Москатов Е.А. Источники питания (2011) (1096749), страница 21
Текст из файла (страница 21)
На частотах от 200 кГц до 10 МГц и даже выше импульсные трансформаторы и дроссели рационально выполнять в виде планарных компонентов. Планарный трансформатор представляет собой печатную плату или ее участок, в который впрессован или иным образом вмонтирован ферритовый магнитопровод с вытравленными вокруг него концентрическими дорожками из медной фольги, выполняющими функции обмоток. Магнитопровод может быть, например, Ш-образным.
В этом случае половинки магнитопровода пропускают в пазы на плате и за- 74 Компоненты источников питании крепляют кронштейном из диэлектрического материала. Поскольку частота высокая, длина дорожек может составлять, например, от одного до двадцати сантиметров. Если длин дорожек на поверхности печатной платы не достаточно для обеспечения требуемых индуктивностей, применяют многослойные печатные платы, причем планарные обмотки могут быть размещены в каждом их слое. Поскольку обмотки выполняют одна над другой, величина магнитной связи может быть большой [54, с. 27].
Если каждую фольговую обмотку, проложенную одна над другой, сдвинуть в противоположные стороны на расстояние, суммарно равное их ширине, то этим можно снизить емкость такой обмотки. Поскольку толщина фольги дорожек мала, потери на скин-эффект в обмотках тоже малы, и в планарном трансформаторе потери на скин-эффект обычно меньше этих потерь в трансформаторе с обмотками из провода эквивалентного сечения круглой или квадратной формы [54, с. 27).
Преимущества планарных трансформаторов: ° малая масса и габариты; ° малые потери на скин-эффект и эффект близости; ° низкий профиль компонента; ° высокое напряжение пробоя, исчисляемое сотнями вольт; ° высокая удельная мощность и повторяемость параметров от экземпляра к экземпляру. Обмотки планарных трансформаторов удобно чередовать между собой с целью снижения потерь в них. Ввиду обладания высокой повторяемостью основных и паразитных параметров, планарные трансформаторы целесообразно использовать в колебательных контурах квазирезонансных и резонансных источников питания [56, с. 77).
2.6.8. Пьезоэлектрические трансформаторы Среди недостатков рассмотренных ранее трансформаторов можно выделить нетехнологичность и сложность реализации при высоких напряжениях, прикладываемых к обмоткам и снимаемых с обмоток. Использование пьезоэлектрических трансформаторов позволяет устранить эти недостатки. Пьезоэлектрический трансформатор представляет собой квадратный или прямоугольный брусок, цилиндрический стержень или керамический материал другой формы, обладающий прямым и обратным пьезоэффектом, в который вояокены пленочные электроды, выполняемые обычно из серебра [56, с.
81). Емкость входных электродов обычно составляет несколько нанофарад, в то время как емкость выходных электродов достигает обычно лишь несколько пикофарад. Таким образом, пьезоэлектрический трансформатор не содержит обмоток и не имеет магнитопровода. Для того чтобы снять с выходов такого трансформатора несколько напряжений, на заготовку необходимо нанести соответствующее число пар электродов. Для достижения пьезоэффекта материал должен быть поляризован. Различают поперечно-поперечную, продольно-продольную и поперечно-продольную поляризации [56, с.
82]. Корпуса пьезоэлектрических трансформаторов, в случае небольшого тепловыделения в них, выполняют из органического стекла или иной пластмассы. Конструкция пьезоэлектрического трансформатора с продольно-поперечной поляризацией и с прямоугольной формой пластинки была запатентована американцем Розеном в далеком 1956 году. Если приложить к одной паре электродов пере- зд. трансформаторы 75 менное напряжение, то пластинка, чаще всего изготовляемая из титаната бария, изогнется и вызовет механическое колебание, которое распространится вдоль нее !48, с. 237].
Данная деформация пластинки на другой паре электродов из механического колебания будет преобразована в электрическое напряжение. Если форма пластинки прямоугольная, то на широких ее гранях возникнет низкое напряжение, а на узком торце пластинки — высокое напряжение.
К важнейшим достоинствам пьезоэлектрических трансформаторов следует отнести многократно меньшие габариты при высоком напряжении порядка 10 кВ по сравнению с трансформаторами, имеющими обмотки, а также меньшие потери на частотах в несколько мегагерц ввиду отсутствия потерь на эффект близости, скин- эффект и пр. Кроме того, пьезоэлектрические трансформаторы обладают высоким напряжением гальванической развязки и нечувствительны к наводкам. Мощность пьезоэлектрических трансформаторов обычно невелика и составляет от долей до нескольких десятков ватт.
Частота приложенного к пьезоэлектрическому трансформатору напряжения — такая же, как и частота снимаемого с него напряжения. Обычно частота напряжения составляет от 30 кГц до 1О МГц [54, с. 26]. Коэффициент трансформации зависит от соотношения размеров широкой и узкой сторон для случая пластины прямоугольной формы и может составлять от нескольких сотен до нескольких тысяч.
КПД пьезоэлектрического трансформатора может в редких случаях достигать 96'/о. Время наработки на отказ обычно составляет примерно 15 000 часов. Пьезоэлектрические трансформаторы применяют в медицинской, измерительной и телевизионной аппаратуре, в приборах ночного видения, в маломощных озонаторах, системах подсветки мониторов и других устройствах, в которых при минимальных габаритах требуется получить высокое напряжение. Благодаря тому, что масса пьезоэлектрических трансформаторов мала и не превышает десятков грамм, а габариты трансформатора при мощности нагрузки в 30 Вт не превышают примерно 32н32н3 мм при удельной мощности около одного ватга на грамм, их используют в летательных аппаратах !! 07]. При монтаже пьезоэлектрические трансформаторы закрепляют мягкими пенопластовыми или резиновыми прокладками.
Материал прокладок обязательно должен быть таким, чтобы механические колебания не сильно затухали из-за потерь в арматуре крепления. Если в цепь с постоянной составляющей напряжения необходимо установить пьезоэлектрический трансформатор, то его следует подключать в строгом соответствии с полярностью электродов, поскольку иначе он может быть разрушен или необратимо потеряет свои свойства.
Промышленность выпускает различные марки пьезоэлектрических трансформаторов, среди которых, например, можно отметить компоненты производства витебского завода радиодеталей "Монолит" марок ТП-РМ 200402, ТП-РМ 2005015 и ТП-РМ 350502 с габаритными размерами 20н4н2 мм, 20н5н15 мм и 35н5н2 мм соответственно. 2.5.9. Параметрические трансформаторы Параметрический трансформатор — это статическое многофункциональное устройство, преобразовывающее энергию, благодаря параметрической связи из первичной обмотки во вторичную обмотку !84, с.
36]. Рассмотрим простейший параметрический трансформатор. Возьмем две половинки 13-образного магнитопровода и соединим их вместе так, чтобы торцы соприкасались друг с другом не по широким, как обычно, а по узким сторонам. Таким об- 7б Компоненты источников питания разом, одна 13-образная половинка повернута относительно другой на 90' 184, с. 18). На обоих половиках магнитопровода разместим по обмотке, одна из которых будет первичной, а другая — вторичной. Если к первичной обмотке параметрического трансформатора приложить переменное напряжение, то магнитный поток, проходящий через обе половинки магнитопровода, вызовет появление ЭДС во вторичной обмотке 184, с.
40]. Величина напряжения на вторичной обмотке зависит от величинь< магнитного потока и становится тем больше, чем интенсивнее поток. Теперь представим не просто две одинаковь<е 13-образнь<е половинки магнитопровода, а импульсный трансформатор, степень насыщения магнитопровода которого необходимо узнать. Материал магнитопровода датчика должен быть близок к материалу магнитопровода трансформатора.
На магнитопровод трансформатора прикрепим 13-образный магнитопровод с вторичной обмоткой. При этом зазор, если он имеется, не должен быть закрыт. Чем больше будет величина потока в магнитопроводе трансформатора, и чем ближе он будет к насыщению, тем большая часть потока отклонится в магнитопровод датчика, и тем большее напряжение будет на его вторичной обмотке. С вторичной обмотки параметрического трансформатора можно снять сигнал для аварийного отключения источника питания и подать его, например, на вход запрета импульсов контроллера задающего генератора илн на регулирующее устройство. Таким образом, параметрический трансформатор можно использовать для защиты компонентов источника питания от перегрузок по току и короткого замыкания. Кроме того, параметрические трансформаторы иногда используют в высоковольтных установках (например, в разрядных реакторах озонаторов) для стабилизации напряжения, заменяя транзисторы или тиристоры, причем сотрудники компании "Яо<ту" еще в 1980 году предложили использовать параметрические трансформаторы для стабилизации напряжений [132, с.
14). Примеры расчетов различных параметрических трансформаторов даны в книге 184). К достоинствам параметрических трансформаторов относят высокую надежность, низкую стоимость, малую массу н габариты. К недостаткам можно отнести необходимость затрат меди для обмоток. 2.6.10.
Управляемые потоком феррорезонансные трансформаторы Употранс. т.е. управляемый потоком феррорезонансный трансформатор — это моточный компонент, в котором во время функционирования возбуждаются колебания, и скоростью изменения потока в магнитопроводе и степенью подмагничнвания сердечника которого можно управлять. Последовательно с питающей сетью переменного тока включают неполярный конденсатор и первичную обмотку употранса. К вторичной обмотке употранса подключают выпрямитель и сглаживающий фильтр.
Обмотку управления соединяют с линейным нли импульсным регулирующим устройством. Выпрямленное постоянное напряжение с выхода сглаживающего фильтра подают на регулирующее устройство, которое управляет потоком в магнитопроводе путем изменения величины подмагничнвания ферромагнетика. Таким образом, простыми и дешевыми средствами осуществляют стабилизацию постоянного выходного напряжения без непользования мощных тиристоров, транзисторов или других дорогих силовых компонентов, что является важнейшим достоинством употрансов. Магнитопровод употранса — точно такой же, как у обычного трансформатора, работающего на той же частоте. Если частота питающей сети — промышленная (50 з.а.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
