Применение малогабаритных помехоподавляющих магнитопроводов из аморфных металлических сплавов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Радиолюбителю-конструктору

 Комментарии к статье

Треть века назад эксперименты по быстрому охлаждению металлических расплавов, которые проводились с целью получения субмикроскопической структуры металла, показали, что в некоторых случаях кристаллическая решетка в металле вообще отсутствует, а расположение атомов характерно для бесструктурного, аморфного тела. Оказалось, что у аморфного металла совсем другие свойства, не сходные с кристаллическим металлом. Он становится в несколько раз прочнее, повышается его стойкость к коррозии, изменяются электромагнитные характеристики и даже одна из самых устойчивых констант - модуль упругости. Аморфные сплавы получили название металлических стекол. Интерес к ним стремительно возрастает. Прежде всего, исследователей заинтересовали ферромагнитные свойства сплавов на основе железа, никеля и кобальта, которые оказались выше, чем у пермаллоев, причем эти свойства более стабильны. Сегодня мы расскажем о некоторых областях применения магнитопроводов, выполненных из аморфных металлических сплавов.

Магнитопроводы из аморфных металлических сплавов навивают из тонких (в среднем 25 мкм) лент (рис. 1). Подбирая материал и режим термообработки, можно получить уникальные свойства, оптимальные для конкретного применения изделий.

На приведенном фрагменте функциональной схемы преобразователя показаны четыре типа магнитопроводов (см. рекламу фирмы "Мстатор" на с. 33):

1 - для корректоров коэффициента мощности. Благодаря большой индукции насыщения (1,45 Тл), малым потерям и возможности работы при повышенной температуре, применение подобных магнитопроводов позволяет уменьшить габариты и массу устройства;

2 - тороидальные с режимом насыщения для магнитных усилителей (магнитных ключей). Эти магнитопроводы имеют уникальные свойства: высокий коэффициент прямоугольности петли гистерезиса (0,96...0,98), малые потери и небольшая коэрцитивная сила на высокой частоте. Типовое применение магнитных ключей - многоканальные источники питания, в которых обратная связь на ШИМ-регулятор поступает с одного из выходов, а стабилизация напряжения в остальных каналах обеспечивается применением магнитных ключей. Такое построение источников питания устраняет зависимость напряжения в одном из каналов от степени нагруженности других, повышает стабильность и уменьшает пульсации выходного напряжения, позволяет легко реализовать раздельное внешнее управление, раздельную защиту каналов по току с разными порогами. Подобные магнитопроводы применяют и для стабилизации выходного тока, например, в зарядных устройствах. Кроме того, эти изделия позволяют повысить КПД и надежность устройства;

3 - помехоподавляющие. Их часто используют с одновитковой обмоткой: просто одевают на вывод элемента - диода, транзистора. Такие магнитопроводы обеспечивают эффективное подавление радиопомех и снижение высокочастотных пульсаций выходного напряжения;

4 - малогабаритные тороидальные для силовых дросселей (индукторов). Эти магнитопроводы характеризуются большим уровнем подмагничивания постоянным током при сохранении высокой проницаемости. Они имеют высокую индукцию насыщения (1,45 Тл) и малые потери, позволяют уменьшить габариты устройства и обеспечивают работу при более высоком уровне подмагничивания постоянным током, чем при использовании магнитопроводов из традиционных материалов.

Кроме того, магнитопроводы из аморфных металлических сплавов применяют в синфазных фильтрах импульсных источников питания. Здесь используются материалы с узкой петлей гистерезиса, высокой начальной магнитной проницаемостью (до 150000), малыми потерями на высокой частоте. Для получения необходимой индуктивности требуется небольшое число витков, что кроме уменьшения габаритов, обеспечивает малую паразитную емкость обмотки и высокий коэффициент подавления синфазной помехи.

Далее остановимся более детально на применении миниатюрных помехоподавляющих магнитопроводов.

Эти изделия препятствуют быстрым изменениям электрического тока, которые в противном случае могли бы привести к электрическим шумам и помехам. В отличие от других, этот метод устраняет саму причину возникновения помех. Благодаря прямоугольной форме петли гистерезиса, помехоподавляющие магнитопроводы имеют очень большую индуктивность в момент перехода тока через нуль, что эффективно демпфирует любые быстрые изменения тока. После установления номинального тока магнитопровод насыщается, его индуктивность уменьшается и не оказывает влияния на работу устройства. Например, подобные изделия просто и эффективно уменьшают шумы, вызванные обратным током восстановления в полупроводниковых коммутационных элементах в момент выключения.

Одновитковые помехоподавляющие устройства (на основе цилиндрических магнитопроводов) конструктивно оптимизированы для использования с одновитковой обмоткой, которой обычно является вывод компонента. Их одевают на вывод элемента (транзистора, диода) перед монтажом на печатную плату (рис. 2).

Многовитковые помехоподавляющие устройства ("spike killers" или "убийцы выбросов") представляют собой небольшие магнитопроводы насыщения с обмоткой из нескольких витков.

Преимущество описываемых устройств, по сравнению с другими методами, заключается в более высокой эффективности (вследствие устранения причины помех - быстрых изменений тока), меньших потерях (суммарные потери ниже, чем в обычной RC-цепи, особенно на высокой частоте), экономии площади печатной платы (одеваются непосредственно на выводы полупроводников, не требуя дополнительного места на печатной плате). Этот класс магнитопроводов широко применяют в импульсных источниках питания, преобразователях постоянного напряжения в постоянное, узлах управления электродвигателями, переключательных полупроводниковых устройствах, в малогабаритных синфазных фильтрах. Кроме подавления шумов, помехоподавляющие дроссели используют для защиты полупроводников, поскольку устраняют потенциально опасные выбросы напряжения.

Принцип работы помехоподавляющего магнитопровода поясняет рис. 3.

Во время протекания постоянного прямого тока (область "I" на рис. 3,а) магнитопровод насыщен и его намагничивание остается почти постоянным (область "Г на рис. 3,б), поэтому дроссель имеет очень низкую индуктивность.

После выключения, когда прямой ток диода уменьшается, магнитопровод еще насыщен и индуктивность дросселя по-прежнему мала (область "II" на рис. 3).

Ток диода продолжает уменьшаться и меняет свое направление (область "III" на рис. 3,а). Период обратного восстановления диода характерен высоким значением di/dt, что и является основной причиной помех. В это время магнитопровод начинает перемагничиваться (область "III" на рис. 3,б), индуктивность дросселя быстро увеличивается, что приводит к уменьшению броска обратного тока диода.

Когда диод закроется, магнитопровод останется практически в размагниченном состоянии (область "IV" на рис. 3).

Как только приходит следующий импульс, диод снова включается, а магнитопровод, намагничиваясь, быстро входит в насыщение (область "V" на рис. 3) и описанный выше процесс повторяется.

На рис. 4 показаны примеры использования помехоподавляющих магнитопроводов (красным цветом выделены помехоподавляющие дроссели, желтым - накопительные дроссели на основе магнитопроводов МД из аморфного сплава с режимом подмагничивания постоянным током): а - импульсный стабилизатор; б - двухтактный преобразователь; в - обратноходовый преобразователь; г - узел управления электродвигателем; д - прямоходовый преобразователь; е - мостовой узел управления электродвигателем.

На рис. 5 показаны сравнительные осциллограммы, наглядно демонстрирующие преимущества помехоподавляющих устройств из аморфных металлических сплавов на примере прямоходового преобразователя: а, б - пульсации выходного напряжения, частота f=150 кГц, выходное напряжение Uвых=15 В, ток нагрузки IН=10 А: а - амплитуда пульсаций 67 мВ (RC-цепь и ферритовыи магнитопровод), б - амплитуда пульсаций 45 мВ (МП4-2-4.5АП); в, г - напряжение на входе выпрямителя (вверху - напряжение на аноде диода, внизу - ток через диод), f=500 кГц, Uвых=5 В, lH=20 А: в - без применения мер по демпфированию, г - МП4-2-4.5; д, е - напряжение на коммутирующем MOSFET транзисторе, частота 250 кГц: д - максимальное напряжение 715 В (ферритовыи магнитопровод 4-2-4), е - максимальное напряжение 690 В (МП4-2-4.5); ж, з - соответствующие д, е пульсации выходного напряжения преобразователя, f=250 кГц, Uвых=5 В, 1н=15 А: ж - амплитуда пульсаций 140 мВ (ферритовыи магнитопровод 4-2-4), з - амплитуда пульсаций 87 мВ (МП4-2-4.5).

(нажмите для увеличения)

В табл. 1 приведены общие рекомендации при выборе помехоподавляющих магнитопроводов, применяемых в импульсных источниках. После того, как группа определена, конкретный типономинал выбирают исходя из следующих соотношений.

Для эффективного подавления фронта обратного тока восстановления диода с помощью одновитковых устройств необходимо выполнение условия 2Фm≥(Ucxtrr), где 2Фm - максимальный (двойной размах) поток в магнитопроводе, Вб; Uc - обратное напряжение на диоде, В; trr - время обратного восстановления диода, с.

В качестве примера рассмотрим разрядный (коммутирующий) диод (рис. 4,д) прямоходового преобразователя с выходным напряжением 12 В. Время обратного восстановления диода - 35 не, скважность импульсов - 0,3 (30 %).

По табл. 1 выбираем цилиндрический помехоподавляющий магнитопровод. Затем вычисляем правую часть выражения:

2Фm≥((12/0,3)х35х10-9)=1,4 мкВб.

Из табл. 2 выбираем наименьший магнитопровод, удовлетворяющий этому условию - МПЗх2х4.5АП.

Для многовитковых устройств должно выполняться условие

(2ФmxAw)≥(1,5Ucxl0xtrr),

где 2Фm - максимальный магнитный поток в магнитопроводе, Вб; Аw - площадь окна (обмотки) по внутреннему диаметру корпуса магнитопровода, мм2; Uc - напряжение на элементе, В; l0 - ток элемента, А; trr - время обратного восстановления, с.

В качестве примера рассмотрим разрядный (коммутирующий) диод прямоходового преобразователя с выходным напряжением 24 В и током нагрузки 2 А. Время обратного восстановления диода - 60 не, скважность импульсов - 0,3 (30 %).

По табл. 1 выбираем многовитковый дроссель. Затем вычисляем правую часть выражения:

(2ФmxAw≥(1,5х(24/0,3)х2х60х10-9)= =14,4 мкВб·мм2 .

Из табл. 3 выбираем наименьший магнитопровод, удовлетворяющий этому условию - МН080704.5А.

Диаметр провода (в мм) и число витков обмотки для выбранного магнитопровода вычисляют по следующим соотношениям:

dnp≥(0,5√I0=0,7 мм;

N≥(3Ucxtrr/(2Фm))=(3x(24/0,3)x60x10-9 /(1,96х10-6))=7,35 витка.

Выбираем целое значение N=8 витков.

Окончательный оптимальный выбор помехоподавляющего дросселя производится при практическом тестировании реального устройства.

Ориентировочные рекомендации по применению цилиндрических помехоподавляющих магнитопроводов приведены в табл. 4 (для прямоходовых преобразователей) и в табл. 5 (для обратноходовых преобразователей).

Автор: Э.Фоченков, г.Боровичи Новгородской обл.

Смотрите другие статьи раздела Радиолюбителю-конструктору.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Ранняя Вселенная не была ледяной 28.11.2025

Понимание того, как формировались первые структуры во Вселенной, требует взгляда в эпохи, в которых не существовало ни звезд, ни галактик, ни привычных нам источников света. Научные группы по всему миру пытаются восстановить картину тех времен при помощи слабейших радиосигналов, оставшихся от водорода, который наполнял космос вскоре после Большого взрыва. Новые результаты, полученные на радиотелескопе Murchison Widefield Array в Австралии, неожиданным образом меняют представление об этих ранних этапах. Сразу после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиарда лет назад, пространство стремительно расширялось и остывало. Через несколько сотен тысяч лет образовался нейтральный водород, и началась так называемая эпоха тьмы, когда Вселенная была лишена источников излучения. Лишь значительно позже гравитация собрала газ в плотные области, где зародились первые звезды и ранние черные дыры, а их интенсивное излучение привело к реионизации водорода и окончательному появлению света. ...>>

Устройство идеальной очистки воздуха 28.11.2025

Качество воздуха в закрытых помещениях давно стало важнейшим фактором здоровья, особенно в городах, где люди проводят подавляющую часть времени внутри зданий. В последние годы исследователи уделяют все больше внимания именно тем технологиям, которые способны задерживать или разрушать вредоносные частицы до того, как они попадут в дыхательные пути человека. Одним из таких новаторских направлений стала разработка инженеров Университета Британской Колумбии в Оканагане, которые предложили принципиально иной подход к очистке воздуха в присутствии людей. По словам профессора Школы инженерии доктора Санни Ли, традиционные персонализированные вентиляционные системы действительно могут улучшать качество воздуха вокруг пользователя, однако их принцип работы имеет ряд ограничений. Человек вынужден находиться в строго определенной зоне, а одновременное использование одной системы несколькими людьми снижает эффективность. Кроме того, непрерывный поток сухого очищенного воздуха способен вызывать ...>>

Ощущение текстуры через экран гаджета 27.11.2025

Гаджеты научились передавать изображение и звук с впечатляющей реалистичностью, но тактильные ощущения по-прежнему остаются недоступными для полноценной цифровой симуляции. Именно поэтому инженеры и исследователи во всем мире стремятся создать технологии, которые позволят "почувствовать" виртуальный объект так же естественно, как и настоящий. Новая разработка специалистов Северо-Западного университета США стала одним из самых заметных шагов в этом направлении. Возглавлявшая исследование аспирантка Сильвия Тан (Sylvia Tan) подчеркивает, что прикосновение остается последним фундаментальным чувственным каналом, для которого пока нет зрелого цифрового аналога. По ее словам, если визуальные и звуковые интерфейсы давно обеспечивают высокую степень реалистичности, то осязание лишь начинает приближаться к этому уровню. В недавней публикации в журнале Science Advances Тан отмечает, что новая технология способна изменить само представление о взаимодействии человека с устройствами. Разработ ...>>

Случайная новость из Архива Зевание львов: рефлекс и его функции 11.07.2024 Зевота у львов и других животных является важным элементом их поведения, способствующим координации действий и повышению групповой бдительности. Известно, что зевота - это рефлекторный дыхательный акт, при котором мы совершаем глубокий вдох и быстрый выдох, широко открывая рот, часто сопровождаемый своеобразным звуком. Этот фиксированный паттерн действий характерен почти для всех позвоночных. Существуют различные гипотезы, объясняющие функции зевания: гипотеза сонливости (зевота при переходе между сном и бодрствованием), гипотеза возбуждения (зевота в условиях социального напряжения) и другие. Однако ученые до сих пор не до конца разобрались в этом, казалось бы, простом акте. Известно, что зевота часто заразительна: когда мы видим или слышим, как зевает другой человек или животное, мы сами начинаем зевать. Спонтанное зевание может свидетельствовать о физиологической функции: увеличивается приток крови к голове, мозг насыщается кислородом и охлаждается. Зевота также может помогать нам оставаться настороженными в моменты сонливости. В некоторых случаях "уязвимое" зевание может выражать сочувствие к окружающим, которые испытывают тревогу, стресс, усталость или скуку. Ранее зевоту изучали у шимпанзе, волков, домашних собак, овец и слонов. Теперь исследователи обратили внимание на диких львов из Южной Африки (Panthera leo). "Наши данные показали четкую картину: зевнув вместе, два льва будут вести себя синхронно," - отметила Элизабетта Паладжи, этолог из Пизанского университета (Италия). На протяжении почти полугода ученые наблюдали за 19 львами из двух прайдов, живущих в заповеднике Макалали в провинции Лимпопо. Результаты исследования показали, что вероятность ответного зевания была более чем в 139 раз выше, если лев видел, как это делает член его прайда, по сравнению с ситуацией, когда лев находился один. Непроизвольная зевота чаще всего наблюдалась, когда львы были расслаблены и только просыпались или, наоборот, отходили ко сну. Это подтверждает гипотезу о том, что зевота помогает охлаждать мозг и насыщать его кислородом, а также делает животных более внимательными. Кроме того, зевота у львов помогает координировать их действия. Наблюдения показали, что если один лев зевает, лежа рядом с другим, то второй лев тоже начинает зевать. Затем, если первый лев встанет и уйдет, второй лев последует за ним. Таким образом, новое исследование подтвердило, что "заразительность" зевоты необходима для повышения групповой бдительности у животных, живущих и охотящихся в группах. Это способствует коллективному сознанию и выявлению потенциальных угроз. Тем не менее, изучение зевоты не заканчивается на этом: исследователям пока не удалось выяснить, действительно ли зевота положительно влияет на успешность охоты. Также остается неизвестным, может ли ответная зевота у львов выполнять другие функции. Например, у приматов гелада существует три типа зевания, с помощью которых они подают разные сигналы друг другу - от доброжелательных до агрессивных. Недостаточно и доказательств того, что зевота у животных выражает сочувствие и эмоционально связывает их друг с другом. Дальнейшие исследования необходимы для полного понимания всех аспектов этого загадочного рефлекса.

Другие интересные новости:

▪ Люди с лишним весом оказались счастливее

▪ Новые микросхемы аналоговых переключателей серии DG

▪ Дозатор мыла, рассказывающий анекдоты

▪ Монитор разрешением 8K Dell UltraSharp UP3218K

▪ Сокровища озера Киву

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Моделирование. Подборка статей

▪ статья Это спор славян между собою. Крылатое выражение

▪ статья Кто изобрел телефон? Подробный ответ

▪ статья Менеджер по формированию турпродукта. Должностная инструкция

▪ статья Переключатель гирлянд на одном тринисторе. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Малогабаритный блок питания, 9 вольт 0,6 ампер. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025