Elektroniczne Ukady i Systemy Zasilania Wykad 8 Politechnika

Elektroniczne Układy i Systemy Zasilania Wykład 8 Politechnika Śląska w Gliwicach Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki dr inż. Ryszard Siurek

Elementy filtrów obwodów wyjściowych Kondensatory elektrolityczne Schemat zastępczy rzeczywistego kondensatora UC C C Lc rc i. C(t) t ULC T i. C(t) ULC Ur. C UCC dla kondensatora 100 m. F/35 V przy DIc = 1, 25 A Ur. C C = 100 m. F DUc = 0, 1 V rc = 200 m. W DUrc = 0, 25 V Lc = 100 n. H DULC = 0, 0125 V UCC UC Zasadniczy wpływ na wielkość tętnień napięcia wyjściowego ma rezystancja szeregowa kondensatorów elektrolitycznych – stosujemy kondensatory specjalne o małym rs

Wpływ skutecznej wartości prądu na kondensatory filtrów wyjściowych zasilaczy impulsowych Przetwornica dwutaktowa załóżmy: - przepływ krytyczny ID Imax Przetwornica jednotaktowa - g = 0, 5 - I 0 = 5 A ID I 0 IC D UC t Imax = 4 I 0 = 20 A DULC t T IC DUCC+DULC DUC > 400 m. V Icsk= 8, 16 A załóżmy: r. C = 20 m. W DID < 20%I 0 = 1 A D UC DUC < 20 - 25 m. V Icsk= 0, 81 A T

Zasady doboru kondensatorów elektrolitycznych stosowanych w zasilaczach impulsowych pojemność [m. F] 2200 4700 6800 napięcie znamionowe [V] 25 50 80 1780 2120 2480 2770 3240 3670 4350 Dopuszczalne wartości skuteczne prądu [m. A] dla kondensatorów elektrolitycznych przy temperaturze 85 o. C lub 105 o. C i częstotliwości 120 Hz (taki prąd powoduje przyrost temperatury kondensatora < 8 deg) Kt 2 1 20 40 60 Kf 80 100 160 -450 V 1, 4 Icskmax=Kt. Kf. Isk [o. C] 63 -100 V 1, 2 1 120 1 k 10 k [Hz]

• • • dobieramy kondensatory z małą rezystancją szeregową (specjalne) ze względu na małe tętnienia napięcia wyjściowego dobieramy kondensator (lub kilka kondensatorów łączonych równolegle) tak, aby nie przekroczyć maksymalnego dopuszczalnego prądu skutecznego dobieramy kondensatory o możliwie maksymalnych gabarytach ze względu na możliwości odprowadzania ciepła (straty mocy czynnej na rezystancji szeregowej rs) minimalizujemy i symetryzujemy rezystancje szeregowe doprowadzeń elektrycznych do kondensatorów (ścieżki obwodu drukowanego, przewody, szyny metalowe itp. ) umieszczamy kondensatory z dala od elementów grzejących się (rezystory mocy, radiatory elementów półprzewodnikowych) D 1 Zw rd rd Uwy=U 0

Dławik filtru wyjściowego Wybór materiału magnetycznego – zależy od: 2. - częstotliwości pracy - dla dużych składowych zmiennych prądu (pola 3. magnetycznego) i częstotliwości powyżej 1 k. Hz stosowane są materiały 4. ferrytowe ze względu na małe straty mocy, dla niskich częstotliwości należy 5. stosować blachy żelazokrzemowe, które mają dużo większą indukcję nasycenia 6. Bs (można nawinąć mniej zwojów – mniejsze straty mocy w „miedzi”), najnowsze 7. opracowania technologiczne - rdzenie amorficzne i nanokrystaliczne stosowane 8. dla częstotliwości do 20 k. Hz łączą zalety rdzeni ferrytowych i żelaznych (duże Bs 9. oraz bardzo małe straty w rdzeniu) 10. - stosunku IDC/IAC - wymiary rdzenia, wielkość szczeliny, wielkość tzw. „okna” Procedura projektowania dławika 11. - własności mechanicznych – sposób mocowania, odporność na temperaturę, 12. wstrząsy, wibracjena itp. 1. Określamy żądaną indukcyjność podstawie wartości składowej zmiennej prądu 1. L Uwe IL C Io Ro U 0

2. Dobór średnicy przewodu nawojowego zakładamy zwykle gęstość prądu 2, 5 < J < 5 [A/mm 2] 3. Dobór wymiarów rdzenia i wielkości szczeliny w obwodzie magnetycznym B bez szczeliny ze szczeliną Bs DB B 0 Sw DH H 0(I 0) -B s H H 1(I 1)

Można skorzystać z wykresów Hahn’a AL. =800 AL. =250 ETD 34 AL. =6600 (1) AL. =400 EE 30 AL. =10000 0, 1 a) b) c) d) e) f) g) h) 1, 0 10 1000 NI [Azw] przyjąć wstępnie rdzeń (wymiar) przyjąć wielkość szczeliny (AL) określić maksymalną liczbę Ix. Z [Azw] sprawdzić, czy można dla tej liczby zwojów uzyskać żądaną wartość L jeżeli nie, to zwiększyć szczelinę (zmniejszyć AL) i wrócić do pkt. d) jeżeli tak, sprawdzić, czy uzwojenie zmieści się jeżeli nie, to zwiększyć rozmiar rdzenia i rozpocząć od pkt. a) jeżeli tak - koniec procedury - (1)

Dobór rdzenia na podstawie tzw. współczynnika „AP” (Area Product) charakteryzującego rdzeń o określonych wymiarach geometrycznych 10 m. H l 10 0 m H 10 Sw 1 m H 100 10 m. H AP [cm 4] Se Dla podanego przykładu można dobrać rdzeń ETD 34 – AP=1. 185 cm 4 , l = 34 mm 1 m H 1, 0 0, 2 1 2 5 10 20 50 100 Obliczenie liczby zwojów dławika I 0 [A] przyjmujemy DI = I 0+0, 1 I 0 oraz DB = Bmax (Tmax)

Obliczenie długości szczeliny powietrznej przenikalność magnetyczna powietrza (=1) przenikalność magnetyczna próżni (4 p 10 -7) Wykorzystanie metody empirycznej 1. 2. 3. przy obciążeniu maksymalnym zmniejszać szczelinę dławika obserwując przebieg Nawinąć na korpusie liczbę zwojów z. L > z. Lmin przewodem o maksymalnej grubości obserwować kształt prądu w dławiku (kształt tętnień napięcia wyjściowego) dobrać szczelinę, przy której tętnienia są najmniejsze i nie występują objawy nasycenia rdzenia IL (Ur. C) szczelina optymalna IL (Ur. C)

Straty mocy w elementach magnetycznych Straty czynne związane z rezystancja uzwojeń I Imin - tzw. „straty w miedzi” I Imax t t T T 5 k H z 10 k. H z 20 k. H z 100 60 k. H z 10 0 k H z Straty w rdzeniu magnetycznym (prądy wirowe, przemagnesowanie) Prdz [m. W/cm 3] 10 DB [m. T] 100 200 300

Przyrost temperatury dławika lub transformatora określenie przyrostu temperatury jest istotne ze względu na: - temperaturę Curie (nieodwracalna możliwość utraty własności magnetycznych) - dopuszczalną temperaturę materiałów izolacyjnych (normy bezpieczeństwa) - dopuszczalny przyrost temperatury wewnątrz urządzenia Korzystamy ze wzorów przybliżonych (empirycznych): SC - powierzchnia całkowita transformatora [cm 2] Problem rozproszenia magnetycznego związanego ze szczeliną w dławiku (transformatorze) opaska miedziana • szczelinę należy wykonywać tylko w kolumnie środkowej • opaska magnetyczna zmniejsza pole rozproszenia (zakłóceń) ale zwiększa straty • opaska nie może stanowić zwartego zwoju!