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?

[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.