Вопрос по блоку питания...

El-Shang · 14.10.2009, 16:45

Добрый день, господа электронщики!

Собираюсь скрутить простейший импульсный блок питания понижающего типа: трансформатор ——› фильтр ——› ключ ——› сглаживающий LC фильтр. Напряжение буду регулировать ШИМ-ом (10000 Гц) с контроллера (хотя в начале думал на рассыпухе свинтить, но потом почесал репу и решил, что для начала сделаю так). Проект чисто в образовательных целях на макетнице под проводки — научиться что-то делать своими руками, так что вариант с специализированной микросхемой не прокатит.

Вопрос в следующем. Ферритовый сердечник для дросселя я приобрел кольцевой, на что последовало возражение, мол на нем мотать нельзя, поскольку он замкнутый. На вопрос почему, ответ, что мол плохо ему будет (исчерпываще) Спросить больше особо не у кого, в книге Семенова "Силовая электроника для начинающих" толком ничего не нашел, но вроде-бы автор не имеет ничего против них, в Сети ничего противоречивающего не видывал, но все-таки... Ответьте можно или нельзя и если нельзя, то почему — перемагничивание или что еще.

Всем, кто ответит — заранее спасибо.

estet · 14.10.2009, 22:26

Странно, что о насыщении магнитопровода нигде не написано

MisterDi · 14.10.2009, 22:31

Для импульсных источников основные параметры катушек индуктивности это максимальный рабочий ток и индуктивность. Для кольцевых магнитопроводов при малых токах индуктивность большая, при увеличении токов - сердечник входит в насыщение и соответственно индуктивность падает, а ток через силовой растет. Поэтому лучше брать не замкнутые магнитопроводы. Существует методика определения максимального тока через обмотку, но я не готов про неё рассказывать по причине недостаточной компетенции

tauP10 · 14.10.2009, 22:48

Сообщение от El-Shang

На вопрос почему, ответ, что мол плохо ему будет (исчерпываще)

вобщем правильно , лаконично и доходчиво Вам ответили. Пока Вы начинающий - примите это как аксиому, чуть позже разберетсь.
Феррит без зазора - легко насыщается даже от малой порции энергии. Поэтому делают зазор. А бывают и сердечники без видимого глазом зазора - например в комповых БП, но это только на первый взгляд . На самом деле там зазор "распределенный" - в промежутках между частичками распыленного железа.
Почитайте другие книжки, если интересно.

tsb · 14.10.2009, 23:35

Сообщение от El-Shang

Напряжение буду регулировать ШИМ-ом (10000 Гц)

Не советую на такой частоте - буден слышен свист. Лучше 25-50кГц. И еще, сборка импульсного БП

Сообщение от El-Shang

на макетнице под проводки

- не лучший вариант. Там ведь в импульсе довольно большие токи и есть определенные требования к монтажу (широкие проводники, правильная разводка общего провода и т.п.)

vgg · 15.10.2009, 08:29

По поводу сердечника - можно рассмотреть вопрос и с другой стороны. Обычно нужен дроссель с индуктивностью десятки, ну, сотни микрогенри (не для сетевого напряжения, а для десятка-другого вольт). Если мотать на обычном феррите, то получится всего несколько витков. Значит, за те десятки микросекунд, когда открыт ключ, сердечник наверняка войдёт в насыщение. Кроме того, поскольку кривая намагничивания феррита сильно нелинейна, индуктивность в течение импульса будет меняться в разы, если не в десятки раз. Если мотать без сердечника - придётся мотать сотни витков - большие потери в меди. Вводим зазор - убиваем нескольких зайцев сразу: получаем возможность мотать больше витков (но не сотни, а десятки), линеаризуем кривую намагничивания (индуктивность становится предсказуемой и почти постоянной); величина индуктивности почти перестаёт зависеть от магнитной проницаемости сердечника, а определяется практически только величиной зазора; с введением зазора уменьшается остаточная индукция феррита, что повышает допустимый размах индукции, следовательно, уменьшается вероятность насыщения сердечника.

El-Shang · 16.10.2009, 10:26

Ага, спасибо, более-менее понятно стало, значит поищем Ш-образный сердечник с зазором и намотаем на него. А насчет ШИМ'а в 10 кГц — ну так я ж не сбираюсь делать рабочий вариант. Так, что-то типа стенда, чтобы проникнуться идеями импульсного питания. Для рабочего варианта нужно было б ставить сразу и нормальную микросхему DC/DC преобразования.

j2153 · 16.10.2009, 11:47

Сообщение от estet

Странно, что о насыщении магнитопровода нигде не написано

Ну, хоть и с некоторым опозданием (я всегда прибываю к шапошному разбору)))), могу пояснить детали для автора темки.
Насыщение - это когда начиная с некоторой величины магнитного поля, начинает уменьшаться магнитная проницаемость сердечника (и индуктивность катушки в результате).
Когда сердечник сплошной (и особенно - тороидальный!), магнитное поле в нем равномерно, и везде одинаково.
Если такой дроссель выполняет задачу - ограничение тока (а в ключевых блоках он за этим и нужен), то когда начинает уменьшаться индуктивность из-за насыщения, ток через него начинает увеличиваться, и это увеличивает магнитное поле в сердечнике. А от этого проницаемость падает еще больше. Причем по всему сердечнику сразу. Такое впечатление, что из дросселя сердечник вынули целиком. Ток резко подскакивает до величины короткого замыкания. Получается своеобразный аналог "пробоя", как в конденсаторе. Короче, ключ может не успеть закрыться и даст дуба со всеми вытекающими.

Если же в сердечнике есть зазор, магнитное поле частично выходит из него и становится неравномерным в объеме сердечника.
Когда возникает насыщение, оно возникает первоначально в тех местах, где магнитное поле больше. Индуктивность конечно тоже падает, но не так резко - остаются работать те части сердечника, где поле было меньше. Тогда успевает сработать защита по перегрузке и закрыть силовой ключ.
В "фирменных" импульсных блоках чаще всего применяют дроссели с вообще незамкнутым сердечником: такая ферритовая шпуля, на которую намотан провод.

А вообще ключевые блоки - это область с кучей всяких нюансов, и очень годится чтобы всласть потра..ться, но если нужен конечный результат - то рекомендую использовать специализированные микросхемы.

COO · 16.10.2009, 13:33

Сообщение от j2153

Насыщение - это когда начиная с некоторой величины магнитного поля, начинает уменьшаться магнитная проницаемость сердечника (и индуктивность катушки в результате).
Когда сердечник сплошной (и особенно - тороидальный!), магнитное поле в нем равномерно, и везде одинаково.

По моему, насыщение это когда индуктивность (и проницаемость) упала до 0 (для сердечника без зазора) и дальше падать некуда, остаётся активное сопротивление обмотки. А индуктивность падать начинает одновременно с нарастанием магнитного поля (обратно пропорциональна ему).

Цитата:

......, то когда начинает уменьшаться индуктивность из-за насыщения, ток через него начинает увеличиваться, и это увеличивает магнитное поле в сердечнике. А от этого проницаемость падает еще больше.

Т.е. вследствие протекания эл. тока (от нуля), происходит нарастание магнитного потока (линейное), от 0 до величины при которой Магнитная проницаемость и индуктивность, линейно, уменьшаются от номинальной величины до 0.

Или я не прав?

j2153 · 16.10.2009, 14:16

Сообщение от COO

По моему, насыщение это когда индуктивность (и проницаемость) упала до 0

До нуля упасть не может ни то ни другое. Проницаемость стремится к единице, но тоже ее не достигает.

Цитата:

А индуктивность падать начинает одновременно с нарастанием магнитного поля (обратно пропорциональна ему).

А почему она падает? - потому что проницаемость уменьшается. Причем это начинается даже с самых маленьких токов, то есть во всем диапазоне. О насыщении начинают говорить, когда явление становится преобладающим в цепи.

Цитата:

Т.е. вследствие протекания эл. тока (от нуля), происходит нарастание магнитного потока (линейное), от 0 до величины при которой Магнитная проницаемость и индуктивность, линейно, уменьшаются от номинальной величины до 0.

Или я не прав?

Не совсем правы. Не до нуля, и там нелинейные характеристики. Но в первом приближении об обратной пропорциональности можно говорить.