывает это как событие тампера.

Размещение компонентов, чувствительных к магнитным полям

Если для измерителя используется проверка приближения, что характерно для наиболее тяжелых магнитных приложений, имеет смысл расположить магниточувствительные компоненты, т.е.е. трансформаторы питания и дроссели, а также импульсные трансформаторы как можно дальше от доступных поверхностей счетчика.

Ранее было сказано, что в относительной близости напряженность поля магнита будет уменьшаться со скоростью, пропорциональной от 1 / r² до 1 / r³. Из этого можно сделать вывод, что поле будет меньше 1/4 на расстоянии 2 см по сравнению с расстоянием 1 см от магнита. Это соображение делает размещение основной линией защиты, когда одной регистрации событий недостаточно.

Еще одно соображение — ориентация трансформаторов. Тороидальные трансформаторы имеют тенденцию быть более восприимчивыми, если отверстие тороидального сердечника обращено к источнику магнитного поля. На рис. 2 показаны две разные ориентации сердечника. Ориентация, показанная слева, менее восприимчива к магнитному полю от магнита выше.

Рисунок 2. Ориентация ферритового сердечника: вертикальное (слева), горизонтальное (справа).

Экранирование

Если требования к счетчику выходят за рамки регистрации событий, а варианты геометрического расположения импульсного трансформатора (-ов) вдали от сторон корпуса счетчика ограничены, для уменьшения магнитного поля можно использовать экранирование.Чтобы сэкономить экранирующий материал, можно расположить трансформаторы в плотном кластере, который затем окружен экраном.

Идея магнитного экранирования заключается в том, что при заданной напряженности поля плотность потока будет самой высокой в ​​высокопроницаемом материале. Защитный материал будет «впитывать» флюс (как губка, впитывающая воду), отводя его от чувствительных компонентов. Однако при достижении определенной напряженности поля экран насыщается и больше не несет плотности потока, пропорциональной приложенному полю.Важно знать проницаемость и другие магнитные свойства компонентов, которые должны быть экранированы. Как и экранирующий материал, эти компоненты будут концентрировать магнитный поток, поскольку их проницаемость обычно больше, чем проницаемость свободного пространства.

Доброкачественные магнитные поля можно эффективно экранировать с помощью мю-металла, материала с высокой относительной проницаемостью (обычно от 70 000 до 80 000). Такие материалы доступны в виде фольги или клейкой пленки от различных производителей (ссылки на производителей см. В разделе «Инструменты и ресурсы»).Эти пленки легко режутся и сгибаются в желаемую форму для лабораторных испытаний. После того, как будет найдено хорошее решение для защиты, можно использовать фиксированный штампованный или механически обработанный щит в форме банки или ящика.

Экспериментируя с магнитными экранами, полезно соблюдать несколько правил, например:

• Щиты лучше всего работают, когда углы не острые, а плавно загнутые.
• При формировании конструкции из фольги должно быть значительное перекрытие на стыке двух концов.
• Двойные или тройные экраны с тонкими зазорами между ними работают лучше, чем твердый материал двойной или тройной толщины. Для разделения слоев экрана можно использовать бумагу или полиэтиленовую пленку.

Эффективность экранирования ограничена, особенно когда задействованы сильные магниты. На практике экранирующие материалы с высокой проницаемостью имеют тенденцию к раннему насыщению и, следовательно, теряют свои защитные свойства. Для защиты от сильных магнитов следует использовать мягкую сталь или другие материалы.Однако эффективное экранирование возможно только при использовании больших объемов материала, что делает счетчик тяжелым и дорогим.

Использование альтернативных основных материалов

Типичные импульсные трансформаторы на основе ферритового материала имеют насыщение от 450 до 500 мТл. Эти трансформаторы предлагают хорошее решение в благоприятных магнитных средах, когда можно использовать регистрацию событий или когда размещение и / или экранирование трансформатора дает хорошие результаты.

Не все сценарии магнитного поля могут быть выполнены с этим типом трансформатора.Когда используются большие и мощные магниты постоянного тока, иногда единственным решением является использование импульсных трансформаторов с более высоким потоком насыщения. Компания Maxim сотрудничала с производителями трансформаторов, чтобы определить подходящие материалы сердечника, обеспечивающие хорошее сочетание электрических свойств, магнитного сопротивления и экономичности.

После интенсивных испытаний предпочтение было отдано двум основным материалам:

Компания Maxim сотрудничает с производителем магнитов, который может предоставить образцы трансформаторов с сердечниками Hi-Flux.Для получения данных производителя, номеров деталей и наличия деталей обращайтесь к Maxim FAE или к продавцу.

Некоторые результаты испытаний представлены в разделе «Испытания альтернативных магнитных материалов».

Моделирование экранирования

Моделирование экранирования было выполнено с помощью инструмента моделирования Vizimag 2-D. Для этого моделирования были приняты экранирующие пластины толщиной 1 мм и µ _r 80 000.

Нет щита

Без какого-либо экранирования (см. , рис. 3, ) силовые линии проникают в печатную плату, как воздух, и создают плотность потока 92 мТл в центре и 75 мТл в точке на расстоянии 15 мм от центра.

Рисунок 3. Магнитное поле без экранирования.

Важно отметить, что результаты моделирования 92 мТл или 75 мТл будут , а не , как полученная плотность потока в трансформаторе, когда он будет введен в поле. Ферритовый сердечник будет иметь собственную магнитную проницаемость и поглощать силовые линии магнитного поля. Это приведет к гораздо более высокой плотности потока, чем то, что показывают модели для воздуха.

Плоский щит

Плоский экран немного снижает плотность потока.Использование плоской экранирующей пластины шириной 40 мм с µ _r = 80 000 и толщиной 1 мм снижает плотность потока с 40 мТл (центр) до 57 мТл (15 мм от центра). Эффект экранирования можно оценить по расстоянию между силовыми линиями (см. , рис. 4, ), которое примерно в два раза больше в этом моделировании по сравнению с моделированием на рисунке 3.

Рисунок 4. Магнитное поле с плоским экраном.

Перемещение экрана вверх и вниз не приводит к значительному изменению плотности потока на поверхности печатной платы.Интересно, что толщина экрана оказывает незначительное влияние на плотность потока.

U-образный щит

Смещение сторон экрана вниз для образования U-образной структуры (см. , рис. 5, ) снижает плотность потока до 25 мТл (центр) и 29 мТл (15 мм от центра). Силовые линии имеют тенденцию повторять структуру мю-металла и проникают в печатную плату только в двух местах.

Рисунок 5. Магнитное поле с U-образным экраном.

Дальнейшее улучшение возможно за счет удлинения сторон U-образного экрана.На рис. 6 показано поле для U-образной конструкции с длиной стороны 12 мм. Силовые линии стремятся избегать полости под перевернутой буквой «U» и оставляют структуру из мю-металла на самых концах удлиненных боковых панелей. Этот метод снижает плотность потока до 15 мТл (центр) и 12 мТл (15 мм от центра). По сравнению с неэкранированной конфигурацией теперь мы добились более чем шестикратного снижения плотности потока.

Обратите внимание, что экран теперь проникает в печатную плату, поэтому на печатной плате необходимо предусмотреть прорези.

Затем результаты проверяются путем введения сердечников тороидального трансформатора с физическими свойствами, указанными выше, поскольку эффект экранирования в конечном итоге проявляется в уменьшении плотности магнитного потока внутри сердечников (см. , рис. 7, ).

Рисунок 6. Магнитное поле с удлиненным U-образным экраном.

Моделирование показывает максимальные плотности потока в сердечниках, которые теперь достигают 2 мТл, что ниже предела насыщения. Для сравнения, плотность потока в сердечниках неэкранированной конфигурации (см. , рис. 8, ) достигает 200 мТл, что близко к максимальному потоку, который может быть добавлен на основе установленного ранее бюджета ошибок.

Рисунок 7. Магнитное поле с удлиненным U-образным экраном и сердечниками трансформатора.
Рисунок 8. Магнитное поле без экрана и сердечников трансформатора.

Закрытый щит

Лучших результатов экранирования можно добиться, закрыв защитную конструкцию со всех сторон. Это может оказаться непрактичным из-за соображений сборки и изоляции, но в крайних случаях это может быть единственным жизнеспособным решением для экранирования. Двухмерное моделирование показывает плотности потока ниже 1.6 мТл в сердечниках (см. Рисунок 9 ).

Рисунок 9. Магнитное поле с закрытым экраном и сердечниками трансформатора.

Ограничения моделирования

Простые инструменты моделирования, используемые для примеров, показанных выше, имеют ограничения, такие как:

• Только 2-D: нет осведомленности о третьем измерении
• Тороиды не могут быть точно представлены с точки зрения их ориентации. Как показано на графиках, оси тороидов перпендикулярны бумаге (ось Z).В правильном монтажном положении, то есть с трансформатором, припаянным к печатной плате, оси тороидов должны быть параллельны бумаге (ось Y).
• Что наиболее важно, все экранирующие материалы будут насыщать вблизи сильного магнита и, следовательно, теряют свои защитные свойства.

Эти ограничения означают, что результаты не могут точно предсказать свойства реального экрана. Доступны более мощные инструменты трехмерного моделирования, которые следует использовать там, где требуется более высокая точность.

Кроме того, экранирование осложняется следующими соображениями:

• Магнитные материалы токопроводящие.
• На трансформаторах присутствует высокое напряжение.
• Для экранирования предпочтительны трехмерные структуры.
• Необходимо соблюдать зазоры и пути утечки.

Естественно, разработчик измерителя постарается держать металлические конструкции подальше от импульсных трансформаторов. Это ограничивает применение экранов областями, удаленными от импульсных трансформаторов.Тот факт, что трансформаторы лучше всего работают, когда они размещены внутри трехмерных экранных структур, также означает, что физические конструкции ограничены: они не могут проникать в печатные платы.

Испытания экранирования

Испытания экранирования на измерителе EHz

Тесты проводились с корпусом, очень похожим на тот, который указан для немецкого измерителя частоты EHz. Этот корпус имеет длину 135 мм, ширину 90 мм и глубину 80 мм. Малые размеры (см. , рис. 10, ) представляют собой проблему для проектировщиков счетчиков, поскольку любой магнитный компонент нельзя размещать на расстоянии более 45 мм от внешней стороны корпуса.

Для испытания использовался стандартный магнит PTB, как указано в документах EHz: FNN Lastenheft EDL для немецкого измерителя EHz определяет поверхностную плотность потока 380 мТл, применяемую к одной из доступных поверхностей, когда измеритель установлен для работы (близость метод). В рекомендуемом методе испытаний используется магнит Nd2Fe14B 280/167 согласно IEC 60404-8-1 с остаточной намагниченностью 1200 мТл (размер 75 мм x 50 мм x 25 мм), который наносится «поперечно», то есть с поверхностью 75 мм x 50 мм непосредственно на корпус счетчика.Этот магнит можно приложить ко всем поверхностям, кроме дна, которое вставлено в приборную панель.

Рис. 10. Размеры корпуса EHz с возможным расположением трансформатора (ов).

Рисунок 11 показывает наихудший сценарий, когда магнит прикладывается сбоку к корпусу счетчика.

Рис. 11. Корпус EHz с магнитом PTB.

После облицовки четырех боковых стенок корпуса стальным щитком 0.При толщине 75 мм (, рис. 12, ) трансформатор (-ы) можно расположить в узкой зеленой зоне вдоль продольной оси (верхней стороной к боковой стенке корпуса). Трансформатор (ы) нужно было «закопать» на глубине> 48 мм от верха, чтобы избежать магнитных помех.

При применении двухслойного экрана толщиной 0,75 мм каждый, разделенного пластиковой фольгой 0,2 мм на внутренней стороне корпуса (, рис. 13, ), трансформатор (ы) можно разместить в большей зеленой зоне (с верхней стороной, обращенной к боковая стенка ограждения).Опять же, трансформатор (-ы) пришлось «закопать» на глубине> 48 мм от верха. Этот вариант с двойным экраном значительно увеличивает вес счетчика, но стоимость материала невысока. Однако варианты размещения трансформатора ограничены и не оставляют много свободы проектировщику.

Рис. 12. Корпус EHz с одним экраном.
Рис. 13. Корпус EHz с двойным экраном.

Испытания альтернативных магнитных материалов

Были испытаны образцы трансформаторов с сердечниками на основе MPP, Hi-Flux и Sendust, предоставленные производителем магнитов, сотрудничающим с Maxim.Предварительные испытания показали, что достижимые расстояния от магнита PTB могут быть уменьшены на 50% по сравнению с расстояниями, достигаемыми при использовании стандартных ферритовых сердечников.

В качестве доказательства концепции трансформаторы с сердечником из трех материалов были смонтированы на демонстрационной плате 71M6543F-DB, а затем подвергнуты воздействию магнита PTB, который был установлен на переменном расстоянии от трансформаторов ( Рисунок 14 ), а также с вертикальным смещением. 0 мм или 10 мм. Были взяты линии нагрузки на различных расстояниях между трансформаторами.
Рисунок 14. Тест счетчика с магнитом PTB.

Результаты хороши как для сердечников Hi-Flux, так и для сердечников MPP, даже когда испытательный магнит находится на расстоянии около 17 мм от трансформаторов (см. , рис. 15, и , рис. 16, ).

Для сравнения, типичные трансформаторы на ферритовой основе уже насыщаются, когда магнит PTB находится на расстоянии 40 мм.

Рисунок 15. Линия нагрузки Wh для сердечника MPP с магнитом PTB.
Рис. 16. Линия нагрузки Wh для сердечника Hi-Flux с магнитом PTB.

Инструменты и ресурсы

Импульсные трансформаторы

Инструменты моделирования

Некоторые инструменты двухмерного моделирования доступны недорого или бесплатно:

Инструмент трехмерного моделирования:

Материал и экраны из мю-металла

Образцы мю-металлической фольги и инженерные комплекты доступны из различных источников. Типичные инженерные комплекты содержат фольгу из мю-металла, покрытую клеем. Ниже перечислены несколько источников:

Источники для штампованных жестяных банок:

Тестовые магниты

Ниже перечислены производители одного специализированного оборудования:

Список литературы

1. В качестве примера см.