Плотность тока в обмотках маломощного транса, и вообще, рассчет микро-мини транса Опции

[SM]

Такой вот вопрос - в задаче понадобился миниатюрный низковольтный пушпул, 1..1.5 ватта. До какого разумного предела можно задрать плотность тока? Чем достаточно значимым она ограничивается кроме, собственно, сопротивления обмотки постоянке и ее нагрева от потерь на нем?

[_Pasha]

Чем достаточно значимым она ограничивается

Плюс потери на скин-эффекте.
Плотность тока по Эраносяну для Рн=1..7 Вт J=7..12 А/мм2

[SM]

Плотность тока по Эраносяну для Рн=1..7 Вт J=7..12 А/мм2

Ага, спасибо, это уже лучше, чем мои первоначальные прикидки в 4..5.

А вот еще вопрос, случаем не подскажете, кто делает мелкие колечки 5...7 мм наружнего диаметра из N49 или чего-то подобного для F вокруг полмегагерца? (или чему нашему соответствует N49)

Плюс потери на скин-эффекте.

При f примерно в полмегагерца и диаметре проводов около 0.2 я думаю, что они незначительны.

[Designer56]

А вот еще вопрос, случаем не подскажете, кто делает мелкие колечки 5...7 мм наружнего диаметра из N49 или чего-то подобного для F вокруг полмегагерца? (или чему нашему соответствует N49)

Здесь посмотрите:
http://www.domen-mmf.ru/service.html
http://www.ferrite-domen.com/
и ещё здесь
http://www.rusgates.ru/soft.php?sub=no

[SM]

Ага, еще раз спасибо. Получается, что наши не делают аналога N49? Что посоветуете, смотреть в сторону 300ВНС? Или 1500НМ3 (вроде близко, но хрен его знает на сколько)? При полмегагерца (а может и мегагерц...) и индукции ну пусть в 0.2...0.25 Тл (надо самые минимальные габариты, причем я могу потратиться за счет них на лишний ток в индуктивность намагничивания)? Или что-то править в консерватории вообще?

ЗЫ
Сорри за расплывчатые вопросы, никогда не надо было находить оптимального транса для минимизации габаритов до такой степени... Т.е. сейчас как-то слишком много величин получается, подлежащих оптимизации...

[Designer56]

Что касается ферритов, то полмегагерца- это низкочастотные ферриты. Ещё сюда зайдите:
http://www.magneton.ru/cat.php?id=134#main_top
Воде 1500НМ3 самое подходящее.

[SM]

Что касается ферритов, то полмегагерца- это низкочастотные ферриты.

Это, как я понимаю, что касается ферритов вообще. А что касается ферритов, оптимизированных для работы с относительно большой B, так там полмегагерца это уже порядочно.

[Designer56]

Вы собираетесь его насыщать? Сердечник тоесть?

[SM]

Вы собираетесь его насыщать? Сердечник тоесть?

Насыщать не собираюсь, но собираюсь намагнитить "по самые помидоры"

[Designer56]

Тогда посмотрите в сторону ферритов для сильных полей типа 2500НМС

[SM]

Тогда посмотрите в сторону ферритов для сильных полей типа 2500НМС

Вызывает недоверие Fc в 400 кНz, а графиков юзабельной Bm от частоты пока не нарылось.

[Designer56]

Ну, во- первых, для этих материалов вы можете понизить частоту по сравнению с 49-м. Затем, вгляните на потери при больших индукциях. Я думаю, Вы выиграете. У меня где- то есть книжка с характеристиками 2500НМС1. Посмотрю.

[SM]

Ну, во- первых, для этих материалов вы можете понизить частоту по сравнению с 49-м. Затем, вгляните на потери при больших индукциях. Я думаю, Вы выиграете. У меня где- то есть книжка с характеристиками 2500НМС1. Посмотрю.

Посмотрите пожалуйста. Насчет понизить частоту -> больше мотать -> толще провод -> жирнее сердечник. Мне бы вообще бы в 4-мм колечко укласться

Я вот еще нарыл у Ferroxcube материалы 3F3 и 3F35... 3F3 позиционируют до 700 кГц, 3F35 и того больше, и из 3F3 есть мелкие кольца, например 4/2.2/1.6, 6/4/2, 6.3/3.8/2.5. А из 3F35 очень интересный сердечник EP5

[Designer56]

Я вот еще нарыл у Ferroxcube материалы 3F3 и 3F35... 3F3 позиционируют до 700 кГц, 3F35 и того больше, и из 3F3 есть мелкие кольца, например 4/2.2/1.6, 6/4/2, 6.3/3.8/2.5

К сожалению, в данных фирм много лукавства. Как частота, так и потери и индукция насыщения сильно зависит от условий измерений. Поэтому сравнивать нужно очень осторожно и с учетом.

[Самурай]

Такой вот вопрос - в задаче понадобился миниатюрный низковольтный пушпул, 1..1.5 ватта. До какого разумного предела можно задрать плотность тока? Чем достаточно значимым она ограничивается кроме, собственно, сопротивления обмотки постоянке и ее нагрева от потерь на нем?

В общем случае плотность тока ограничена потерями в проводе и в материале сердечника и в конечном итоге будет определяться допустимым перегревом трансформатора. Так как все сводится к расчету тепловых режимов, то даже получив точную формулу для плотности тока, мы все равно вынуждены будем смириться с погрешностью расчетов +-лапоть. Это что касается общих моментов

Теперь если говорить про конкретно данную задачу, то можно попробовать примерно рассчитать мощность потерь в сердечнике и в проводе обмотки для частоты f = 500кГц, размаха магнитной индукции dB = 0.2Тл материала 1500НМ3 и провода диаметром d = 0.2мм:

1. Потери в материале сердечника можно рассчитать по довольно универсальной формуле (если известны все параметры):

P = p0*(f/f0)^a*(dB/dB0)^b*Vc, где

p0 - удельные потери для частоты f0 и индукции dB0,
Vc - объем материала сердечника.

Для 1500НМ3 эти параметры равны:
p0 = 0.093Вт/см^3, f0 = 1кГц, dB0 = 1Тл, a = 1.2, b = 2.2

Отсюда P = 4Вт/см^3, Если взять кольцо К7х4х2, то объем феррита для него будет 0.05см^3, отсюда потери в материале сердечника Ps = 0.2Вт (примерно).

2. Потери в проводе. Не зная напряжения, можно только примерно прикинуть порядок величин. Допустим, что напряжение в первичной обмотке 5В и мощность нагрузки 1Вт. Это дает средний ток 0.2А. Примем с учетом потерь и прочих мелочей, что действующий ток 0.3А. Для 500кГц и сердечника К7х4х2 у меня получилось 4 витка в первичке (надеюсь нигде с порядками не напутал), это дает всего лишь 5мВт в первичке или примерно 10мВт во всех обмотках. Потерями на скин эффект при такой частоте и диаметре провода можно пренебречь.

3. Теперь если прикинуть площадь теплоотвода трансформатора с учетом коэффициента теплоотдачи равным 10Вт/(м^2*К) (взято из интернета и книг, часто встречается еще одно значение: 0.05Вт/см^2) то получим, что при перегреве в 50 градусов такой трансформатор может отвести примерно 0.1-0.2Вт.

В принципе, все сходится Но я бы не стал конечно на все 100% доверять моим расчетам, в спешке мог пару нулей пропустить Да и как уже говорил тепловой расчет дело темное.

Но даже по получившимся результатам видно, что потери в сердечнике на порядок больше потерь в меди. Можно попробовать уменьшить либо частоту, либо максимальную индукцию (особенно последнюю из-за квадратичной зависимости потерь от индукции), снизив тем самым общие потери в несколько раз. Количество витков при этом возрастет, но можно уменьшить диаметр провода.

Да, еще такой момент, согласно Коневу Ю.И., Букрееву С.С., Головацкому В.А. и прочим авторитетам, с такого сердечника можно получить 1Вт при частотах 10-20кГц.

[SM]

В принципе, все сходится Но я бы не стал конечно на все 100% доверять моим расчетам

У меня по расчетам все очень похоже, так что нулей не пропустили , и мне уверенности в правильности прибавили. Но ведь потери можно снизить и выбором материала... Собственно B и буду уменьшать, если не нарою материала (ну и сердечника соотв.) (еще с учетом возможности его хоть где-то в мире купить в мелкооптовом количестве), который был бы не на грани при моих параметрах.

но можно уменьшить диаметр провода.

Вот... С этого все и начиналось

и прочим авторитетам, с такого сердечника можно получить 1Вт при частотах 10-20кГц.

Ну это и без авторитетов понятно, если взглянуть на техасский DCH010505S, который идет без корпуса.

[Самурай]

Собственно B и буду уменьшать, если не нарою материала (ну и сердечника соотв.) (еще с учетом возможности его хоть где-то в мире купить в мелкооптовом количестве), который был бы не на грани при моих параметрах.

Ну, в общем получается, что если уменьшить dB в два раза, то потери в сердечнике уменьшатся до 0.05Вт. При это количество витков возрастет также вдвое и суммарные потери (для провода диаметром 0.2мм) будут 0.07Вт, что в 3 раза лучше прежних цифр.

Что касается материала сердечника, то для отечественных марок феррита выходит (сам удивился), что все они дают примерно одинаковые величины потерь для этой частоты и индукции. По импортным материалам ничего не скажу, давно не интересовался.

[Designer56]

Для импорта примерно тоже- чудес не бывает. Они, западники, любят приводить потери при достаточно малых индукциях.

[SM]

то потери в сердечнике уменьшатся до 0.05Вт.

Что-то торможу. А потери на Lmag сюда ведь не входят? Я имею в виду ток, текущий через индуктивность намагничивания? Он при малых витках (и L соотв) тоже не мал.

Они, западники, любят приводить потери при достаточно малых индукциях.

Ну сами смотрите... http://www.ferroxcube.com/appl/info/HB2009.pdf (осторожно! 7.5 МБайт), Fig. 6 стр. 123, по крайней мере для 0.1-с-чем-то Тл дано, для 0.2 можно саппроксимировать, хотя, конечно, лучше не лезть туда, где недокументировано

[Designer56]

Ну, все не смотрел- но на большинство материалов потери даются при индукциях раза в 4 меньших инд. насыщения.
Ток намагничивания косвенно увеличивает потери. На проводах и т.п.

[Самурай]

Что-то торможу. А потери на Lmag сюда ведь не входят? Я имею в виду ток, текущий через индуктивность намагничивания? Он при малых витках (и L соотв) тоже не мал.

Каюсь, забыл совсем про ток намагничивания. Как уже сказал Designer56, он вносит дополнительные потери на омическом сопротивлении проводов. Все бы ничего, обычно это величина гораздо меньше рабочих токов, но только не в данном случае, блин. Для В = 0.1Тл (dB = 0.2Тл) у меня получилось, что ток намагничивания достигнет 50-80мА (H*l = I*w, w=8, H=30-40A/m, B=0.1Тл, не учитывается петля гистерезиса). Но в принципе наверно не критично, тем более что эта добавка только в первичной обмотке.

Что касается 3F35, то у него на 500кГц и 0.1Тл примерно столько же потерь, как и у 1500НМ3.

[SM]

Что касается 3F35, то у него на 500кГц и 0.1Тл примерно столько же потерь, как и у 1500НМ3.

Вот это очень полезная информация, так как у меня практически нет ничего по нашим ферритам (не профильно оно мне, дай бог раз в году нужно). Значит первоначально остановлюсь на 1500НМ3.

[Designer56]

Я обычно поступаю так: если мне нужен режим насыщения, например Роер, то выбираю сердечник типа 1000- 5000НМ с прямоугольной ПГ. Причем частота генерации в этом случае определяется индукцией насыщения материала (в т.ч.). И чем больше проницаемость, тем меньше ток намагничивания и, следовательно, холостого хода. Или витки можно уменьшить. Если же мне нужен линейный режим, тогда стараюсь поддерживать индукцию в материале минимально возможной. Или, что тоже самое, применять материал с повышенной индукцией насыщения. Для минимизации размеров в этом случае могут хорошо подойти сердечники для сильных полей- НМС. Иногда бывает 10%-е увеличение размеров сердечника дает ощутимые преимущества. Если уважаемый SM так зажат со всех сторон в части требований, думаю, стоит попытать разные варианты. Тем более, что магнитные цепи плохо моделируются.

[SM]

могут хорошо подойти сердечники для сильных полей- НМС.

Об этом материале здесь речь уже шла. Низкочастотный он, я бы не рискнул его дрючить с частотой выше где-то 200 кГц. А то ведь кроме трансформатора, который на ВЧ становится меньше, есть еще кондер фильтра, обладающий теми же свойствами... Тогда уж наверное не НМС, а ВНС рассмотреть, хотя там мю совсем никакое... А это или еще выше частоту, или витки, чтобы ток намагничивания не зашкалил за разумные пределы...

А вообще от экспериментов я и не отказываюсь, задающий генератор у меня ПЛИСина с тактом внутри в 150 мегагерц (LFXP2 в 132-ногом корпусе 8х8мм), могу драйвить как хочу... Но начать с чего-то надо, не просто же на плате место под транс оставить, не задумываясь, какой он хоть примерно будет

[Designer56]

Об этом материале здесь речь уже шла. Низкочастотный он, я бы не рискнул его дрючить с частотой выше где-то 200 кГц.

Несколько лет назад делали портативный БП на 75 Вт с трансом на 2500НМС. Обратноходовый с тактовой 250 кГц. Сердечник, конечно заметно греется, но КПД получился не хуже 0,85.
Кстати, подстановка вместо него импортного с заявленными меньшими потерями выигрыша не дала.

[SAVC]

Отталкивайся от теплового сопротивления сердечник-окружающая среда. У EPCOS есть отдельный ДШ.
Обрати внимание на зависимость потерь от температуры. Может оказаться, что температура около 100С оптимальная и стабилизируется ферритом...
Потом разбиваешь общие потери на потери в первичке, во вторичке и сердечнике.
Находишь оптимально соотношение, используя графики для потерь в сердечнике и формулы для меди.
Все книжки шлёшь лесом. Работаешь только с сопротивлениями меди и токами.
Плотность тока какая будет - такая значит и будет
Для начала можно разделить потери в сердечнике и обмотках провну.
И потери для первчики, вторички взять равными. То есть будет 50% + 25% + 25%
А дальше смотри по конкретике, какие ещё есть требования.
Можно разделить на 33% + 33% + 33%
Тоже не плохо получается...

На полмегагерца я бы тоже взял N49, аналогов среди отчественных не ищи - нету.
2500НМС - это N27 максимум, то есть оптимально для 100кГц, не выше.
Может оказаться, что частота 300кГц будет лучше, чем 500кГц

[SAVC]

Вот, прикрепил ДШ, в конце есть тепловые сопротивления сердечников
 PDF_Application.pdf ( 287.7 килобайт ) Кол-во скачиваний: 655