Bez tytu³u-4 - Serwis Elektroniki

Praca transformatora w uk³adach zasilaczy impulsowychnie wy¿sza ni¿ 60°C oraz warunki ch³odzenia transformatorapozwalaj¹ce na wzrost temperatury rdzenia nie wiêkszy ni¿40°C. Zak³ada siê równie¿, ¿e maksymalna gêstoœæ strumieniamagnetycznego nie przekracza 60% dopuszczalnej wartoœciwyznaczonej przez nasycenie rdzenia. Ostatnie za³o¿enie jestbezpoœrednio zwi¹zane z zakresem napiêcia wejœciowego (sieciowego)dla jakiego zasilacz ma poprawnie pracowaæ.Z wykresu na rys.4.2 wyraŸnie widaæ, ¿e generalnie zewzrostem czêstotliwoœci pracy przetwornicy roœnie moc jak¹mo¿na uzyskaæ przy danej wielkoœci rdzenia. Jednak przy„mniej optymistycznych” warunkach pracy rdzenia, wartoœæta powy¿ej pewnej czêstotliwoœci - maleje. Równie¿ przy spe³nieniuwszelkich za³o¿eñ korzystnej pracy rdzenia osi¹galnywzrost mocy powy¿ej pewnej czêstotliwoœci staje siê niewielki.Równoczeœnie straty mocy w rdzeniu, jak i w uzwojeniachrosn¹, tym samym sprawnoœæ przetwornicy maleje. Warto zauwa¿yæ,¿e wystêpuje tu niekorzystne sprzê¿enie zwrotne polegaj¹cena tym, ¿e przekroczenie dopuszczalnej czêstotliwoœcipracy przetwornicy powoduje wzrost wydzielanego ciep³a,a wiec i wzrost temperatury rdzenia. Tym samym warunki pracytransformatora staj¹ siê ogólnie mówi¹c mniej korzystne,co powoduje dalszy wzrost jego temperatury. Prowadzi to donasycania rdzenia, a wiêc zmniejszania indukcyjnoœci uzwojeniapierwotnego i praktycznie w ka¿dym przypadku koñczysiê to uszkodzeniem tranzystora kluczuj¹cego.W artykule pominiêto przytaczanie konkretnych charakterystyktypowych rdzeni, ale szerokoœæ granicy dopuszczalnejprzenoszonej mocy (zaznaczonej jako P TH na rys.4.2) jest dlatypowych czêstotliwoœci pracy równa oko³o 3-krotnej zmianietej mocy (wykresy te rysowane s¹ zwykle w skali logarytmicznej),a dla czêstotliwoœci 100kHz oko³o 5-krotnej zmianie tejmocy. Warto w tym miejscu równie¿ zauwa¿yæ, ¿e czêstotliwoœæpracy wielu obecnie budowanych przetwornic (np. woparciu o uk³ady typu TOPSwitch, opisywane w „SE” nr 12/1999 i 1/2000 oraz 5 i 6/2002) jest sta³a i wynosi 100kHz.Warto zatem po naprawie zasilacza, szczególnie, gdy przyczynajego awarii nie jest jasna lub awaria powtórzy³a siê kilkakrotnie,pozostawiæ urz¹dzenie w³¹czone na oko³o 1÷2 godz.i kontrolowaæ temperaturê rdzenia. Warto równie¿ wyrobiæ sobieprzyzwyczajenie pozwalaj¹ce orientowaæ siê jak gor¹cyjest transformator (normalnie) w danym urz¹dzeniu. Oczywiœciewystarczy metoda pomiaru temperatury „palcem”, choæw niektórych przypadkach pomocne mog¹ byæ mierniki temperatury,które s¹ na wyposa¿eniu wielu popularnych miernikówuniwersalnych. Nie nale¿y te¿ przesadnie przera¿aæ siê,¿e transformator jest gor¹cy - jak ju¿ zaznaczono podstaw¹prawid³owo zaprojektowanego transformatora jest za³o¿eniedopuszczalnego wzrostu temperatury wzglêdem otoczenia o40°C, a temperatura w kolumnie œrodkowej (w jej wnêtrzu)mo¿e osi¹gaæ 100°C.4.1. Dopuszczalna i optymalna gêstoœæ strumieniamagnetycznegoTakie okreœlenia pojawia³y siê wczeœniej i czêsto bêd¹ powtarzanew dalszej czêœci artyku³u, niniejszy punkt ma na celuich wyjaœnienie.Wymagany strumieñ pola magnetycznego, to g³ówny czynnikdecyduj¹cy o wielkoœci rdzenia, a wiêc o wielkoœci transformatora.Amplituda zmiennoœci gêstoœci tego strumienia zale¿yod indukcji magnetycznej, przy której zaczyna siê zakresnasycenia, a wiêc zmniejszenia wzglêdnej przenikalnoœci magnetycznejoraz od symetrii zmiennoœci pola magnetycznego.Wartoœæ indukcji wprowadzaj¹cej rdzeñ w nasycenie to parametrferromagnetyka, z którego jest on wykonany i dla typowychmateria³ów jest on rzêdu 300mT (militesli), symetria natomiastjest najwiêksza w uk³adach push-pull. W tych zasilaczachzatem dopuszczalna jest najwiêksza amplituda zmiennoœcigêstoœci strumienia, a wiêc najwiêksza przeniesiona mocprzy danej wielkoœci transformatora. G³ównie z tych (ale nietylko) powodów uk³ady push-pull stosuje siê w zasilaczachdu¿ej mocy. Wspó³czynniki bezpieczeñstwa (prawid³owej pracyuk³adu) na maksymaln¹ indukcjê musz¹ uwzglêdniaæ kilkaczynników:• zakres napiêcia wejœciowego - przy napiêciu ni¿szym, pr¹djest wiêkszy (zasilacz przedstawia siê dla Ÿród³a zasilaniajak ujemna rezystancja), a wiêc wiêkszy jest i strumieñ;zasady dobrego projektu transformatora zalecaj¹ przyjêciedla tego wspó³czynnika wartoœci 1.7,• niesymetria uk³adu - mo¿e byæ ona spowodowana niesymetri¹pola rozproszonego w obrêbie uzwojeñ (co implikujewnioski dla sposobu nawijania uzwojeñ i by³o szczegó³owowyjaœnione w p.2) lub nierównym czasem w³¹czeniakluczy; dla uk³adów zasilaczy wyposa¿onych wuzwojenia zabezpieczaj¹ce przed niesymetri¹ przyjmujesiê dla tego wspó³czynnika wartoœæ 1.15, a dla zasilaczypozbawionych takich uzwojeñ oraz odpowiednich elektronicznychuk³adów protection nawet 2,• korekcja typu feed-forward - dla przyœpieszenia reakcjizasilacza w warunkach gwa³townych zmian obci¹¿enia, awiêc poprawienia jego charakterystyki przejœciowej opróczstabilizacji w oparciu o ujemne sprzê¿enie zwrotne, wprowadzasiê korekcjê typu feed-forward; w zale¿noœci od skutecznoœcijej dzia³ania musi byæ pozostawiony pewienmargines dla strumienia magnetycznego. Jeœli korekcjafeed-forward ma skutecznoœæ 10%, to wspó³czynnik namaksymaln¹ indukcjê musi byæ zmniejszony o wspó³czynnik1.1. Niespe³nienie tych warunków mo¿e prowadziæ donieoczekiwanego uszkodzenia tranzystora (tranzystorów)kluczuj¹cego podczas gwa³townych zmian poboru mocy,a wiêc w³¹czenia/wy³¹czenia urz¹dzenia do/ze stanu standby.Wykrycie takiej przyczyny w serwisie jest niezwyklek³opotliwe.W dobrze zaprojektowanym zasilaczu typu forward amplitudaB AC musi byæ dwukrotnie mniejsza ani¿eli w uk³adziepush-pull. Dlaczego po³owê amplitudy widaæ wprost z przebiegówpêtli histerezy przedstawionych na rys.4.1, ale dobrzezaprojektowany zasilacz to taki, w którym przebieg tej pêtlijest w³aœnie taki, jak pokazano na tym rysunku, to znaczy, ¿eobejmuje ca³¹ æwiartkê wykresu B-H. Aby to uzyskaæ, musz¹byæ spe³nione warunki nie zawsze ³atwe do osi¹gniêcia.W transformatorach zasilaczy typu forward musi byæuwzglêdniona remanencja magnetyczna rdzenia (to tzw. pozosta³oœæmagnetyczna, czyli indukcja wystêpuj¹ca po zaniku Ÿród³a,które j¹ wywo³a³o). Czynniki prowadz¹ce do wykorzystaniape³nej amplitudy gêstoœci strumienia magnetycznego wrdzeniu to:• stosowanie niewielkiej szczeliny powietrznej w obwodzierdzenia,• stosowanie uzwojenia „demagnetyzacji”,• stosowanie w uk³adzie elektronicznym zasilacza konden-SERWIS ELEKTRONIKI 12/2002 9