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?

Плюс потери на скин-эффекте.
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)


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

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

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...

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.

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.

Вы собираетесь его насыщать? Сердечник тоесть?

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

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.

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

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.

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.

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.


Вот... С этого все и начиналось


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

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.

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

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.



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

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.

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.

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.

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.

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

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.

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

Вот, прикрепил ДШ, в конце есть тепловые сопротивления сердечников
Нажмите для просмотра прикрепленного файла