Расчет электрических и конструктивных параметров дросселя (трансформатора) импульсного источника питания.

В однотактных импульсных источниках питания и импульсных стабилизаторах напряжения важнейшим элементом является дроссель или импульсный трансформатор, в котором происходит накопление энергии. Обычно их наматывают на броневых или Ш-образных ферритовых магнитопроводах с зазором или кольцах из Мо-пермаллоя МП140 или МП160 [1]. Магнитопроводы из прессованного пермаллоя (Mo-пермаллоя) достаточно дороги и дефицитны. В то же время в большинстве случаев индуктивные элементы таких устройств можно выполнить на широко распространенных кольцах из феррита с проницаемостью 600. . .6000. если в них ввести зазор.
Индуктивность L катушки, намотанной на кольцевом магнитопроводе, как известно, можно найти по формуле [1]

где A_L — так называемый коэффициент индуктивности, N — число витков катушки. Коэффициент A_L соответствует индуктивности катушки в один виток и обычно приводится в справочных данных (как пример Таблица 1) конкретных магнитопроводов [1], а для кольцевых магнитопроводов может быть легко рассчитан;

где μ_o = 1,257-10^-3 мкГн/мм — абсолютная магнитная проницаемость вакуума, μ_эфф — эффективная начальная магнитная проницаемость материала магнитопровода. S_эфф — эффективная площадь сечения магнитопровода в мм² ,l_эфф — эффективная длина магнито-провода в мм.
Зная величину A_L, нетрудно определить число витков катушки для получения необходимой индуктивности:

Эффективное сечение и длина магнитопровода несколько меньше определяемых по его геометрическим параметрам и обычно приводятся в справочной литературе. В табл. 1 и 3.3 [1] в первых пяти столбцах приведены геометрические размеры, эффективные сечение и длина l_эфф Для ферритовых колец стандартного ряда с внешним диаметром D от 6 до 50 мм, внутренним d и высотой h [1].
В этой же таблице приведены расчетные значения площади окна магнитопроводов S_ОKH, периметра сечения р и коэффициента индуктивности A_L для μ_эфф = 50. Данные позволяют рассчитать индуктивность любой катушки, намотанной на кольцевом магнитопроводе с табличными геометрическими размерами. Если μ_эфф используемого кольца отличается от 50, значение A_L необходимо пропорционально изменить, например, для μ_эфф = 2000 коэффициент A_L следует увеличить в 40 раз. Следует иметь ввиду, что значения μ_эфф , S_эфф и l_эфф определяются с большой погрешностью, и в справочниках для кольцевых магнитопроводов указан обычно двукратный разброс значений А_L[1]. Поэтому величины A_L, взятые изТаблицы 1, следует принимать как ориентировочные и уточнять их при необходимости более точного расчета по результатам эксперимента.
Для этого следует намотать на магнитопроводе пробную катушку, например, из десяти витков и измерить ее индуктивность L_ПР. Здесь себя хорошо зарекомендовал прибор, описанный в [5]. Разделив L_ПР на 100 = 10², определим значение A_L. Расчетное значение N следует увеличить на несколько витков (до N₁), по результату измерения L₁ уточнить необходимое число витков , и отмотать лишние витки.

Таблица 1 Параметры кольцевых ферритовых колец.

Описанным выше образом можно рассчитать индуктивность катушки или необходимое число витков. Однако, как только речь заходит о дросселях для импульсных источников питания, сразу возникает вопрос, какой ток может выдержать дроссель без насыщения магнитопровода?
Магнитная индукция Вв магнитопроводе при токе I может быть рассчитана по формуле

Максимально допустимая индукция Втах для материалов магнитопроводов приводится в справочных данных и лежит в пределах 0, 25. ..0,5 Тл. Из этой формулы несложно получить выражение для максимального тока дросселя:

Если в нее подставить формулу для определения числа витков по заданной индуктивности, получим

где \/_эфф = S_эффl_эфф— эффективный объем магнитопровода. Нетрудно видеть, что чем выше μ_эфф, тем меньший ток может пропустить дроссель при тех же геометрических размерах магнитопровода и заданной индуктивности. Более или менее приемлемые результаты при изготовлении дросселей для ИВЭП получаются при μ_эфф = 30... 50. Именно поэтому в Таблице 1 значение коэффициента A_L приведено для μ_эфф = 50. В той же таблице приведено максимальное значение тока l_max через дроссель с одним витком при В_max = 0,3 Тл. Для определения допустимого тока реального дросселя достаточно табличное значение l_max разделить на число витков N.

Литература:

1.Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Г.С. Найвельт и др.; Под ред. Г.С. Найвельта. – М.: Радио и связь, 1985. – 576 с.,ил.

 

31. Выпрямитель – определение. Однополупериодный выпрямитель, схема, формулы расчета параметров U вых., Uобр., Кпв %.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

32. Выпрямитель – определение. Двухполупериодный выпрямитель, схема, , формулы расчета параметров U вых., Uобр., Кп в %.

Uвых = 1,44 х U2 (1)

U2 – выходное напряжение трансформатора.

Uобр = 3U2

Величина выходного напряжения вычисленное по формуле (1) зависит, также и от нагрузки. Реально оно несколько ниже расчетного.

Емкость фильтрующего конденсатора Сф в мкФ определяют по формуле:

Сф = 3200 хIн/Uн х Кп
где Кп — коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения, характеризующий отношение амплитудного значения переменной составляющей частотой 100 Гц на выходе выпрямителя к среднему значению выпрямленного напряжения.

Литература:

1. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Г.С. Найвельт и др.; Под ред. Г.С. Найвельта. – М.: Радио и связь, 1985. – 576 с.,ил.

 

33. Выпрямитель – определение. Мостовой выпрямитель, схема, , формулы расчета параметров U вых., Uобр., Кп в %.

Поскольку в преобладающем большинстве конструкций блоков питания используется двухполупериодный выпрямитель, диоды которого включены по мостовой схеме (рис. 1), о выборе его элементов здесь и пойдет разговор. Рассчитать выпрямитель - значит правильно выбрать выпрямительные диоды и конденсатор фильтра, а также определить необходимое переменное напряжение, снимаемое для выпрямления с вторичной обмотки сетевого трансформатора. Исходными данными для расчета выпрямителя служат: требуемое напряжение на нагрузке (U_н) и потребляемый ею максимальный ток (I_н).

Расчет ведут в таком порядке:

1. Определяют переменное напряжение, которое должно быть на вторичной обмотке сетевого трансформатора: U₂ = B U_н,

где: U_н - постоянное напряжение на нагрузке, В;
В - коэффициент, зависящий от тока нагрузки, который определяют по табл. 1.

Коэффициент	Ток нагрузки,А
0,1	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
В	0,8	1,0	1,9	1,4	1,5	1,7
С	2,4	2,2	2,0	1,9	1,8	1,8

2. По току нагрузки определяют максимальный ток, текущий через каждый диод выпрямительного моста:

I_д = 0,5 СI_н,

где: I_д - ток через диод, А;
I_н - максимальный ток нагрузки, А;
С - коэффициент, зависящий от тока нагрузки (определяют по табл. 1).

3. Подсчитывают обратное напряжение, которое будет приложено к каждому диоду выпрямителя:

U_обр = 1,5 U_н,

где: U_обр - обратное напряжение, В;
U_н - напряжение на нагрузке, В.

4. Выбирают диоды, у которых значения выпрямленного тока и допустимого обратного напряжения равны или превышают расчетные.

5. Определяют емкость конденсатора фильтра:

С_ф = 3200 I_н / U_нK_п,

где: С_ф - емкость конденсатора фильтра, мкФ;
I_н - максимальный ток нагрузки. A;
U_н - напряжение на нагрузке, В;
K_п - коэффициент пульсации выпрямленного напряжения (отношение амплитудного значения переменной составляющей частотой 100 Гц на выходе выпрямителя к среднему значению выпрямленного напряжения).

Для различных нагрузок коэффициент пульсаций не должен превышать определенного значения, иначе в динамической головке или громкоговорителе будет прослушиваться фон переменного тока. Для питания портативных приемников и магнитофонов, например, допустим коэффициент пульсации выпрямленного напряжения в пределах 10^-3...10^-2, усилителей ВЧ и ПЧ - 10^-4...10^-3, предварительных каскадов усилителей НЧ и микрофонных усилителей - 10^-5...10^-4. Если выходное напряжение выпрямителя будет дополнительно стабилизироваться транзисторным стабилизатором напряжения, то расчетная емкость конденсатора фильтра может быть уменьшена в 5...10 раз.
Источник: shems.h1.ru

34. Выпрямитель – определение. Трехфазный выпрямитель, схема, , формулы расчета параметров U вых., Uобр., Кп в %.

Литература:

1. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Г.С. Найвельт и др.; Под ред. Г.С. Найвельта. – М.: Радио и связь, 1985. – 576 с.,ил.

35. Выпрямитель – определение. Выпрямитель с умножением напряжения, схема удвоения напряжения, , формулы расчета параметров U вых., Uобр., Кп в %.

Литература:

1. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Г.С. Найвельт и др.; Под ред. Г.С. Найвельта. – М.: Радио и связь, 1985. – 576 с.,ил.