Расчет импульсных трансформаторов на ферритовых кольцах. Расчет и применение импульсных трансформаторов на ферритовых кольцах

Как правильно рассчитать импульсный трансформатор на ферритовом кольце. Какие формулы использовать для расчета числа витков и сечения провода. Какие особенности нужно учитывать при намотке импульсных трансформаторов.

Особенности импульсных трансформаторов на ферритовых кольцах

Импульсные трансформаторы на ферритовых кольцах широко применяются в современных импульсных источниках питания, преобразователях напряжения и других устройствах силовой электроники. Их основные преимущества:

• Компактные размеры и малый вес
• Высокий КПД
• Возможность работы на высоких частотах (до нескольких МГц)
• Низкие потери в сердечнике
• Хорошая изоляция между обмотками

При этом расчет и изготовление таких трансформаторов имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать.

Выбор ферритового кольца для импульсного трансформатора

Правильный выбор ферритового кольца — важный этап при разработке импульсного трансформатора. Основные параметры, на которые нужно обратить внимание:

• Материал феррита — должен соответствовать рабочей частоте преобразователя
• Размеры кольца — зависят от требуемой мощности трансформатора
• Магнитная проницаемость материала
• Индукция насыщения

Для импульсных применений обычно используются ферриты марок 2000НМ, 3000НМ, 1500НМ. Чем выше частота, тем меньшую магнитную проницаемость должен иметь феррит.

Расчет числа витков обмоток импульсного трансформатора

Для расчета числа витков первичной обмотки можно использовать упрощенную формулу:

N1 = (U * t) / (B * S)

где:

• N1 — число витков первичной обмотки
• U — напряжение на первичной обмотке
• t — длительность импульса
• B — максимальная индукция в сердечнике (обычно 0,2-0,3 Тл)
• S — эффективная площадь сечения сердечника

Число витков вторичных обмоток рассчитывается пропорционально требуемым напряжениям.

Особенности намотки импульсных трансформаторов

При намотке импульсных трансформаторов на ферритовых кольцах нужно соблюдать следующие правила:

• Использовать провод с качественной изоляцией, выдерживающей импульсные напряжения
• Наматывать обмотки плотно, виток к витку
• Равномерно распределять витки по всей длине окружности кольца
• Применять многожильный провод для снижения скин-эффекта на высоких частотах
• Тщательно изолировать обмотки друг от друга

Правильная намотка позволяет снизить паразитные параметры трансформатора и повысить его эффективность.

Расчет сечения провода для обмоток

Сечение провода обмоток рассчитывается исходя из допустимой плотности тока. Для импульсных трансформаторов обычно принимают плотность тока 3-5 А/мм2. Формула для расчета:

S = I / j

где:

• S — сечение провода в мм2
• I — действующее значение тока в обмотке
• j — допустимая плотность тока (3-5 А/мм2)

Для снижения потерь на высоких частотах рекомендуется использовать многожильный провод (литцендрат).

Проверка расчета импульсного трансформатора

После выполнения расчетов необходимо проверить следующие параметры трансформатора:

• Индуктивность намагничивания — должна быть достаточной для ограничения тока намагничивания
• Индуктивность рассеяния — не должна превышать 2-3% от индуктивности намагничивания
• Межобмоточная емкость — должна быть минимальной
• Максимальная индукция в сердечнике — не должна превышать допустимую для данного материала

При необходимости нужно скорректировать число витков или размеры сердечника.

Применение импульсных трансформаторов в схемах преобразователей

Импульсные трансформаторы на ферритовых кольцах широко применяются в следующих типах преобразователей:

• Обратноходовые (flyback) преобразователи
• Прямоходовые (forward) преобразователи
• Двухтактные преобразователи с ШИМ
• Резонансные преобразователи

В каждом типе схем трансформатор выполняет свои специфические функции и имеет особенности расчета. Например, в обратноходовых преобразователях важно правильно рассчитать индуктивность рассеяния.

Программы для автоматизированного расчета импульсных трансформаторов

Для упрощения процесса расчета импульсных трансформаторов разработаны специальные программы:

• Lite-CalcIT — позволяет быстро рассчитать основные параметры трансформатора
• Ferrite Magnetic Design Tool — программа от компании Ferroxcube для расчета магнитных компонентов
• MagNet — профессиональный пакет для моделирования магнитных систем

Использование таких программ значительно ускоряет процесс разработки и оптимизации импульсных трансформаторов.

Измерение параметров готового импульсного трансформатора

После изготовления трансформатора необходимо измерить его основные параметры:

• Индуктивность намагничивания
• Индуктивность рассеяния
• Межобмоточные емкости
• Сопротивление обмоток постоянному току

Для измерений используют RLC-метры, измерители иммитанса и другие специализированные приборы. Измеренные параметры сравнивают с расчетными значениями.

Трансформатор на ферритовом кольце расчет

Токовый трансформатор из дросселя на ферритовом кольце. Понадобился токовый трансформатор. Мотать на кольце Взял из компьютерного БП дроссель на кольце примерно К20 неизвестной магнитной проницаемости впрочем , как указывают многие авторы для токового трансформатора это несущественно. При помощи генератора и пробных нескольких витков вычислил, что на кольце намотано 70 витков провода.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Формулы для расчета трансформаторов
• Расчет трансформатора тока
• Правила расчета и намотки импульсного трансформатора своими руками
• расчет трансформатора на ферритовом кольце онлайн
• Расчет тороидального трансформатора для сварки
• Программа расчета изделий на ферритовых сердечниках

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Импульсный трансформатор своими руками.

Формулы для расчета трансформаторов

Сегодня я расскажу о процедуре расчета и намотки импульсного трансформатора, для блока питания на ir Моя задача стоит в следующем, нужен трансформатор c двумя вторичными обмотками, каждая из которых должна иметь отвод от середины.

Ток протекать будет 3А, что составит Вт. Для начала загружаем себе программу расчета импульсного трансформатора Lite-CalcIT и запускаем её. Выбираем схему преобразования — полумостовая. Зависит от вашей схемы импульсного источника питания. Напряжение питания указываем постоянное. Диаметр провода, указываем тот, который есть в наличии. У меня 0,85мм. Заметьте, указываем не сечение, а диаметр провода. Указываем мощность каждой из вторичных обмоток, а также напряжение на них. Я указал 50В и мощность Вт в двух обмотках.

Многие подумали бы, что указали 50В, значит, относительно ноля будет 25В в каждом плече, нет! Мы получим 50В вкаждом плече относительно среднего провода.

В результате получаем количество витков и количество жил первичной и вторичной обмоток. Теперь его нужно изолировать каким-либо диэлектриком. Каждый выбирает свой диэлектрик, это может быть лакоткань, тряпочная изолента, стеклоткань и даже скотч, что лучше не использовать для намотки трансформаторов.

Говорят скотч, разъедает эмаль провода, не могу подтвердить данный факт, но я нашел другой минус скотча. В случае перемотки, трансформатор тяжело разбирать, и весь провод становится в клею от скотча. Я использую лавсановую ленту, которая не плавится как полиэтилен при высоких температурах. А где взять эту лавсановую ленту? Все просто, если есть обрубки экранированной витой пары, то разобрав её вы получите лавсановую пленочку шириной примерно 1,5см.

Это самый идеальный вариант, диэлектрик получается красивым и качественным. Далее мотаем первичку, в моем случае 33 витка проводом диаметра 0,85мм двумя жилами это я перестраховался. Мотайте по часовой стрелке, как показано на картинке ниже.

Теперь начинаются самые «непонятки» и множество вопросов. Как мотать? Одним проводом или двумя? В один слой или в два слоя класть обмотку?

В ходе моего расчета я получил две вторичных обмотки с отводом от середины. Мотаем двумя жилами, в ту же сторону, как и первичную обмотку. В итоге получилось 4 вывода, два уходящих и два приходящих. Теперь один из уходящих выводов соединяем с одним из приходящих выводов. Главное не запутаться, иначе получится, что вы соедините один и тот же провод, то есть замкнете одну из обмоток.

И при запуске ваш импульсный источник питания сгорит. Соединили начало одного провода с концом другого. Надели термоусадку. Далее вновь обмотаем лавсановой пленкой. Напомню, что мне нужно было две вторичных обмотки, если вам нужен трансформатор с одной вторичной обмоткой, то на этом этапе финиш.

Вторую вторичную обмотку мотаем аналогично. После чего сверху опять обматываем лавсановой пленкой, чтобы крайняя обмотка плотно прилегала и не разматывалась. Таким образом, можно рассчитать и намотать любой трансформатор, с двумя или одной вторичной обмоткой, с отводом или без отвода от середины. Спасибо за отзыв! Колечко покупается в магазине, либо выдергивается с разборок, но в большинстве случаев в разборках не тороидальные ферриты, а Е-образные.

Лавсановая изоляция-классная идея. У кольца 40мм огромная габаритная мощность. Чтобы она реализовалась, нужно доводить заполнения окна сейчас вроде 0,15 до Глядя на вашу вторичку, думаю, что вы много теряете по току. Можно было б удвоить сечение вторички. Далее, можно ещё использовать часть пространства окна, увеличить число витков первички — уменьшить потери холостого хода. Все таки, 4,5мГн — не так уж много. Было б неплохо довести до Добрый день! Огромное спасибо за критику и советы.

Потери на ХХ у меня небольшие и транс холодный. Если увеличить число витков первички, да транс перестает греться на ХХ, но на нагрузке температура будет больше. Изначально он грелся у меня на нагрузке сильнее, но после увеличения частоты стал греться меньше на нагрузке, а на ХХ теплый.

Просто нужен источник на Вт, хоть и кольцо для этого действительно здоровенное. Подключаю нагрузку 15ом 25 ват и транзисторы начинают сильно нагреваться и напряжение проседает с 95 вольт до 33 вольт на крайних выходах без средней точки.

В чем может быть причина. Для нормального измерения напряжения холостого хода повешайте на каждое плечо на выходе по одному резистору кОм между нулевым проводом и каждым плечом , чтобы ток потребления каждого плеча был примерно 10мА. Это избавит от раскачки напряжения. Далее возможно у вас не хватает мощности трансформатора? Провода толстые на нагрузке? Провода в нагрузке 1. Первичку мотал 30 витков 2 жилы проволокой 0,75мм.

Вторичка этим же проводом в 3 жилы по 7 витков две обмотки. А мощность этих сопротивлений какая? Она выдала габаритную мощность вт. Расчет вел по двум кольцам. Я написал размер уже склееных колец. С6 показывает- 1 nf а R4- Сопротивления котрые надо поставить в нагрузку ком. Ага, теперь понял, а я думал два кольца , тогда бы дело было в кол-ве витков. Да, резисторы по кОм, они будут греться ничего страшного. Можешь и чуть больше поставить И замерь на выходе напряжение.

Расчитывал на 50 кг. Сейчас заменил R4 на 13ком. Повесил на выход 6ком нагрузку. Замеры показали разницу в плечах аж в 5 вольт. Буду перематывать транс. Потом отпишусь. Мои расчеты показывают нифига не 7 витков на вторичке, а больше.

Отпишись потом, какой результат будет! Короче перемотал я трансформатор. Напряжение выровнилось на обоих плечах 46 вольт под нагрузкой 6 ком. После подключения нагрузки 15ом через примерно 3 секунды взрывается предохранитель на 3 А. Соответсвенно выбило оба транзистора. Я даже не успел замерить напряжение под нагрузкой в 15ом. Успел замерить только ток 2.

Что за кракозябля? Я так понял что если транзюки выбило то микросхему тоже менять теперь? Да, микруху меняй, так же проверь резисторы последовательного затворов которые, на 33 Ом,и проверь все полупроводники, Шоттки прозвони. Надеюсь силовые транзисторы и сборки Шоттки у тебя стоят на радиаторах? И стоят они на диэлектрических прокладках и втулках? Далее, первый запуск делать нужно через лампу! В статье по ИИП это написано! Если при включении лампа вспыхивает и гаснет полностью, запускаем без неё и гоняем на холостом ходу минут десять, смотрим, что греется, а что нет.

Расчет трансформатора тока

Сегодня я расскажу о процедуре расчета и намотки импульсного трансформатора, для блока питания на ir Моя задача стоит в следующем, нужен трансформатор c двумя вторичными обмотками, каждая из которых должна иметь отвод от середины. Ток протекать будет 3А, что составит Вт. Для начала загружаем себе программу расчета импульсного трансформатора Lite-CalcIT и запускаем её.

Программы расчета. Трансформаторов на ферритовых кольцах. Касательно ферритовых. Программа ExcellentIT — позволяет выполнять расчеты.

Правила расчета и намотки импульсного трансформатора своими руками

Двухтактные преобразователи очень критичны к несимметричному перемагничиванню магнитопровода, поэтому в мостовых схемах во избежание насыщения магнитопроводов рис. Совместное решение задач повышения надежности полупроводниковых ключей и улучшения электромагнитной совместимости, способствующее снижению массогабаритных показателей, возможно при организации в преобразователях естественных электромагнитных процессов, при которых переключение ключей происходит при токах, равных или близких к нулю. При этом спектр тока затухает быстрее и мощность радиопомех значительно ослабляется, что упрощает фильтрацию как входного, так и выходного напряжения [6]. Остановимся на наиболее простом полумостовом автогенераторном нерегулируемом инверторе с коммутирующим насыщающимся трансформатором рис. К его достоинствам следует отнести отсутствие постоянной составляющей тока в первичной обмотке трансформатора питания благодаря емкостному делителю. Полумостовая схема обеспечивает преобразование мощности 0, Напряжения на закрытых транзисторах не превышают напряжение питания. Инвертор имеет два контура ПОС:.

расчет трансформатора на ферритовом кольце онлайн

Различные типы трансформаторного оборудования применяются в электронных и электротехнических схемах, которые востребованы во многих сферах хозяйственной деятельности. Например, импульсные трансформаторы далее по тексту ИТ — важный элемент, устанавливаемый практически во всех современных блоках питания. В зависимости от формы сердечника и размещения на нем катушек, ИТ выпускаются в следующих конструктивных исполнениях:. Заметим, что электротехническая сталь содержит мало добавок кремния, поскольку он становится причиной потери мощности от воздействия вихревых токов на контур магнитопровода.

Новая улучшенная программа расчета изделий на ферритовых сердечниках Ferrite Magnetic Design Tool 7.

Расчет тороидального трансформатора для сварки

Различные типы трансформаторного оборудования применяются в электронных и электротехнических схемах, которые востребованы во многих сферах хозяйственной деятельности. Например, импульсные трансформаторы далее по тексту ИТ — важный элемент, устанавливаемый практически во всех современных блоках питания. В зависимости от формы сердечника и размещения на нем катушек, ИТ выпускаются в следующих конструктивных исполнениях:. Заметим, что электротехническая сталь содержит мало добавок кремния, поскольку он становится причиной потери мощности от воздействия вихревых токов на контур магнитопровода. В ИТ тороидального исполнения сердечник может производится из рулонной или ферримагнитной стали.

Программа расчета изделий на ферритовых сердечниках

Войти через uID. Например: TDA Мы рады вас видеть. Пожалуйста зарегистрируйтесь или авторизируйтесь! Войти через uID Старая форма входа. Забыл пароль Регистрация. У меня ферритовое кольцо нм размером 45х28х12 Частота преобразователя: Первичная обмотка намотана сразу 7-ю жилами, провод 0,6мм.

Как проводится расчет импульсного трансформатора — как перемотать готовый Для получения данных по выбору ферритового кольца необходимо на.

В этой статье рассказано о том, как рассчитать и намотать импульсный трансформатор для самодельного полумостового блока питания, который можно изготовить из электронного балласта сгоревшей компактной люминесцентной лампочки. Это когда лень считать витки. Как за час сделать импульсный блок питания из сгоревшей лампочки?

Программы расчета. Трансформаторов на ферритовых кольцах. Касательно ферритовых. Программа ExcellentIT — позволяет выполнять расчеты импульсных трансформаторов двухтактных преобразователей. Для трансформаторов. Емкости 1 пФ на виток для малых колец.

Занимаясь расчетами мощного источника питания, я столкнулся с проблемой — мне понадобился трансформатор тока, который бы точно измерял ток. Литературы по этой теме не много.

Упрощенная формула для расчета ферритовых трансформаторов для ИБП. S — сечение ферритового магнитопровода в мм. V — количество вольт на 1 виток К — коэффициент зависимости от частоты. Упрощенная формула для расчета обычных трансформаторов 50Гц. S сеч. Пример расчета трансформатора импульсного БП.

По сравнению с обычными конструкциями тороидальные трансформаторы имеют ряд существенных преимуществ. При незначительных размерах и массе, они обладают значительно большим коэффициентом полезного действия. Поэтому данные устройства нашли широкое применение в сварочных аппаратах и стабилизаторах напряжения. Большое значение имеет правильный расчет тороидального трансформатора, применительно к конкретным условиям эксплуатации.

Перспективы применения новой серии импульсных трансформаторов Epcos B82804A в схемах управления затвором MOSFET

Автор: Васильева К. Л.

В статье рассмотрены основные характеристики миниатюрных импульсных трансформаторов серии B82804A, изготавливаемых компанией Epcos-TDK – мирового лидера в области производства электронных компонентов и магнитомягких материалов. Показаны особенности применения трансформаторов (Gate Drive Transformers) в схемах управления затвором MOSFET и перспективы применения силовых модулей на их основе в мощных преобразователях и другом силовом оборудовании.

Развитие силовой полупроводниковой импульсной техники и увеличивающаяся с каждым годом потребность в современной элементной базе привели к появлению на рынке РЭА миниатюрных устройств и компонентов с улучшенными характеристиками. На сегодняшний день, к ключевым элементам, широко применяемым в источниках питания, усилителях, мощных приводах, аналоговых и цифровых микросхемах, можно отнести основные переключающие устройства — МОП-транзисторы с изолированным затвором (англ. обозначение MOSFET).

На сегодняшний день последние разработки многих компаний — мировых лидеров электронной отрасли направлены на изготовление и усовершенствование высокоэффективных и мощных МОП-транзисторов, а также управляющих устройств. Основные типы структур выпускаемых MOSFET представлены на рисунке 1 [1].

Рисунок 1 — Типы структур МОП-транзистора [1]

Повышенный интерес к таким компонентам, в первую очередь, обусловлен тем, что в отличие от биполярного транзистора управление выходным сигналом MOSFET осуществляется не током, а напряжением через затвор, который отделен от проводящего канала слоем диэлектрика (SiO₂) [2-5]. При этом, ток по цепи затвора, за исключением момента открытия и закрытия, практически не протекает. Такое техническое исполнение позволяет отказаться от работы на дискретных элементах и значительно упростить схему. В частности, можно использовать драйверы, которые помимо управления также обеспечивают защиту от перегрузок по току и короткому замыканию. Кроме того, МОП-транзисторы имеют достаточно большие входные сопротивления, характеризуются повышенной теплоустойчивостью и низким уровнем шума, в частности, на низких частотах.

Тем не менее, несмотря на ряд отмеченных преимуществ MOSFET, выбор схемы управления мощными транзисторами не всегда является простой задачей. Связано это с тем, что применение драйвера предполагает его согласование с силовым модулем по управляющему напряжению и току затвора [3-5]. Кроме того, при создании мощных преобразователей сложности могут также возникать при создании топологий схем с плавающим ключом, в то время как интегральные схемы для управления транзисторами «верхнего плеча» не обеспечивают требуемого уровня защиты по току и изоляции [4].

В этой связи, достаточно простым и экономичным решением может стать применение импульсных трансформаторов (Gate Drive Transformers). Наряду с гальванической развязкой трансформаторы GDT могут обеспечить управление затвором мощного транзистора в полумостовых и мостовых схемах, вследствие чего их часто устанавливают в блоках питания, преобразователях частоты и преобразователях постоянного тока в переменный и других узлах электрических схем.

В отличие от оптических драйверов модули с Gate Drive Transformers отличаются быстродействием и меньшей чувствительностью к шумам. Кроме того, GDT трансформаторы просты в управлении, изготовлении и имеют низкую стоимость. При проектировании GDT разработчики, как правило, используют кольцевые ферритовые сердечники небольших размеров (рисунок 1). Выбор материала магнитопровода определяется, исходя из рабочей частоты [6,7]. Для снижения влияния паразитных параметров обеспечивается равномерная, распределенная плотная обмотка проводом малого диаметра. Способы намотки и особенности расчета GDT на ферритовых кольцах рассмотрены в источнике [6]. Тем не менее, подбор материала и размера сердечника, проведение и проверка расчетов, а также осуществление качественной намотки, требуют определенного времени и навыков. В связи с этим, все большее распространение получают готовые трансформаторы GDT.

Среди компонентов, выпускаемых серийно различными компаниями, особое внимание заслуживают трансформаторы GDT серии B B82804A фирмы Epcos (Рисунок 2).

Рисунок 2— Импульсные трансформаторы Epcos (GDT) [8]

Эти трансформаторы характеризуются не только улучшенными электрическими характеристиками, но и миниатюрными размерами (8,1мм x 6,7мм x 5,4мм) (рисунок 3). Основу конструкции Gate Drive составляет сердечник конфигурации EP5, сравнительно малые размеры которого позволяют значительно сократить место на плате даже при использовании сразу нескольких трансформаторов. Подключение контуров для управления затвором МОП-транзистора осуществляется в диапазоне частот от 150 кГц до несколько мегагерц. У всех типов серии B82804A напряжение развязки составляет 1500 В. Выпускаемые Epcos элементы рассчитаны на окружающую температуру до 85°C и рабочую температуру до 125°C. Конфигурация и распайка выводов осуществляется в соответствии с установленными стандартами [8].

Рисунок 3 – Схематическое изображение миниатюрных трансформаторов GDT Epcos [9]

К ключевым параметрам, на которые необходимо ориентироваться при выборе импульсных трансформаторов GDT можно отнести:

• L – индуктивность, Гн;
• U – напряжение развязки, В;
• f_рез – резонансная частота, Гц;
• R(DC) – сопротивление первичной и вторичной обмоток, Ом;
• Cоотношение числа витков

Технические характеристики выпускаемых трансформаторов серии B82804A приведены в таблице 1. Несмотря на то, что довольно часто применение импульсных трансформаторов сопровождается проявлением паразитных параметров, таких как индуктивность рассеяния и собственная емкость изделия, разработанная компанией Epcos техника намотки, позволяет снизить их влияние. Так, например, значения паразитной емкости между обмотками в серии B82804A могут варьироваться в зависимости от выбранного компонента от 25 пФ до 95 пФ [8].

Таблица 1 – Технические характеристики трансформаторов GDT Epcos [9]:

L, мкГн	Чертеж	Соотношение числа витков	R(DC)первич.,Ом	R(DC)вторич.,Ом	fрез., МГц	Код заказа
300	Рисунок 3 А	2,5:1:1	1,8	0,3	2,6	B82804A0304A225
317	Рисунок 3 А	2:1:1	1,6	0,45	2	B82804A0324A220
264	Рисунок 3 А	1:1:1	1,5	1,5	2,9	B82804A0264A210
350	Рисунок 3 В	1:1	1	0,65	1,2	B82804A0354A110
690	Рисунок 3 В	1:5:1	1,65	0,86	0,7	B82804A0694A115
473	Рисунок 3 В	2:5:1	1,5	0,3	1,7	B82804A0474A125

На практике, непосредственное подключение миниатюрного трансформатора GDT может быть реализовано на выходе микросхемы драйвера через разделительный конденсатор. Вторичная обмотка подводится непосредственно к затвору МОП-транзистора, в то время как резисторы должны располагаться со стороны первичной обмотки трансформатора. Защитные диоды устанавливаются на выходе драйвера и должны быть подключены даже при отсутствии проблем с реактивной составляющей тока в трансформаторе [4].

Рисунок 4 – типовая схема драйвера для MOSFET [10]

На рисунке 4 представлена типовая схема драйвера MOSFET с использованием импульсного трансформатора. Согласно схеме, представленной на рисунке 4, разделительный конденсатор установлен последовательно с первичной обмоткой импульсного трансформатора, чтобы сбрасывать напряжение в процессе намагничивания. Диод Зенера (VD) применяется в схеме для снижения скачков напряжения на затворе. Резистор R_g устанавливают, чтобы избежать появления тока пульсаций на затворе. Рассматриваемый драйвер является достаточно простым устройством, легко интегрируется в узел схемы. Тем не менее, следует учитывать, что выходное напряжение снижается вместе с увеличением коэффициента заполнения импульсов [10].

При высоких коэффициентах заполнения может быть использована схема (рисунок 5), предложенная авторами [10].

Рисунок 5 – Схема драйвера с применением импульсного трансформатора [10]

На рисунке 5 отмечены импульсный трансформатор TX1, резисторы R3 и R4, подключенные к первичной и вторичной обмоткам соответственно, индуктивности LI и L2, а также разделительные конденсаторы C1, C5, C6. Кроме того, в данную схему добавлена серия компонентов, в частности, запасающие энергию конденсаторы C7, C4. Двухтактный каскад реализован за счет транзисторов Q1 и Q2, диода Зенера D3 и обычного диода D1 [10]. Реализация такого драйвера позволяет повысить скорость переключения, снизить время задержки сигнала. Более того, применение схемы, представленной на рисунке 4, повышает помехоустойчивость и надежность за счет подачи отрицательного напряжения к затвору в закрытом положении.

Рисунок 6 – Драйвер MOSFET с использованием импульсного трансформатора [11]

На рисунке 6 также представлена схема драйвера для управления затвором транзистора. Сигнал поступает на первичную обмотку импульсного трансформатора, вторичные обмотки осуществляют управление затвором «полумоста». В такой схеме применение GDT трансформатора является практичным решением, поскольку для управления контуром MOSFET, соединенным с вторичной обмоткой трансформатора, она не требует использования изолированных источников питания [11].
Таким образом, в настоящем обзоре показаны особенности управления затвором MOSFET, рассмотрены типовые схемы драйверов с использованием в их узлах миниатюрных импульсных трансформаторов. Кроме того, в статье подробно рассмотрены основные характеристики трансформаторов GDT фирмы Epcos и преимущества таких миниатюрных компонентов перед изделиями, изготавливаемыми вручную. Отмечена повышенная степень надежности, высокая скорость переключения и простота эксплуатации Gate Drive Transformers (Epcos) при управлении затворами MOSFET в сравнении с оптическими драйверами, что позволяет реализовывать на практике высокоэффективные экономичные и конкурентоспособные устройства для силовой электроники и РЭА.

Литература:
1. Balogh L. Design and Application Guide For High Speed MOSFET Gate Drive Circuits / Laszlo Balogh. – p.1–37.
2. А. Колпаков. Особенности теплового расчета импульсных силовых каскадов. Компоненты и технологии. 2002 — №1.
3. Пасынков В. В., Чиркин Л. К. Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов. — 8-е издание, исправленное. — М.: Лань, 2006. — 480 с.
4. Dr. Ray Ridley. Gate Drive Design Tips. Power Systems Design Europe. 2006
5. B. Maurice, L. Wuidart. Drive circuits for power MOSFETs and IGBTs. Application Note. http://www.st.com
6. http://bsvi.ru/raschet-i-primenenie-gdt/
7. Е. Москатов. Методика и программа расчета импульсного трансформатора двухтактного преобразователя. Радио.2006- №6.
8. Miniaturized series of gate-drive transformers. Articles. Products and Technologies. 2012. Epcos. http://en.tdk.eu/
9. SMT gate drive transformers. EP5 series.B82804A. Datasheet. Epcos
10. D. Wang, H. Dai1, Z. Sun. Design and Simulation of Gate Driver Circuit Using Pulse transformer/ International Journal of Computer Science. 2013 – Vol.10, Issue 2, №2 – P. 305-310.
11. B. Kennedy. Implementing an Isolated Half-Bridge Gate Driver. Analog Dialogue. 2012. — P. 1-3.

Индуктор

— Конструкция импульсного трансформатора

спросил 5 лет, 1 месяц назад

Изменено 3 года, 9 месяцев назад

Просмотрено 817 раз

\$\начало группы\$

Я хочу разработать импульсный трансформатор для управления полевым МОП-транзистором.

Параметры следующие: 92Акм/л

Этот драйвер MOSFET будет общим, так как я еще не придумал для него приложения.

1) Пожалуйста, помогите пошагово найти каждый параметр и подобрать подходящий сердечник.

2) Нужно ли иметь какое-либо приложение при проектировании импульсного трансформатора?

3) Импульсный трансформатор — это не трансформатор, а связанная катушка индуктивности. Таким образом, дизайн должен быть с точки зрения индуктора. Я прав?

4) Есть ли способ выбрать ферритовый сердечник по мощности? Например, этот будет 15 x 2 = 30 Вт.

• трансформатор
• индуктор
• импульс

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Шаг 1. Насыщенность. Рассчитайте произведение напряжения на время для наихудшего сценария, в вашем случае пиковое напряжение, умноженное на максимальный рабочий цикл, деленное на минимальную частоту. Примените это к Vt=NAB. Соответственно отрегулируйте количество оборотов. Это предполагает, что вы уже выбрали здесь подходящее ядро. Если нет, то вы, по крайней мере, уже будете знать, в какой области искать товар. Это устанавливает ваш основной размер. 92. Рассчитайте пиковый ток намагничивания по формуле Ipk=Upk Dmax/(Lprim,min*fmin). Может ли ваш драйвер поддерживать это? Отлично, вы, наверное, закончили. Если нет, увеличьте количество витков и/или Al (другой/более крупный сердечник)

Это должно охватывать основы для вас.

Тем не менее, вам придется рассмотреть множество других проблем, связанных с драйверами затворов с трансформаторным приводом.

Как избежать перенасыщения лестницы? Конденсатор подключаете последовательно? У тебя есть обмотка сброса? Ограничиваете ли вы рабочий цикл?

Какой спад вы можете допустить из-за индуктивности рассеяния?

\$\конечная группа\$

4

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

Расчет витков ферритового трансформатора для высокочастотного / импульсного инвертора

На разных форумах я часто встречаю людей, которые просят помощи в расчет необходимых витков для ферритового трансформатора, который они собираются использовать в инверторах высокой частоты/SMPS. В высокочастотном / импульсном инверторе ферритовый трансформатор используется в каскаде повышения/увеличения, где низкое напряжение постоянного тока от батареи повышается до высокого напряжения постоянного тока. В этой ситуации имеются на самом деле только два варианта при выборе топологии — двухтактная и мостовая. Для конструкции трансформатора разница между двухтактным и полным мостом трансформатор для того же напряжения и мощности будет двухтактным трансформатором потребуется центральный отвод, то есть потребуется вдвое больше первичных работает как мостовой трансформатор.

Расчет необходимых оборотов на самом деле довольно прост, и я объясните это здесь.

Для пояснения я воспользуюсь примером и пройдусь по процесс расчета.

Допустим, ферритовый трансформатор будет использоваться в блоке питания мощностью 250 Вт. инвертор. Выбранная топология двухтактная. Источник питания 12В батарея. Выходное напряжение каскада DC-DC преобразователя составит 310В. Переключение частота 50кГц. Выбрано ядро ​​ETD39. Помните, что на выходе трансформатора будет высокочастотный переменный ток (в данном случае прямоугольная волна 50 кГц). Когда я имею в виду выход высокого напряжения постоянного тока (например, 310 В постоянного тока, упомянутого выше), это выход постоянного тока, полученный после выпрямления (с использованием диодов сверхбыстрого восстановления, сконфигурированных как мостовой выпрямитель) и фильтрации (с использованием LC-фильтра).

Во время работы напряжение аккумуляторной батареи не остается постоянным на уровне 12В. При больших нагрузках напряжение будет меньше 12В. При малых нагрузках и почти полностью заряженный аккумулятор, напряжение может быть выше 13В. Итак, это должно быть Имейте в виду, что входное напряжение не постоянное, а переменное. В инверторы, низкое напряжение батареи обычно устанавливается на уровне 10,5 В. Итак, мы примем это как минимально возможное входное напряжение.

Vinmin = 10,5В

Формула расчета количества необходимых первичных оборотов:

 

Для нашего двухтактного трансформатора это будет половина необходимое количество оборотов.

N _pri означает количество первичных витков; N _сек означает количество вторичных витков; N _aux означает количество вспомогательных повороты и тд. Но просто N (без нижнего индекса) относится к коэффициенту поворота.

Для расчета необходимого количества первичных витков с использованием формула, параметры или переменные, которые необходимо учитывать:

• Vin _(ном.) — номинальное входное напряжение. Что ж примите это как 12В. Итак, Вин _(ном.) = 12.
• f – Рабочая частота коммутации в Герцах. С наша частота переключения 50кГц, f=50000.
• B _max – Максимальная плотность потока в Гауссах. Если вы привыкли использовать Тесла или миллиТесла (Тл или мТл) для плотности потока, просто помните, что 1T = 10 ⁴ Гаусса. B _max действительно зависит от конструкции и используемых сердечников трансформатора. В своих проектах я обычно беру B _макс находиться в диапазоне от 1300G до 2000G. Это будет приемлемо для большинства трансформаторов. ядра. В этом примере начнем с 1500G. Таким образом, B _max = 1500. Помните, что слишком высокое значение B _max приведет к выходу трансформатора из строя. насыщать. Слишком низкое значение B _max будет недостаточно использовать ядро.
• A _c – Эффективная площадь поперечного сечения в см ² . Вы получите эту информацию из спецификаций ферритовые сердечники. A _c также иногда называют A 9.0129 е . Для ETD39 эффективная площадь поперечного сечения, указанная в техпаспорт/спецификация (я имею в виду TDK E141. Вы можете скачать его отсюда: www.tdk.co.jp/tefe02/e141.pdf   ), действующий площадь поперечного сечения (в спецификации обозначается как A _e но, как я уже сказал, это то же самое, что и A _c ) дается как 125 мм ² . Это равно 1,25 см ² . Итак, A _c = 1,25 для ETD39.

Итак, мы получили значения всех необходимых параметров для расчета Nпри – количество необходимых первичных витков.

Vin _(ном.) = 12                                     f = 50000                             B _max = 1500                         A _c = 1,25

Подставляя эти значения в формулу: = 3,2

Дробные обмотки использовать не будем, поэтому округлим N _по до ближайшего целого числа, в данном случае с округлением в меньшую сторону до 3 витков. Теперь, перед дорабатываем это и выбираем N _pri =3, лучше убедимся, что B _max еще находится в допустимых пределах. Поскольку мы уменьшили количество витков с расчетная цифра (с 3,2 до 3,0), B _max увеличится. Мы Теперь нужно выяснить, насколько B _max увеличился и если что еще приемлемое значение.

Вин _(ном.) = 12                 f = 50000                     N _по = 3                        A _c = 1,25

 

                                                                B _max = 1600

Новое значение B _max находится в допустимых пределах границы, и поэтому мы можем продолжить с N _pri = 3.

Итак, теперь мы знаем, что для первичной обмотки наш трансформатор будет требуется 3 витка + 3 витка.

В любом дизайне, если вам нужно настроить значения, вы можете легко это сделать. Но всегда не забывайте проверять, что B _max допустимо.

• Например, если из-за строительных сложностей намотка 3 хода + 3 хода становятся трудными, вы можете использовать 2 хода + 2 хода или 4 хода + 4 оборота. Увеличение количества ходов не повредит — вы просто будете недоиспользовать ядро. Однако уменьшение количества витков увеличивает B _max , поэтому просто перепроверьте, чтобы убедиться, что B _max в порядке. Диапазон, который я указал для B _max (от 1300G до 2000G) — это всего лишь оценка. Это будет работать для большинства ядер. Однако, со многими ядрами вы можете пойти выше, чтобы уменьшить количество витков. Спускаясь ниже будет просто недоиспользовать ядро, но иногда может потребоваться, если число оборотов слишком мало.

• Я начал с набора B _max и ушел дальше вычислить N _pri оттуда. Вы также можете присвоить значение N _pri а затем проверьте, подходит ли B _max . Если нет, то вы можете увеличить или уменьшите N _pri по мере необходимости, а затем проверьте, подходит ли B _max , и повторяйте этот процесс, пока не получите удовлетворительный результат. Например, вы мог установить Npri = 2, рассчитать Bmax и решить, что это значение слишком велико. Итак, вы установили Npri = 3, рассчитали Bmax и решили, что все в порядке. Или вы можете начали с Npri = 4, рассчитали Bmax и решили, что оно слишком низкое. Итак, вы установили Npri = 3, рассчитали Bmax и решили, что все в порядке.

Теперь пора перейти к вторичному. Выход нашего DC-DC преобразователь 310В. Итак, на выходе трансформатора должно быть 310В при всех входных напряжениях, от всего пути от 13,5 В до всего вниз до 10,5 В. Естественно, будет реализована обратная связь, чтобы поддерживать фиксированное выходное напряжение даже при и изменения нагрузки – изменения из-за изменения напряжения батареи, а также из-за изменение нагрузки. Таким образом, необходимо оставить некоторый запас для того, чтобы обратная связь работала. Так хорошо сконструировать трансформатор со вторичной обмоткой на 330В. Обратная связь просто скорректирует напряжение, необходимое для изменения рабочего цикла управляющих сигналов ШИМ. Помимо обратной связи, запас по высоте также компенсирует некоторые потери в преобразователя и таким образом компенсирует падение напряжения на разных ступенях – например, в МОП-транзисторах, в самом трансформаторе, в выходных выпрямителях, на выходе индуктор и т. д.

Это означает, что выход должен обеспечивать питание 330 В. с входным напряжением, равным 10,5В, а также входным напряжением, равным 13,5В. За ШИМ-контроллера, мы возьмем максимальный рабочий цикл равным 98%. Зазор позволяет мертвое время.

При минимальном входном напряжении (когда Vin = Vinmin) рабочий цикл будет быть максимальным. Таким образом, рабочий цикл будет 98%, когда Vin = 10,5 = Vinmin. Максимум рабочий цикл = 98%, напряжение на трансформаторе = 0,98 * 10,5 В = 10,29 В.

Таким образом, соотношение напряжений (вторичное : первичное) = 330 В : 10,29В = 32,1

Так как отношение напряжений (вторичное : первичное) = 32,1, соотношение витков (вторичное : первичное) также должно быть 32,1, поскольку соотношение поворотов (вторичное : первичное) = отношение напряжения (вторичное: первичное). Передаточное отношение обозначено буквой N. Итак, в нашем случае N = 32,1 (я взял N как отношение вторичного : первичного).

N _при = 3

N _сек = N * N _при = 32,1 * 3 = 96,3

Округлить до ближайшего целого числа. N _сек = 96.

Таким образом, для вторичной обмотки требуется 96 витков. С надлежащим реализация обратной связи, будет получен постоянный выход 310VDC во всем диапазоне входного напряжения от 10,5В до 13,5В.

Здесь следует отметить, что хотя я принял 98% за максимальный рабочий цикл, максимальный рабочий цикл на практике будет меньше, так как наш Трансформатор рассчитан на выходное напряжение 330В. В схеме выход будет быть 310 В, поэтому рабочий цикл будет еще ниже. Однако преимущество здесь что вы можете быть уверены, что выходное напряжение не упадет ниже 330 В даже при большие нагрузки, так как имеется достаточно большой запас для обратной связи, чтобы срабатывать и поддерживать выходное напряжение даже при высоких нагрузках.

Если требуются какие-либо вспомогательные обмотки, требуемые витки можно быть легко рассчитаны. Позвольте мне показать на примере. Допустим, нам нужен вспомогательная обмотка для обеспечения 19В. Я знаю, что выход 310В будет регулируемым, каким бы ни было входное напряжение, в пределах первоначально заданного диапазона (Vinmin на Винмакс – от 10,5В до 13,5В). Таким образом, соотношение витков вспомогательной обмотки может рассчитываться относительно вторичной обмотки. Назовем это поворотами соотношение (вторичное : вспомогательное) N _A .

N _A = N _с / N _доп. = V _с / (V _aux + V _d ). V _d — выходной диод вперед уронить. Предположим, что в нашем приложении выпрямитель Шоттки с V _d = 0,5 В используется.

So, N _A = 310V / 19.5V =15.9

N _sec / N _aux = N _A

N _aux = N _sec / N _A = 96 / 15,9= 5,96

Округлим N _aux до 6 и посмотрим, что получится на выходе напряжение есть.

В _сек / (В _доп. + В _д ) = N _А = N _с / N _доп. = 96 / 6 = 16,0

(V _доп. + V _d ) = V _с / N _A = 310 В / 16,0 = 19,375 В

В _доп. = 19,375 В – 0,5 В = 18,875 В (округлено)

Я бы сказал, что это отлично подходит для вспомогательного питания. Если в ваших расчетах вы пришли к напряжению, которое слишком далеко от требуемого целевого напряжения и, следовательно, больше требуется аккуратность, берите V _aux как нечто более высокое и использовать регулятор напряжения.

Например, если в нашем предыдущем примере вместо 18,875 В мы получили 19,8 В, но нуждались в большей точности, мы могли бы использовать 24 В или около того и использовать регулятор напряжения для получения 19 В на выходе.

Вот и все. Наш трансформатор имеет 3 витка + 3 витка для первичной, 96 витков для вторичной и 6 витков для вспомогательной.