Москатов Е.А. Источники питания (2011) (1096749), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Другое важнейшее достоинство оптических источников питания заключается в исключительно высокой частоте преобразования, многократно превышающей частоту преобразования напряжения любого импульсного источника питания, благодаря чему от оптического источника питания можно питать самую чувствительную аппаратуру, работающую на более низких частотах. Отметим, что частота для видимого света составляет примерно ! 0" Гц.
Преобразование может быть осуществлено не обязательно в области оптического диапазона, видимой человеческим глазом. Для инфракрасного излучения частота преобразования превышает ! ТГц (терагерц), а при использовании преобразователя ультрафиолетового излучения частота лежит выше ! ПГц(петагерц). К недостаткам оптических источников питания относят малую выходную мощность, ограниченную возможностями приемника и преобразователя излучений, в отдельных случаях достигающую нескольких ватт, а также низкий КПД, обычно не превышающий !%.
Оптические источники питания обычно используют в высоковольтных измерительных устройствах и в аппаратуре для физических экспериментов. Источники питания никакого другого типа не способны отвечать специфичным требованиям, которым удовлетворяют оптические источники питания. В некоторых прикладных областях они незаменимы. ГЛАВА Проектирование источников питания 8.1. Предостережение по использованию симуляторов С целью многократного ускорения вычислительных операций, уменьшения трудозатрат на макетирование устройств и экономических потерь на сгоревшие в результате макетирования компоненты многие разработчики пользуются симуляторами электрических цепей, такими как М1сгосар, Яч4!слег СА0 и др.
Такой подход к проектированию аппаратуры обладает рядом важнейших достоинств, а симуляторы являются ценными помощниками, однако для анализа некоторых цепей симуляторы не годятся. В настоящее время очень большой популярностью у разработчиков радиоустройств пользуется разработанный в конце 1970-х годов алгоритм эР!СЕ, аббревиатура которого означает "Япш1а!1оп Ргоягаш ц4!и 1п!еягасед С1гсш! Ешр!заз1з" !47, с. 331. Он хорош для анализа низкочастотных цепей любой мощности и практически любой сложности и среднечастотных цепей малой мощности, однако данный алгоритм не учитывает температуры нагрева, геометрию токоведущих шин и компонентов, потери на скин-эффект, краевой эффект, эффект близости, глубину проникновения тока в толщу проводника, потери на гистерезис в магнитопроводах индуктивных компонентов, потери на токи Фуко, на вихревые токи в проводах обмоток и многое другое.
По этой причине для анализа высокочастотных цепей, да к тому же если анализируемое силовое устройство работает в импульсном режиме, алгоритм БР!СЕ совершенно неприемлем. Например, с помощью ЗР!СЕ даже не стоит пытаться проанализировать силовой каскад импульсного источника питания с частотой преобразования 5 МГц, поскольку результаты в общем случае совершенно не будут соответствовать истинным.
Участились случаи, когда разработчики пытаются проанализировать такие цепи в указанном симуляторе, получают ложные результаты расчета, и после изготовления оказывается, что устройство неработоспособно, а дорогостоящие компоненты в момент включения вышли из строя. Тогда разработчик садится вновь за тот же симулятор и ищет свою ошибку в исходных данных, не задумываясь, что использует симулятор не по назначению. При использовании любого симулятора следует представлять его возможности и учитывать требования к точности анализа.
Так, например, крупные фирмы-изготовители ферритовых изделий разработали и выложили в свободное пользование специализированные программы, учитывающие эффекты, наиболее остро проявляющиеся на высокой частоте. Такие программы позволяют с многократно более высокой точностью, чем универсальные симуляторы, рассчитывать каскады с индуктивными компонентами. Недостатком таких программ является возможность выбора в исходных данных только ферромагнитных изделий, выпускаемых фирмой-производителем программного обеспечения.
Для расчета любого индуктивного компонента или каскада с этим компонентом, необходимо знать магнитную проницаемость, индукцию, удельные потери, а также габаритные размеры магнитопровода. Удельные потери в материале магни- В.2. Измерение некоторых параметров магнитопроводов 173 топровода можно найти в справочнике, габаритные размеры можно измерить линейкой или тоже найти в справочнике. Трудность может возникнуть только с магнитной проницаемостью и индукцией насыщения, поскольку эти параметры почти всегда наиболее сильно отличаются от справочных сведений.
Ввиду этого можно рекомендовать задавать данные параметры, используя существенный запас относительно справочных данных, если это позволяет точность расчета, или измерять их. В том случае, если магнитопровод трансформатора выполнен из отечественного феррита, и он должен функционировать на частотах 30..! 00 кГц при протекании через обмотки трансформатора импульсных токов, можно рекомендовать задаться величиной индукции не более 0,625 от величины индукции насыщения.
Для импортных ферритов можно ограничиться меньшим запасом. 8.2. Измерение некоторых параметров магнитопроводов 8.2.1. Нахождение магнитной проницаемости Экспериментально найти магнитную проницаемость тороидального магнитопровода можно следующим образом. На образец ферромагнетика равномерно по всей длине наматывают пробную обмотку, состоющую из ряда витков провода, число витков которого обозначим буквой %. Чтобы точность определения магнитной проницаемости была высокой, число витков должно быть ориентировочно не менее 40.
На следующем этапе измеряют индуктивность пробной обмотки и рассчить<вают магнитную проницаемость по следующей формуле: 2500. Ь (Асоге+ Всоге) в<в % Ссоге (Асоге — Всоге) где Ь вЂ” измеренная индуктивность катушки, мкГн; % — число витков; Асоге — внешний диаметр магнитопровода, мм; Всоге — внутренний диаметр кольцевого магнитопровода, мм; Ссоге — высота магнитопровода, мм. Выводы обмотки и соединительные провода, ведущие к измерительному прибору, обладают индуктивностями, что необходимо учесть при измерении.
Паразитную индуктивность следует найти и вычесть из общей измеренной индуктивности катушки. Для минимизации паразитной индуктивности вь<водов их длина должна быть минимальна, желательно не более нескольких миллиметров. 8.2.2. Измерение индукции насыщения и напряженности поля магнитопровода Наиболее просто измерить индукцию насыщения образца магнитопровода с помощью специализированного прибора: тесламетра.
Промышленность выпускает тесламетры, принцип действия которых основан на использовании ядерного магнитного резонанса, баллистического гальванометра, преобразователя Холла и пр. Однако тесламетры — это довольно дорогие измерительные приборы, и к тому же — весьма дефицитные. Не все разработчики могут себе позволить специальное оборудование и часто используют известный способ измерения, для которого не требуется тесламетр. Рассмотрим его.
174 Проектирование источников питания Измерить индукцию насыщения и напряженность поля магнитопровода можно с помощью электронно-лучевого осциллографа, причем измерение может быть выполнено с погрешностью, не превышающей нескольких процентов. Принципиальная схема стенда изображена на рис. 8.1.
1перв 1х2 Рис. В.т. Схема измерительной установки Резистор К! обычно выбирают сопротивлением 0,1..1 Ом !44, с. 441. Для того чтобы его наличие существенно не влияло на измеряемые параметры петли гистерезиса, этот резистор следует использовать с как можно меньшим сопротивлением. Однако, чем меньше сопротивление резистора К!, тем меньшее падение напряжение на нем, а, значит, для измерений может потребоваться высокочувствительный осциллограф. Спаянные выводы резистора К1, первичной обмотки трансформатора ТЧ1 и провода к пластине горизонтального отклонения луча могут быть заземлены и электрически объединены с цепью, соединяющей выводы вторичной обмотки трансформатора ТЧ1, конденсатора С1 и провода к пластине вертикального отклонения луча.
Трансформатор ТЧ! — это образец с искомыми магнитными параметрами. Переменное напряжение на его первичной обмотке пропорционально напряженности магнитного поля: и = К! Н Ь/11Ч1, где К! — сопротивление резистора К1; Н вЂ” мгновенная напряженность поля магнитопровода, Аlм; 8о — протяженность тороидального магнитопровода вдоль осевой линии, м; %1 — число витков в первичной обмотке. Ток первичной обмотки трансформатора, протекая через резистор К1, создает на нем падение напряжения, которое пропорционально напряженности магнитного поля в образце. Это падение напряжения подводят к пластинам осциллографа, отклоняющим луч в горизонтальной плоскости. Во вторичной обмотке трансформатора возникает ЭДС величиной Е = — дФ тЧ2/ й.
Для того чтобы сигнал на пластинах осциллографа, отклоняющих луч в вертикальной плоскости, был пропорционален магнитной индукции Ф/Я, напряжение, снимаемое с вторичной обмотки трансформатора, следует проинтегрировать. Интегрирование может быть выполнено КС- цепью, как изображено на рис. 8.1, или с помощью операционного усилителя, включенного как интегратор. Чтобы паразитные сопротивления не вносили существенной погрешности, сопротивление резистора К2 должно быть принято весьма высоким и превышать на порядки реактивное сопротивление конденсатора С!.
Напряжение на выводах конденсатора С 1, пропорциональное магнитной индукции в сердечнике, можно найти по формуле: 8.3. Способы окна»пения компонентов типовых источников питания 175 и,= — ' !" 1В= — ~" — !1=- ' В(11 1 3 'т1/2 к 1 пЕ Б %2 С! К2 С! К2 К2 С1 Перед проведением измерений следует отградуировать каналы осциллографа. От генератора на вертикально и горизонтально отклоняющие пластины подают среднеквадратнческне напряжения 1>у и 1/» известных величин и вычисляют масштабные коэффициенты. Коэффициент масштабирования птх, выраженный в В/см, для горизонтально отклоняющих пластин вычисляют согласно выражению: 2 13х.~Г2 птх = Ех где 1х — расстояние смещения луча по абсциссе, см.
Аналогичным образом, можно найти коэффициент масштабирования пту в В/см для вертикально отклоняющих пластин по формуле: 2 13у.п/2 тпу = ~у где 1у — расстояние, на которое смещается луч вдоль ординаты, см. Достоинство такого способа измерения заключается в возможности визуального контроля петли гистерезиса. Образец может быть исследован на высокой частоте, если это позволит полоса пропускания примененного осциллографа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
