Bez tytu³u-4 - Serwis Elektroniki

Praca transformatora w uk³adach zasilaczy impulsowychsatora ograniczaj¹cego szybkoœæ „narostu” napiêcia nauzwojeniu pierwotnym. Z tym kondensatorem spotykamysiê w zasilaczach praktycznie zawsze, jednak w tym przypadkuma on znaczenie nie tylko jako „ochrona” tranzystorakluczuj¹cego, ale równie¿ i transformatora.Optymalna amplituda gêstoœci strumienia magnetycznegoto taka, przy której moc przeniesiona przez rdzeñ jest maksymalna.Okazuje siê, ¿e sytuacja taka ma miejsce, gdy stratyenergii w rdzeniu stanowi¹ 44% strat ca³kowitych. Straty te s¹doœæ skomplikowan¹ funkcj¹ czêstotliwoœci, indukcji magnetyczneji objêtoœci rdzenia. Dla utrzymania optymalnej amplitudyindukcji musi ona maleæ wraz ze wzrostem czêstotliwoœcipracy uk³adu. Jednak nie jest to odwrotna proporcjonalnoœæi moc generalnie ze wzrostem czêstotliwoœci roœnie. Wniosekten jest prawdziwy dopóki dominuj¹c¹ rolê w stratach energiiw rdzeniu stanowi¹ straty zwi¹zane ze zjawiskiem przemagnesowaniardzenia (pêtli histerezy), natomiast straty zwi¹zanez istnieniem pr¹dów wirowych s¹ nieznaczne. Dla typowychrdzeni zakres ten siêga czêstotliwoœci oko³o 100kHz. Typowywykres spadku mocy przeniesionej przez transformatorprzy odstêpstwach amplitudy indukcji od optymalnej przedstawionona rys.4.3.10.90.8P TH/PTH MAX0.8 0.9 1 1.1 1.2B/B OPTRys.4.3. Spadek mocy przeniesionej przez transformatorprzy odstêpstwach gêstoœci strumieniamagnetycznego od wartoœci optymalnej.Wykres zale¿noœci indukcji magnetycznej od czêstotliwoœcidla uzyskania warunków amplitudy indukcji optymalnejprzedstawiono na rys.4.4. Ten sam wykres jest czytelniejszynarysowany w skali logarytmicznej - rys.4.5.BB (mT)AC400SATURATIONLIMIT300B SAT200B PUSH-PULLMAX15011002903FORWARD80704Rys.4.4.60504010 15 20 30 f[kHz]40 50 60 80 100Rys.4.5.Rys.4.4. Wykres zale¿noœci gêstoœci strumienia magnetycznegood czêstotliwoœci pracy przetwornicydla uzyskania maksymalnej mocy przeniesionejprzez transformator.Rys.4.5. Przyk³adowy wykres zale¿noœci optymalnejwartoœci indukcji magnetycznej od czêstotliwoœcipracy zasilacza dla kilku typowych rdzeni.PP WP Ca)fnapiêcie wyjœcioweb)C5V 20V10VP thI II III IVf L f Tf 1 fRys.4.6.a). Zale¿noœæ przeniesionej mocy przez transformatorod czêstotliwoœci pracy.b). Zale¿noœæ strat mocy w rdzeniu i uzwojeniach odczêstotliwoœci pracy.Teoretyczny (i uproszczony) wykres uzyskanej mocy od czêstotliwoœcipracy zasilacza przedstawiono na rys.4.6a. Na rys.4.6bzaznaczono straty mocy w rdzeniu i w uzwojeniach. Mo¿na nanim wyodrêbniæ kilka charakterystycznych obszarów:I - Przy niskich czêstotliwoœciach ograniczenie stanowi zjawiskonasycenia rdzenia. Równoczeœnie przy niskich czêstotliwoœciachwymagana jest du¿a liczba zwojów uzwojeñtransformatora i ograniczeniem jest tu wielkoœæ karkasu dlaich pomieszczenia. W tym zakresie uzyskana moc jest mniejwiêcej wprost proporcjonalna do czêstotliwoœci pracy przetwornicy(œciœlej - do czêstotliwoœci efektywnej), straty mocyw uzwojeniach s¹ odwrotnie proporcjonalne do pierwiastkaz czêstotliwoœci, jak równie¿ do pierwiastka z amplitudystrumienia magnetycznego.II - Przy czêstotliwoœci na granicy obszarów I i II transformatorpomieœci wymagane dla danej aplikacji uzwojenia. Wtym obszarze straty mocy w uzwojeniach s¹ odwrotnie proporcjonalnedo czêstotliwoœci, a moc jak¹ mo¿e transformatorprzenieœæ - wprost proporcjonalna do pierwiastka zczêstotliwoœci. W tym obszarze ograniczeniem jest nadalwartoœæ indukcji, przy której rdzeñ siê nasyca.III - Powy¿ej pewnej czêstotliwoœci (f T ) optymalna amplituda strumieniamagnetycznego staje siê ni¿sza ani¿eli wynika to z ograniczeniajakie narzuca zjawisko nasycania rdzenia. Ograniczeniemstaj¹ siê natomiast straty mocy w rdzeniu zwi¹zane zjego przemagnesowywaniem. Kszta³t krzywej mocy w zale¿-noœci od czêstotliwoœci w tym zakresie zale¿y od charakterystykimateria³u z jakiego wykonano rdzeñ (ferrytu). Dla typowychmateria³ów gêstoœæ strumienia magnetycznego w tymzakresie jest mniej wiêcej odwrotnie proporcjonalna do pierwiastkaz czêstotliwoœci. Równoczeœnie straty mocy w uzwojeniachtylko nieznacznie wzrastaj¹ z czêstotliwoœci¹. Zak³adaj¹c,¿e s¹ one w przybli¿eniu sta³e, uzyskana moc z transformatorajest równie¿ w przybli¿eniu sta³a.IV - Jako czêstotliwoœæ f 1 na wykresie z rys.4.6b zaznaczonoczêstotliwoœæ, przy której liczba zwojów uzwojenia wtórnegodaj¹cego napiêcie najni¿sze staje siê równa 1. Kryteriumto staje siê ograniczeniem dalszego wzrostu czêstotliwoœcilub amplitudy indukcji magnetycznej w zasilaczacho niskim napiêciu wyjœciowym (np. zasilacze komputero-10 SERWIS ELEKTRONIKI 12/2002