Застосування малогабаритних завадодавних магнітопроводів з аморфних металевих сплавів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Радіоаматор-конструктор

 Коментарі до статті

Третина століття тому експерименти з швидкого охолодження металевих розплавів, які проводилися з метою отримання субмікроскопічної структури металу, показали, що в деяких випадках кристалічні грати в металі взагалі відсутні, а розташування атомів характерне для безструктурного, аморфного тіла. Виявилося, що в аморфного металу зовсім інші властивості, не подібні до кристалічного металу. Він стає в кілька разів міцнішим, підвищується його стійкість до корозії, змінюються електромагнітні характеристики і навіть одна з найстійкіших констант - модуль пружності. Аморфні сплави отримали назву металевого скла. Інтерес до них стрімко зростає. Насамперед, дослідників зацікавили феромагнітні властивості сплавів на основі заліза, нікелю та кобальту, які виявилися вищими, ніж у пермалоїв, причому ці властивості більш стабільні. Сьогодні ми розповімо про деякі сфери застосування магнітопроводів, виконаних з аморфних металевих сплавів.

Магнітопроводи з аморфних металевих сплавів навивають із тонких (в середньому 25 мкм) стрічок (рис. 1). Підбираючи матеріал та режим термообробки, можна отримати унікальні властивості, оптимальні для конкретного застосування виробів.

На наведеному фрагменті функціональної схеми перетворювача показано чотири типи магнітопроводів (див. рекламу фірми "Мстатор" на с. 33):

1 – для коректорів коефіцієнта потужності. Завдяки великій індукції насичення (1,45 Тл), малим втратам та можливості роботи при підвищеній температурі, застосування подібних магнітопроводів дозволяє зменшити габарити та масу пристрою;

2 – тороїдальні з режимом насичення для магнітних підсилювачів (магнітних ключів). Ці магнітопроводи мають унікальні властивості: високий коефіцієнт прямокутності петлі гістерези (0,96...0,98), малі втрати та невелика коерцитивна сила на високій частоті. Типове застосування магнітних ключів - багатоканальні джерела живлення, у яких зворотний зв'язок на ШІМ-регулятор надходить з одного з виходів, а стабілізація напруги в інших каналах забезпечується застосуванням магнітних ключів. Така побудова джерел живлення усуває залежність напруги в одному з каналів від ступеня навантаженості інших, підвищує стабільність і зменшує пульсації вихідної напруги, дозволяє легко реалізувати зовнішнє окреме управління, роздільний захист каналів по струму з різними порогами. Подібні магнітопроводи застосовують і для стабілізації вихідного струму, наприклад, зарядних пристроях. Крім того, ці вироби дозволяють підвищити ККД та надійність пристрою;

3 - завадодавні. Їх часто використовують із одновитковою обмоткою: просто одягають на виведення елемента – діода, транзистора. Такі магнітопроводи забезпечують ефективне придушення радіоперешкод та зниження високочастотних пульсацій вихідної напруги;

4 - малогабаритні тороїдні для силових дроселів (індукторів). Ці магнітопроводи характеризуються великим рівнем підмагнічування постійним струмом за збереження високої проникності. Вони мають високу індукцію насичення (1,45 Тл) та малі втрати, дозволяють зменшити габарити пристрою та забезпечують роботу при вищому рівні підмагнічування постійним струмом, ніж при використанні магнітопроводів із традиційних матеріалів.

Крім того, магнітопроводи з аморфних металевих сплавів застосовують у синфазних фільтрах імпульсних джерел живлення. Тут використовуються матеріали з вузькою петлею гістерези, високою початковою магнітною проникністю (до 150000), малими втратами на високій частоті. Для отримання необхідної індуктивності потрібно невелике число витків, що, крім зменшення габаритів, забезпечує малу паразитну ємність обмотки та високий коефіцієнт придушення синфазної перешкоди.

Далі зупинимося більш детально на застосуванні мініатюрних завадодавних магнітопроводів.

Ці вироби перешкоджають швидким змінам електричного струму, які в іншому випадку можуть призвести до електричних шумів та перешкод. На відміну від інших, цей метод усуває причину виникнення перешкод. Завдяки прямокутній формі петлі гістерезису, перешкододавлюючі магнітопроводи мають дуже велику індуктивність у момент переходу струму через нуль, що ефективно демпфує будь-які швидкі зміни струму. Після встановлення номінального струму магнітопровід насичується, його індуктивність зменшується і впливає працювати пристрою. Наприклад, подібні вироби просто і ефективно зменшують шуми, викликані зворотним струмом відновлення в комутаційних напівпровідникових елементах в момент вимкнення.

Одновиткові перешкододавляючі пристрої (на основі циліндричних магнітопроводів) конструктивно оптимізовані для використання з одновитковою обмоткою, якою зазвичай є виведення компонента. Їх надягають на виведення елемента (транзистора, діода) перед монтажем на друковану плату (рис. 2).

Багатовиткові перешкододавляючі пристрої ("spike killers" або "вбивці викидів") являють собою невеликі магнітопроводи насичення з обмоткою з декількох витків.

Перевага пристроїв, що описуються, в порівнянні з іншими методами, полягає в більш високій ефективності (внаслідок усунення причини перешкод - швидких змін струму), менших втрат (сумарні втрати нижче, ніж у звичайній RC-ланцюзі, особливо на високій частоті), економії площі друкованої плати (Вдягаються безпосередньо на висновки напівпровідників, не вимагаючи додаткового місця на друкованій платі). Цей клас магнітопроводів широко застосовують в імпульсних джерелах живлення, перетворювачах постійної напруги в постійне, вузлах управління електродвигунами, перемикальних напівпровідникових пристроях, малогабаритних синфазних фільтрах. Крім придушення шумів, перешкоди дроселі використовують для захисту напівпровідників, оскільки усувають потенційно небезпечні викиди напруги.

Принцип роботи перешкододавлюючого магнітопроводу пояснює рис. 3.

Під час протікання постійного прямого струму (область "І" на рис. 3, а) магнітопровід насичений і його намагнічування залишається майже постійним (область "Г на рис. 3, б), тому дросель має дуже низьку індуктивність.

Після вимкнення, коли прямий струм діода зменшується, магнітопровід ще насичений і індуктивність дроселя, як і раніше, мала (область "II" на рис. 3).

Струм діода продовжує зменшуватися і змінює свій напрямок (область "III" на рис. 3, а). Період зворотного відновлення діода характерний високим значенням di/dt, що є основною причиною перешкод. У цей час магнітопровід починає перемагнічуватись (область "III" на рис. 3,б), індуктивність дроселя швидко збільшується, що призводить до зменшення кидка зворотного струму діода.

Коли діод закриється, магнітопровід залишиться практично в розмагніченому стані (область "IV" на рис. 3).

Як тільки приходить наступний імпульс, діод знову вмикається, а магнітопровід, намагнічуючись, швидко входить у насичення (область "V" на рис. 3) і описаний вище процес повторюється.

На рис. 4 показані приклади використання помехоподавлюючих магнітопроводів (червоним кольором виділені помехоподавляючі дроселі, жовтим - накопичувальні дроселі на основі магнітопроводів МД з аморфного сплаву з режимом підмагнічування постійним струмом): а - імпульсний стабілізатор; б - двотактний перетворювач; в - зворотноходовий перетворювач; г - вузол керування електродвигуном; д - прямоходовий перетворювач; е - мостовий вузол керування електродвигуном.

На рис. 5 показані порівняльні осцилограми, що наочно демонструють переваги помехоподавляющих пристроїв з аморфних металевих сплавів на прикладі прямоходового перетворювача: а, б - пульсації вихідної напруги, частота f=150 кГц, вихідна напруга Uвих=15 В, струм навантаження IН=10 пульсацій 67 мВ (RC-ланцюг та феритовий магнітопровід), б - амплітуда пульсацій 45 мВ (МП4-2-4.5АП); в, г - напруга на вході випрямляча (вгорі - напруга на аноді діода, внизу - струм через діод), f = 500 кГц, Uвых = 5 В, lH = 20 А: - без застосування заходів з демпфування, г - МП4- 2-4.5; д, е - напруга на комутуючому MOSFET транзисторі, частота 250 кГц: д - максимальна напруга 715 В (феритовий магнітопровід 4-2-4), е - максимальна напруга 690 В (МП4-2-4.5); ж, з - відповідні д, е пульсації вихідної напруги перетворювача, f = 250 кГц, Uвых = 5 В, 1н = 15 А: ж - амплітуда пульсацій 140 мВ (феритовий магнітопровід 4-2-4), з - амплітуда пульсацій 87 мВ (МП4-2-4.5).

(Натисніть для збільшення)

У табл. 1 наведено загальні рекомендації при виборі перешкододавлюючих магнітопроводів, що застосовуються в імпульсних джерелах. Після того, як група визначена, конкретний типономінал вибирають, виходячи з наступних співвідношень.

Для ефективного придушення фронту зворотного струму відновлення діода за допомогою одновиткових пристроїв необхідно виконання умови 2Фm≥(Ucxtrr), де 2Фm - максимальний (подвійний розмах) потік у магнітопроводі, Вб; Uc – зворотна напруга на діоді, В; trr – час зворотного відновлення діода, с.

Як приклад розглянемо розрядний (комутуючий) діод (рис. 4,д) прямоходового перетворювача з вихідною напругою 12 В. Час зворотного відновлення діода - 35 не, шпаруватість імпульсів - 0,3 (30 %).

За табл. 1 вибираємо циліндричний завадодавний магнітопровід. Потім обчислюємо праву частину виразу:

2Фm≥((12/0,3)х35х10-9)=1,4 мкВб.

З табл. 2 вибираємо найменший магнітопровід, що задовольняє цій умові - МПЗх2х4.5АП.

Для багатовиткових пристроїв має виконуватися умова

(2ФmxAw)≥(1,5Ucxl0xtrr),

де 2Фm - максимальний магнітний потік у магнітопроводі, Вб; Аw - площа вікна (обмотки) за внутрішнім діаметром корпусу магнітопроводу, мм2; Uc – напруга на елементі, В; l0 - Струм елемента, А; trr – час зворотного відновлення, с.

Як приклад розглянемо розрядний (комутуючий) діод прямоходового перетворювача з вихідною напругою 24 В і струмом навантаження 2 А. Час зворотного відновлення діода - 60 не, шпаруватість імпульсів - 0,3 (30%).

За табл. 1 вибираємо багатовітковий дросель. Потім обчислюємо праву частину виразу:

(2ФmxAw≥(1,5х(24/0,3)х2х60х10-9)= =14,4 мкВб·мм2 .

З табл. 3 вибираємо найменший магнітопровід, що задовольняє цій умові - МН080704.5А.

Діаметр дроту (в мм) та число витків обмотки для обраного магнітопроводу обчислюють за такими співвідношеннями:

dnp≥(0,5√I0 = 0,7 мм;

N≥(3Ucxtrr/(2Фm))=(3x(24/0,3)x60x10-9 /(1,96х10-6))=7,35 витка.

Вибираємо ціле значення N = 8 витків.

Остаточний оптимальний вибір перешкододавлюючого дроселя проводиться при практичному тестуванні реального пристрою.

Орієнтовні рекомендації щодо застосування циліндричних завадодавних магнітопроводів наведені в табл. 4 (для прямоходових перетворювачів) та в табл. 5 (для зворотноходових перетворювачів).

Автор: Е.Фоченков, м.Боровичі Новгородської обл.

Дивіться інші статті розділу Радіоаматор-конструктор.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Синаптичний транзистор, що імітує людський мозок 29.12.2023 Міжнародна група вчених із провідних університетів США досягла важливого прогресу в інтеграції комп'ютерної архітектури з людським мозком, створивши інноваційний синаптичний транзистор. Цей пристрій дає змогу подолати розрив між біологічними та електронними системами. Традиційні відмінності у обробці та зберіганні інформації між мозком та комп'ютерами становили серйозний виклик для вчених. На відміну від звичайних комп'ютерів, які передають дані між процесором і пам'яттю, мозок людини виконує обидві ці функції одночасно. Вирішенням цієї проблеми стало створення нового осередку пам'яті, здатного виконувати функції транзистора. Ключовим моментом у цьому дослідженні став розроблений пристрій - синаптичний транзистор, що функціонує при кімнатній температурі і споживає мінімальну кількість енергії - всього 20 пікат (пВт). Вчені сфокусувалися на використанні квантових муарових матеріалів, що зазвичай вимагають кріогенних умов, і успішно продемонстрували роботу свого винаходу при кімнатній температурі, відкривши нові горизонти в області наноелектроніки. Синаптичний транзистор складається з двох шарів матеріалу атомної товщини - графену і нітриду бору, що перекриваються з невеликим зміщенням у горизонтальній площині. Основний секрет полягає у створенні муарового візерунка шляхом повороту одного шару під певним кутом, що викликає унікальні взаємодії, відомі як магічні кути. Ці кути індукують кулонівську взаємодію між матеріалами, що призводить до екзотичних електричних явищ, невидимих ​​у звичайних матеріалах. Дослідники також створили нейронні схеми на основі цих синаптичних транзисторів, успішно навчивши їх асоціативному навчанню. Експериментальні схеми успішно розпізнали двійкові групи цифр, такі як 000 та 111, демонструючи точність 97,5 відсотка. Муаровий синаптичний транзистор надає ефективні схеми для обчислень у пам'яті та обіцяє стати передовою технологією в галузі штучного інтелекту та машинного навчання. Створення синаптичного транзистора є значним прогресом в інтеграції біологічних та електронних систем. Ця технологія обіцяє революцію в галузі наноелектроніки, а також надає нові можливості для розвитку штучного інтелекту та машинного навчання.

Інші цікаві новини:

▪ Перед вживанням струшувати

▪ Електросамокат простежить за правилами дорожнього руху

▪ Мікроантени для інтерфейсу мозок-комп'ютер

▪ Мережні HD-камери Axis P1435-E та P1435-LE

▪ Ген худорлявості

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Стабілізатори напруги. Добірка статей

▪ стаття Тамбовський вовк тобі товаришу! Крилатий вислів

▪ Чим відрізнялася культура Стародавнього Риму? Детальна відповідь

▪ стаття Поради щодо ремонту радіоаппатарури

▪ стаття Датчик радіації в охоронній системі Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Саморобні індикатори. Хімічний досвід

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024