Bez tytu³u-4 - Serwis Elektroniki

Praca transformatora w uk³adach zasilaczy impulsowychwe 5V, 3.3V). Zaznaczono to na rys.4.6b lini¹ przerywan¹.Powy¿ej tej czêstotliwoœci spadek indukcji musi byæ wiêkszyani¿eli wynika to z warunku na optymaln¹ wartoœæ amplitudyindukcji. Zatem moc uzyskana z transformatora spada.Spadek ten jest dodatkowo pog³êbiony faktem wzrostustrat wiropr¹dowych.W rzeczywistych uk³adach rolê odgrywaj¹ jeszcze czynniki,które nie zosta³y uwzglêdnione w powy¿szym uproszczonymrozumowaniu. S¹ nimi: zasygnalizowane, ale nie uwzglêdnionezjawisko pr¹dów wirowych w uzwojeniach, istnienie paso¿ytniczychpojemnoœci uzwojeñ, jak równie¿ oczywista koniecznoœæzaokr¹glania liczby zwojów do wartoœci liczby ca³kowitej.Zatem wykres przedstawiony na rys.4.6a wygl¹da faktycznietak, jak zaznaczono to lini¹ przerywan¹. Najistotniejszymwnioskiem jest to, ¿e funkcja ta zawsze wykazuje maksimumchoæ wartoœæ czêstotliwoœci, przy której ono wystêpujejest ró¿na dla ró¿nych rdzeni. Na rys.4.7 przedstawiono owewykresy dla dwóch konkretnych rdzeni transformatorów: E42i E52 wykonanych z materia³u 3C8. W praktyce in¿ynierskiejoperuje siê nie tyle czêstotliwoœci¹, przy której moc jest maksymalna,lecz czêstotliwoœci¹, powy¿ej której nie uzyskuje siêznacz¹cego wzrostu mocy. Dla rdzenia E42 przyjmuje siê, ¿ejest to 52kHz, a dla E52 - 100kHz. Jak zaznaczono na wstêpie,moc zale¿y w g³ównej mierze od konfiguracji zasilacza i rys.4.7przedstawia wartoœci dla uk³adu typu forward.P TH [W]400300200100E42EC526010 20 50 100 200f [kHz]Rys.4.7. Przyk³adowa zale¿noœæ przeniesionej mocyprzez transformator od czêstotliwoœci pracyzasilacza dla dwóch typowych rdzeni.4.2. Wnioski dotycz¹ce zjawisk wystêpuj¹cych wrdzeniu transformatoraAnaliza przedstawionych wy¿ej zjawisk prowadzi do optymalnegoprojektowania wielkoœci, ale i przede wszystkimkszta³tu rdzenia transformatora, jak równie¿ wyboru materia³u(ferrytu) najbardziej odpowiedniego dla pracy transformatoraz wysokimi czêstotliwoœciami kluczowania pr¹du. W praktyceserwisowej spotykamy ró¿ne kszta³ty rdzeni. Nie tylko czynnikielektryczne i magnetyczne s¹ brane pod uwagê. Nierazbardzo istotne s¹ wzglêdy mechaniczne (np. wysokoœæ transformatora),a oczywiœcie zawsze wzglêdy ekonomiczne, naktóre sk³ada siê nie tylko koszt wykonania rdzenia, ale równie¿³atwoœæ nawiniêcia uzwojeñ, sk³adania rdzenia itp. Generalnieuwa¿a siê, ¿e najlepszy stosunek jakoœci do ceny orazmocy do masy (ciê¿aru) rdzenia uzyskuje siê przy kszta³tkachtypu E. Chocia¿ elektrycznie i magnetycznie lepsze s¹ rdzeniezamkniête (RM, PQ, PM), s¹ one jednak dro¿sze i karkas makszta³t trudniejszy do nawiniêcia uzwojeñ. Jednak obecnie wkszta³tkach typu E wykonuje siê œrodkow¹ kolumnê o przekrojuko³owym - ³atwiej nawin¹æ uzwojenie zachowuj¹c ma³¹indukcyjnoœæ rozproszenia. Uwa¿a siê równie¿, ¿e rdzenie typuE mo¿na wykonaæ z oko³o 20% mniej materia³u dla danej mocytransformatora ani¿eli rdzenie typu U. Daje to nie tylko zmniejszeniewagi transformatora, ale równie¿ zmniejszenie strat spowodowanychpr¹dami wirowymi, szczególnie przy pracy zbardzo wysokimi czêstotliwoœciami. Nie mniej istotne s¹ uwarunkowaniakszta³tu jakie narzucone s¹ od strony formy dlazapewnienia odpowiedniej klasy izolacji zasilacza. Powy¿szewzglêdy zosta³y zoptymalizowane w tzw. systemie ETD i ztakimi transformatorami spotykamy siê czêsto.5. Uwagi dodatkowe5.1. Temperatura rdzeniaJednym z zagro¿eñ poprawnej pracy transformatora w uk³adziezasilacza impulsowego jest nadmierny wzrost temperatury- grzeje siê zarówno rdzeñ, jak i uzwojenia. Parametry rdzeniazale¿¹ od jego temperatury, równie¿ rezystancja w³aœciwaprzewodu wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Dla miedziw temperaturze 100°C jest ona o oko³o 30% wy¿sza ni¿ wtemperaturze 20°C. Najogólniej mówi¹c nadmierny wzrost temperaturytransformatora mo¿e byæ przyczyn¹ uszkodzenia elektronikizasilacza. Praktycznie zawsze koñczy siê to uszkodzeniemtranzystora kluczuj¹cego. Zasady prawid³owego projektowaniatransformatora zak³adaj¹, ¿e temperatura rdzenia mo¿ewzrosn¹æ o 40°C wzglêdem temperatury otoczenia i nie mo¿ebyæ wy¿sza ni¿ 100°C, przy czym dotyczy to kolumny œrodkowejrdzenia i jej œrodka.Wzrost temperatury rdzenia jest natomiast nie tylko zale¿-ny od wydzielanego w transformatorze ciep³a, ale i od warunkówjego ch³odzenia. Uzwojenia, przek³adki izoluj¹ce i ekranyto dla tej kwestii izolacje pogarszaj¹ce ch³odzenie rdzenia.Czêsto jest tak, ¿e czynnikiem wymuszaj¹cym zastosowaniewiêkszego rdzenia jest nadmierna iloœæ wydzielanego ciep³aw stosunku do rezystancji termicznej transformatora, mimo¿e wszelkie inne wymogi poprawnego zaprojektowania transformatorapozwala³yby na zastosowanie mniejszego rdzenia,a tym samym i ca³ego transformatora. Rezystancja termicznazdefiniowana jest jako stosunek przyrostu temperatury do iloœciwydzielanego ciep³a. Dane katalogowe na ogó³ podaj¹ dwiewartoœci tego parametru (lub przedzia³), jedn¹ dla najogólniejrozumianych warunków „optymistycznych”, drug¹ „pesymistycznych”.Warunki pesymistyczne wystêpuj¹ w zasilaczach,które zapewniaæ musz¹ odpowiedniej klasy bezpieczeñstwaizolacjê galwaniczn¹ od sieci energetycznej. Zale¿¹ one tak¿eod takich czynników, jak sposób mocowania i u³o¿enie transformatora.W zasilaczach popularnych komputerów klasy PC lub np.kuchenek mikrofalowych, aby uporaæ siê z tym problememstosuje siê rozwi¹zanie drastyczne, ale daj¹ce jednoznacznyefekt - wentylator. W urz¹dzeniach takich jak odbiorniki telewizyjnejest to nie do przyjêcia. W pracach serwisowych zawszewarto wypytaæ klienta w jakich okolicznoœciach urz¹dzeniesiê uszkodzi³o i wywnioskowaæ na tej podstawie, czyprzyczyn¹ móg³ byæ nadmierny wzrost temperatury uk³adu.5.2. Praca rdzenia w transformatorach sieciowychProblem pr¹dów wirowych w rdzeniu transformatora istniejerównie¿ w przypadku transformatorów sieciowychSERWIS ELEKTRONIKI 12/2002 11