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:

Власть является ключевым фактором счастья в отношениях 11.03.2026

Исследования семейных и романтических отношений показывают, что длительное счастье пары зависит не только от привычных факторов, таких как доверие, уважение и преданность, но и от более тонких психологических аспектов. Современные ученые ищут закономерности, которые отличают действительно счастливые пары от остальных, чтобы понять, какие механизмы поддерживают гармонию в отношениях. Группа исследователей из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге и Бамбергского университета провела опрос среди 181 пары, которые состояли в совместных отношениях более восьми лет и прожили вместе хотя бы месяц. Участники заполняли анкету, описывая различные аспекты своих отношений, включая распределение обязанностей, эмоциональную поддержку и степень вовлеченности в совместные решения. Анализ данных показал интересный паттерн: пары, где оба партнера ощущали высокий уровень личной власти, оказывались наиболее счастливыми и удовлетворенными. В данном контексте под властью понимается способност ...>>

Защищенная колонка-повербанк Anker Soundcore Boom Go 3i 11.03.2026

Компания Anker представила новую модель линейки Soundcore - колонку Soundcore Boom Go 3i, ориентированную на активное использование на улице. Новинка отличается высокой степенью защиты: корпус соответствует стандарту IP68, что обеспечивает водо- и пыленепроницаемость, а ударопрочный дизайн выдерживает падение с высоты до одного метра. За качество звука отвечает 15-ваттный драйвер, обеспечивающий пик громкости до 92 дБ, а технология BassUp 2.0 усиливает низкие частоты, делая звучание более насыщенным. Колонка обладает автономностью до 24 часов, а LED-индикатор позволяет контролировать уровень заряда батареи. Кроме того, Soundcore Boom Go 3i может выполнять функцию павербанка: согласно внутренним тестам, устройство способно зарядить iPhone 17 с нуля до 40% за один час, что делает его полезным аксессуаром в походах и поездках. Среди функциональных особенностей модели стоит выделить технологию Auracast, которая улучшает подключение и позволяет создавать стереопару из двух колонок ...>>

Раннее воздержание от алкоголя перестраивает мозг и иммунитет 10.03.2026

Алкогольная зависимость - хроническое расстройство с компульсивным употреблением спиртного, которое влияет не только на поведение, но и на функционирование мозга и иммунной системы. Недавние исследования показали, что даже на ранних этапах воздержания организм начинает перестраиваться, открывая новые возможности для терапии зависимости. Ученые сосредоточились на пациентах, находящихся в первые недели абстиненции, и зафиксировали значительные изменения в мозговой активности. С помощью функциональной магнитно-резонансной томографии они выявили перестройку сетей нейронных связей, отвечающих за контроль импульсов и принятие решений. Эти изменения могут быть ключевыми для восстановления самоконтроля и снижения риска рецидива. Одновременно с нейронной перестройкой исследователи наблюдали колебания иммунной системы. В крови повышался уровень цитокинов - сигнальных белков, регулирующих воспалительные процессы. Эти данные свидетельствуют о существовании нейроиммунного взаимодействия, при ...>>

Случайная новость из Архива Спальный мешок, который сохранит астронавтам зрение 17.12.2021 Исследователи из NASA разработали специальный спальный мешок, который поможет предотвратить ухудшение зрения в космосе. С подобной проблемой сталкиваются космонавты, которые находятся на МКС более полугода. Девайс помогает снять давление в мозгу - он создает вакуум и перекачивает жидкость из головы в ноги. Мешок поможет облегчить проблемы со зрением в космосе - на протяжении длительных миссий с этим сталкивается каждый астронавт. Виной всему - отсутствие гравитации. Во время сна жидкость в голове не уходит вниз из-за гравитации, а продолжает давить на глазное яблоко. Это снижает качество зрения астронавтов и деформирует заднюю стенку глаза. Как показало новое исследование, всего три дня лежания в горизонтальном положении меняют форму глазного яблока. Высокотехнологичные мешки могут стать возможным решением, которое спасет космонавтов. По данным NASA, более половины астронавтов на МКС страдают проблемами зрения. Ученые надеются, что спальный мешок поможет справиться с нейроокулярным синдромом во время космических полетов. Это состояние характеризуется отеком зрительного нерва и ухудшением зрения. Ухудшение зрения вызывает давление жидкости в организме на мозг. Подобной проблемы нет на Земле, потому что благодаря гравитации жидкость оттекает каждый раз, когда человек встает с постели. В космосе отсутствие гравитации препятствует этому ежедневному процессу разгрузки, поэтому жидкость давит на глазное яблоко.

Другие интересные новости:

▪ Микропроцессор Google Edge TPU для алгоритмов машинного обучения

▪ Мозг птиц реагирует на магнитные поля

▪ Серверные процессоры Xeon Scalable 5-го поколения

▪ Революция полимерных диодов приближается

▪ Наушники Sennheiser HD 490 PRO

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Видеотехника. Подборка статей

▪ статья В одну телегу впрячь не можно коня и трепетную лань.. Крылатое выражение

▪ статья Что поразило Уинстона Черчилля в московской гостинице? Подробный ответ

▪ статья Сквозь каплю воды. Детская научная лаборатория

▪ статья Способ подключения параллельного телефона. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Возможности видеомагнитофонов при записи высококачественного звука, обслуживание и ремонт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026