Окончание таблицы 3.3

Намоточные данные трансформаторов типа ТПИ, работающих в импульсных блоках питания стационарных и переносных телевизионных приемниках, приведены в табл 3 3 Принципиальные электрические схемы трансформаторов ТПИ показаны на рис 3 1

/ 2 5

4 7 S S

10 IS 15 15 1412 11

Рис 3 1 Электрические схемы трансформаторов типа ТПИ-2

3.3. Трансформаторы для обратноходовых преобразователей

Как было сказано выше, трансформаторы для обратноходовых преобразователей выполняют функции накопителя электромагнитной энергии во время действия импульса в цепи коммутирующего транзистора и, одновременно, элемента гальванической развязки между входным и выходным напряжениями преобразователя Так, в открытом состоянии коммутирующего транзистора под действием импульса коммутации первичная намагничивающая обмотка трансформатора обратного хода подключена к источнику энергии, к конденсатору фильтра, и ток в ней линейно нарастает При этом полярность напряжения на вторичных обмотках трансформатора такова, что включенные в их цепи выпрямительные диоды заперты Далее, когда коммутирующий транзистор закрывается, полярность напряжения на всех обмотках трансформатора изменяется на противоположную и энергия, запасенная в его магнитном поле, переходит в выходные сглаживающие фильтры во вторичных обмотках трансформатора При этом необходимо при изготовлении трансформатора обеспечивать, чтобы электромагнитная связь между его вторичными обмотками была бы максимально возможной В этом случае напряжения на всех обмотках будут иметь одинаковую форму и мгновенные значения напряжений пропорциональны числу витков соответствующей обмотки Таким образом, трансформатор обратного хода работает как линейный дроссель, а интервалы накопления электромагнитной энергии в нем и передачи накопленной энергии в нагрузку разнесены во времени

Для изготовления трансформаторов обратного хода лучше всего применять броневые ферритовые магнитопроводы (с зазором в центральном стержне), обеспечивающие линейное намагничивание

Основные процедуры проектирования трансформаторов для преобразователей обратного хода состоят в выборе материала и формы сердечника, определении пикового значения индукции, определении размеров сердечника, вычислении величины немагнитного зазора и определении числа витков и расчете обмоток При этом все требуемые значения параметров элементов схемы преобразователя, такие как

индуктивность первичной обмотки трансформатора, пиковый и среднеквадратичный токи и коэффициент трансформации должны быть определены до начала процедуры расчета.

Выбор материала и формы сердечника

В качестве материала для сердечника трансформатора обратного хода наиболее часто используется феррит Порошковые молибден-пермаллоевые тороидальные сердечники имеют более высокие потери, но они также часто используются на частотах ниже 100 кГц, когда размах колебаний магнитного потока невелик - в дросселях и трансформаторах обратного хода, используемых в режиме непрерывного тока. Порошковые железные сердечники иногда используются, но они имеют либо слишком низкое значение магнитной проницаемости, либо слишком большие потери для практического использования в импульсных источниках питания на частотах свыше 20 кГц.

Высокие значения магнитных проницаемостей (3 ООО... 100 ООО) основных магнитных материалов не позволяют запасать в них много энергии. Это свойство приемлемо для трансформатора, но не для катушки индуктивности. Большое количество энергии, которое должно быть запасено в дросселе или трансформаторе обратного хода, фактически сосредотачивается в воздушном зазоре, который разрывает путь магнитных силовых линий внутри сердечника с большой магнитной проницаемостью. В молибден-пермаллоевых и порошковых железных сердечниках энергия накапливается в немагнитном связующем веществе, удерживающем магнитные частицы вместе. Этот распределенный зазор не может быть измерен или определен непосредственно, вместо этого приводится эквивалентная магнитная проницаемость для всего сердечника с учетом немагнитного материала.

Определение пикового значения индукции

Вычисляемые ниже значения индуктивности и тока относятся к первичной обмотке трансформатора. Единственная обмотка обычной катушки индуктивности (дросселя) также будем называть первичной обмоткой. Требуемая величина индуктивности L и пиковое значение тока короткого замыкания через катушку индуктивности 1кз определяется схемой применения. Величина этого тока устанавливается схемой ограничения тока Вместе обе эти величины определяют максимальное значение энергии, которую катушка индуктивности должна запасать (в зазоре) без насыщения сердечника и с приемлемыми потерями в магнитопроводе и проводах.

Далее необходимо определить максимальное пиковое значение индукции Втах, которое соответствует пиковому току 1кз- Чтобы минимизировать размер зазора, необходимый для накопления требуемой энергии, катушка индуктивности должна использоваться как можно больше в режиме максимальной индукции. Это позволяет минимизировать число витков в обмотках, потери на вихревые токи, а также размер и стоимость катушки индуктивности.

На практике значение Втах ограничивается либо насыщением сердечника Bs, либо потерями в магнитопроводе. Потери в ферритовом сердечнике пропорциональны, как частоте, так и полному размаху изменения индукции ДВ в течение каждого цикла переключения (коммутации), возведенному в степень 2,4.

В стабилизаторах, работающих в режиме непрерывного тока (дроссели в понижающих стабилизаторах и трансформаторы в обратноходовых схемах), потери в сердечнике катушки индуктивности на частотах ниже 500 кГц обычно незначительны, так как отклонения магнитной индукции от постоянного рабочего уровня незначительны В этих случаях значение максимальной индукции может быть почти равным значению индукции насыщения с небольшим запасом. Значение индукции насыщения для большинства мощных ферритов для сильных полей типа 2500Н1\/1С выше 0,3 Тл, поэтому значение максимальной индукции может быть выбрано равным 0,28 ..0,3 Тл.

В стабилизаторах, работающих в режиме прерывистого тока, значение магнитной индукции изменяется от нуля до Втах (остаточная намагниченность незначительна из-за наличия зазора), а максимальный размах колебаний индукции ДВм равняется значению Втах. В таких схемах (особенно на высоких частотах), значения ДВм и Втах обычно ограничиваются потерями в магнитопроводе, так что значение Втах оказывается намного меньше чем значение Bs.

Определение размера сердечника

Используемый сердечник должен быть способен запасти требуемую пиковую энергию в небольшом зазоре без вхождения в насыщение и иметь приемлемые потери в магнитопроводе Кроме того он должен вмещать требуемое количество витков, обеспечивающее приемлемые потери в обмотках. Для выбора сердечника можно использовать итерационный процесс, использующий метод пробных решений, однако ниже приводимые формулы - (3.3) и (3 4) дают возможность получить приближенное значение произведения площадей сердечника, требуемого для заданной схемы применения. Из справочных таблиц выбирается самый маленький сердечник, произведение площадей которого превышает расчетную величину. Формула (3.3) применяется, когда значение ДВ ограничено насыщением, а формула (3.4) - когда значение ДВ ограничено потерями в магнитопроводе. В сомнительных случаях вычисляются оба значения и используется наибольшее.