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:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Синдром рождественской елки 25.12.2024 Для многих людей украшение рождественской елки - это одна из самых приятных традиций праздников. Однако у некоторых после установки елки начинают проявляться симптомы, схожие с аллергией, что может омрачить праздник. Эти симптомы принято называть "синдромом рождественской елки", хотя это не является официальным медицинским диагнозом. На первый взгляд может показаться, что это обычная простуда или даже COVID-19, но на самом деле причина может крыться в том, что вместе с елкой в дом попадают аллергены, о которых многие не задумываются. Так, аллерголог Девон Престон и его коллеги из США выяснили, что при принесении елки в дом, мы также можем занести пыльцу, пыль, плесень, канифоль (смолу хвойных деревьев), пылевых клещей и даже помет насекомых. Эти вещества могут стать причиной аллергической реакции. Однако, не только сама елка может быть причиной плохого самочувствия. В число аллергенов, которые можно "приобрести" в процессе украшения, входят и элементы декора. Например, искусственный снег (флокинг), запахи от ароматических свечей, пестициды, используемые для обработки растений, а также сезонные цветы и растения могут вызывать раздражение у чувствительных людей. Симптомы синдрома рождественской елки могут включать заложенность носа, чихание, насморк, зуд и покраснение глаз, кашель, хрипы и першение в горле. В более тяжелых случаях возможны такие симптомы, как одышка, отек языка и учащенное сердцебиение. Если симптомы становятся интенсивными, следует незамедлительно обратиться за медицинской помощью. Как отмечает доктор Престон, если после установки елки у вас начинают проявляться симптомы, характерные для аллергии, такие как чихание, насморк или зуд, это может быть признаком того, что ваш праздничный декор становится источником раздражителей. Синдром рождественской елки может вызывать неприятные симптомы аллергии. Важно обращать внимание на возможные аллергены, скрывающиеся в елке и новогоднем декоре, чтобы избежать негативных последствий и наслаждаться праздниками.

Другие интересные новости:

▪ Ультратонкий диктофон Sony ICD-TX660

▪ Смартфон Micromax Canvas XP 4G

▪ Голосовые предпочтения женщин и мужчин

▪ Формат 4K скоро станет популярным

▪ Контроллер Silicon Motion SM2262 для SSD

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Устройства защитного отключения. Подборка статей

▪ статья Видеомонтаж. Язык склейки. Искусство видео

▪ статья Где и когда родилась авиация? Подробный ответ

▪ статья Рододендрон. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Солнечные коллекторы. Эффективность использования. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Загадки про змей, ящериц, улиток

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026