Подбор отечественных аналогов импортных трансформаторов в обратноходовом преобразователе
В настоящее время широко доступны программы расчета импульсных трансформаторов, распространяемые в сети Интернет фирмами-производителями компонентов импульсных источников питания. Программы содержат информацию только о зарубежных магнитопроводах. Предлагаемая статья содержит таблицу параметров магнитопроводов, с помощью которой можно подобрать замену импортного магнитопровода отечественным.
В процессе автоматизированного проектирования обратноходовых преобразователей (ОХП) с помощью программ VIPer Design Software v.2.22 (VDS) и PI Expert 5.0 (PIE), описанных в статьях [3] и [37] соответственно, магнитопровод импульсного трансформатора выбирает программа из имеющегося в ней списка. Типичной оказывается ситуация, в которой рекомендуемый программой импортный магнитопровод недоступен или имеет слишком высокую стоимость, однако в распоряжении разработчика есть похожий отечественный. Вопрос заключается в том, сможет ли он обеспечить требуемую выходную мощность преобразователя?
Таблица 35
| Типоразмер |  ,
мм2
|  ,
мм2
|  ,
см
|  ,
мкГн
|  , Вт на частоте
преобразования
| |
| 66 кГц | 132 кГц | |||||
| Ш5×5 | 30,1 | 36,9 | 3,8 | 1,23 | 5,6 | 10,7 |
| Е20/10/6 | 32,1 | 41,2 | 4,63 | 1,3 | 6,6 | 12,6 |
| Ш6×6 | 42,3 | 56,8 | 5,28 | 1,49 | 11,5 | 21,2 |
| Ш7×7 | 61,9 | 80,9 | 6,29 | 1,84 | 34,8 | 59,9 |
| Е30/15/7 | 6,7 | 1,7 | 63,3 | |||
| Ш8×8 | 68,8 | 7,45 | 2,02 | 54,9 | 90,8 | |
| Е32/16/9 | 7,4 | 1,77 | 58,3 | |||
| Е36/18/11 | 8,1 | 2,33 | 84,9 | |||
| Ш10×10 | 8,37 | 2,36 | 85,2 | |||
| Е42/21/15 | 9,7 | 3,8 | ||||
| Ш12×15 | 9,69 | 3,88 | ||||
| Е42/21/20 (Ш12×20) | 9,8 | 4,75 | ||||
| Е55/28/21 | 12,4 | 5,34 | ||||
| Ш16×20 | 12,3 | 5,97 |
К сожалению, известные фирменные рекомендации по выбору магнимагнитопровода для ОХП, в зависимости от требуемой мощности, обычно ограничены некоторым интервалом типоразмеров без конкретного учета возможностей каждого из них. На обращения пользователей об уточнении максимальной мощности того или иного трансформатора разработчики VDS просто советуют воспользоваться их программным продуктом, а разработчики PIE поясняют, что максимальную мощность трансформатора они определяют методом «произведения площадей поперечного сечения и окна магнитопровода» с учетом КПД, частоты преобразования и запаса по мощности.
Самостоятельное проектирование трансформатора методом, описанным в приложении «Расчет дросселей и трансформаторов обратного хода для импульсных источников питания» справочника [13], затруднено отсутствием примеров расчета. Однако на основе этого метода магнитопровод, рекомендуемый программой VDS или PIE, может быть заменен другим, отсутствующим в базе данных программы, в частности отечественным. В [118] составлена таблица,по которой можно сделать такую замену. Таблица получена подстановкой в программу PIE параметров магнитопроводов. Материал отечественных магнитопроводов - феррит 2000НМ1, зарубежных - аналогичный феррит ЗС85 или N27.
В таблице указана максимальная полезная мощность Pmax ОХП с трансформаторами на основе перечисленных магнитопроводов при максимальном коэффициенте заполнения коммутирующих импульсов около 0,5. Магнитопровод Ш12x20, использовался в блоках питания телевизоров УСЦТ, полностью аналогичен имеющемуся Е42/21/20, поэтому их параметры показаны в одной строке табл.
Приведенные в таблице параметры магнитопроводов могут потребоваться пользователям для проектирования и сравнения трансформаторов. Обозначения параметров: Seff -эффективная площадь поперечного сечения магнитопровода; SW - площадь окна, вмещающая обмотки (программы ее вычисляют как 70 % геометрической площади окна);
eff - эффективная длина магнитной силовой линии в магнитопроводе; AI - коэффициент индуктивности (отношение индуктивности к квадрату числа витков обмотки). Параметры зарубежных магнитопроводов взяты из программ VDS и PIE, отечественных - из [119]. Максимальная полезная мощность магнитопроводов представлена для двух значений частоты преобразования - 66 и 132 кГц, так как именно эти частоты используют в преобразователях, проектируемых с помощью программы PIE.
Рассмотрим в качестве примера разработку обратноходового преобразователя (ОХП) с выходным напряжением 5 В и максимальным током в нагрузке 6 А при частоте преобразования 50 кГц. Максимальная выходная мощность - 30 Вт. Расчет трансформатора проведем с помощью программы VDS на частоте преобразования 50 кГц, как описано в [3]. После ввода исходных данных программа VDS рекомендует магнитопровод Е25/9/6, который будет нагреваться на 39 °С выше температуры окружающей среды. Отклоним выбор, сделанный программой. Чтобы воспользоваться таблицей, пересчитаем мощность для частоты 66 кГц: 30x66/50 » 40 Вт. Из таблицы выбираем отечественный магнитопровод Ш8х8 с максимальной мощностью 54,9 Вт для изготовления трансформатора и его ближайший зарубежный аналог Е32/16/9 с максимальной мощностью 58,3 Вт для ввода в программу VDS. Программа рассчитает немагнитный зазор 1,7 мм (по 0,85 мм на боковых стержнях). Расчетный перегрев магнитопровода - 17,2 °С, что существенно ниже прежнего. Первичная обмотка трансформатора должна иметь индуктивность 818 мкГн и содержать 116 витков.
Скорректируем расчет после выбора конкретного экземпляра магнитопровода Ш8х8 с рекомендуемым программой зазором. Предполо-жим, что после измерения коэффициента индуктивности магнитопровода выяснилось, что расчетная индуктивность первичной обмотки будет обеспечена 104 витками. Вводим это число витков в поле Inputраздела Winding Turns,предварительно поставив флажок в пункте Force Input Turns.В результате получим, что первичную обмотку можно выполнить одинарным проводом диаметром 0,45 мм, обмотка связи и питания ШИ контроллера должна содержать 23 витка провода диаметром 0,1 мм, выходная обмотка -8 витков из свитых в канатик 10 проводов диаметром 0,64 мм.
Другой пример расчета трансформатора ОХП с помощью программы PIE, список которой был дополнен параметрами магнитопровода меньшей стоимости, описан в статье [37].