Jump to content

    

Трансформатор для высоких частот

В общем, в своих приложениях, использую преимущественно двухтактные мост-полумост решения на частоте 50-60 кГц. На ферритах типа EE, ETD, N87 и прочих Ш-образниках. Столкнулся с тем что при работе сущестуенно выше 50 кГц, допустим 100 кГц, греются не ключи и не диоды, а больше всего начинает греться транс (обмотка). Причем загрузку уже 1.5А на квадрат выбираю, все-равно не нравится мне, некрасиво это. Знаю что скин эффект. Делаю литц из жилок по 0.3 мм(вместо 0.6 мм), не помогает. Снижение толщины жил ниже 0.5 мм уже не вносит никакого заметного эффекта.

Так же знаю что есть эффект вытеснения, причем он есть в очень жестокой форме, потому что если мотаю всю обмотку с шагом равным толщине жгута и с межслойной изоляцией толщиной равной толщине жгута транс перестает греться и работает отлично, однако забивать рабочее окно трансформатора воздухом - самое неблагодарное дело. С точки зрения КПД выгоднее занимать все окно медью и просто понизить рабочую частоту уложив больше витков более тонкого жгута.

 

Опытным путем установил что при плотной намотке эффект вытеснения начинает докучать выше 50 кГц.

Вопрос, как от него избавиться, но при этом эффективно заполнять рабочее окно медью?

 

Силовая/драйверная часть с радостью работала бы на 100-150 кГц, но выигрыша по габариту трансформатора не получается в связи с указанной проблемой.

Спасибо за внимание.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Избавиться можно однослойной намоткой. Если однослойная не получается - чередованием обмоток (правильным!!!). Либо - планарная обмотка.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Спасибо

Теперь как я понял про чередование обмоток:

1 вариант, первичка мотается с шагом, в образовавшиеся зазоры укладывается вторичка и так в несколько слоев. Поможет?

2 вариант, плотный слой первички (без шага) затем плотный слой вторички, затем повтор. Но у меня большинство трансов с однослойной первичкой и вторичкой - эффект вытеснения никуда не делся. Пока обмотку с шагом не намотаешь оно греется нещадно на 100 кГц. Я уже начинаю думать о том чтобы жгуты не скручивать и более плоско ложить.

 

Вариант 3, или конструктивно сложный. Все мотать фольгой во всю ширину окна. Насколько это спасает от эффекта вытеснения? Я никогда не мотал фольгой первичку.

вариант 4, все мотать набором жилок 0.5 провода в один слой и во всю ширину окна (на подобии фольги) с чередованием первички-вторички.

 

Приложения, инверторы от 500 Вт до 3 кВт. Максимум что имею в наличии сердечник Е65. на 60 кГц он удовлетворяет условиям, но хотелось бы чего-то более эффективного чтоб на транс не дуть, а закрытое исполнение сделать.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Мотать фольгой - хорошо 1-2 витка, больше - крайне хреново. Фольга, извлеченная из трансформатора после расплавления каркаса (мудрецы намотали 16 витков в 16 слоев на 150 кГц) походила на отожженную на огне.

А чередование обмоток - вопрос крайне тонкий. Если интересно, могу скинуть описание к программе расчета потерь в обмотках - там есть раздел о правильном чередовании слоев обмоток.

Вариант 1 - на мой взгляд теоретически правильный, но практически намотать, да еще и если изоляция между первичкой и вторичкой нормальная нужна - :crying:

Вариант 2 - оно и есть в простейшем случае. Проверялось лично - помогает. Есть, правда, еще более замысловатые способы чередования.

Вариант 4 - проще сразу застрелиться.

 

В принципе, последний раз с проблемами тепла в моточных сталкивался давно - когда литцера нормального не могли достать, пытались сами извращаться, как могли. А сейчас одножильным проводом мотаем только заведомо запредельные обмотки (причем, внешние) - при этом до 8 А/мм2 нормально пропускают, перегрев - градусов 40 без обдува.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Если интересно, могу скинуть описание к программе расчета потерь в обмотках - там есть раздел о правильном чередовании слоев обмоток.

 

Очень интересно.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Приветствую!

На указанных Вами частотах и мощностях могут быть успешно применены варианты намотки:

 

1. Провод диаметром до 0,5мм, в несколько проводов параллельно. При необходимости снизить индуктивность рассеивания - применить разделение одной из обмоток.

 

Пример исполнения:трансформатор в современном блоке питания компьютера с выходной мощностью 400Вт при сердечнике EI34-4 (макс.размер 33мм) имел обмотки в виде плоско уложенных проводов. Расщепленная первичная из двух проводов по 0,8мм и вторичные обмотки из разного количества проводов 0,4мм.

 

Примечание: применение мягкого режима переключения транзисторов позволяет, как правило, обойтись и без расщепления обмоток.

 

2.Литцендрат с диаметром жил 0,05-0,1мм.

 

Примечание: самодельный жгут из крученых одножильных проводов не дает гарантии равного участия каждой из жил в формировании магнитного поля. Берите заводской литцендрат!

Кроме того, литцендрат различается разной гибкостью, что зависит от способа скрутки жил. Выбирайте наиболее гибкий вариант.

 

3.Фольгу лучше применять только для экранирования. Силовая обмотка из фольги критична к опыту разработчика и навыкам намотчика и сборщика трансформатора.

 

Успехов!

Share this post


Link to post
Share on other sites

Вопрос философский...

50 кГц? А чем они Вас не устраивают?

Контроллер может 100кгц? А что, если спидометр в автомобиле проградуирован на 180км в час, то только так и нужно кататься?

С ростом мощности везде наблюдается снижение рабочей частоты. Можно блоху в 10 ватт заставить скакать на 400 и даже 900кГц. Там все огрехи милливатами меряются. Но 3-4 киловатта...

Вы же тут описываете резкое возрастание технологических трудностей. И это не Вы выдумали. так оно и есть.

Подняв частоту в два раза, мы не получим сокращения габаритов или стоимости в два раза. Наоборот, наверняка КПД упадет и хлопот прибавится более, чем в два раза. Тем более, что хорошего литцендрата нет, хороший планарный трансформатор на 20-слойной плате Вам за доллар не напечатают...

Чем собирать на лампах карманный приемник, не проще ли пошить большой карман?

Можно назвать еще одно направление - переход к многофазным схемам. Но, что залудить 100жил по 0.4мм, что намотать одной сто трансформаторчиков на Е20 вместо одного шедевра на Е65 - почти то же самое.

Повышение частоты преобразования не должно быть самоцелью.

Если я не в ногу с прогрессом, погуглите другие мнения насчет повышения частоты преобразования.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Если понизить частоту не получается, применение литцендрата с жилами 0.1мм было бы весьма эффективно, несмотря на большее число слоёв.

Приобрести его сейчас не проблема, а учитывая готовность изготовителя изощряться с фольгой или поскими жгутами, цена его очень даже

рабочая. Имеет несколько градаций по допустимой температуре изоляции. Тот, что лудится паяльником или окунанием в припой - 170град.,

вполне годится и рекомендован для транса или дросселя.

Размещение - разбиение обмоток остается актуальным в отношении индуктивности рассеяния.

 

Примечание: самодельный жгут из крученых одножильных проводов не дает гарантии равного участия каждой из жил в формировании магнитного поля. Берите заводской литцендрат!

Кроме того, литцендрат различается разной гибкостью, что зависит от способа скрутки жил. Выбирайте наиболее гибкий вариант.

Очень существенное замечание. Т.к. перед закупкой нужного литцендрата изготавливается прототип вручную, его важно грамотно изготовить.

На самом деле это вовсе не сложно - сечение набирают, скручивая несколько предварительно свитых жгутиков.

Суть - все жилки должны иметь одинаковую геометрию вдоль витка, т. е. повторять все возможные изгибы одинаково, дабы избежать токов

из одной жилки в другую. Выпячивание одной жилки из общей группы недопустимо - грубая ошибка.

 

Примечание: применение мягкого режима переключения транзисторов позволяет, как правило, обойтись и без расщепления обмоток.

Не понятно. Как влияет мягкий режим переключения на эффект близости? Может поясните? :rolleyes:

Share this post


Link to post
Share on other sites

Спасибо всем за конструктив! Очень приятно видеть!

Теперь поясню зачем мне 100 кГц.

У меня уже вполне хорошо получается заставить силовую часть эффективно работать на этой частоте, узким местом остается лишь трансформатор. Мне это надо для малогабаритных инверторов в закрытых корпусах (без принуд. охлаждения), на мощности не более 1 кВт. Закрытый корпус, который цельно алюминевый, отличается тем, что способен хорошо охлаждать то, что к нему прикручено и плохо охлаждает то что просто находится внутри. К тому же, алюминевых корпусов больших габаритов в продаже мало либо не доставабельно. Мне бы трансец по габаритам и теплу раза в 2 ужать, и я был бы доволен, тогда потери в силовой части и трансформаторе хоть как то соответстовали бы.

Ставить низкочастотный Е65 и получать кучу воздуха в корпусе (неиспользованное место, неэффективность) не очень интересно, потому что за воздух придется платить размерами корпуса.

Ставить кучу мелочи на ЕЕ30-Е55 весьма трудоемко.

Поэтому сейчас наблюдается такое извращение, внутри корпуса стоит мелкий вентилятор и дует на транс, в надежде более эффективно отвести тепло на корпус.

Многофазные схемы я применяю.

Однако, производители материнок в многофазных решениях тоже ушли далеко за 100 кГц и у них это выглядит красиво. Хочется так же :)

 

По поводу намотки компового БП на 400 Вт хочу подробнее услышать.

Про Z намотку я не в курсе, буду благодарен если просветите что это есть.

Edited by VVS_

Share this post


Link to post
Share on other sites

Z-намотка, это когда например на Ш-образном сердечнике один слой обмотки мотают снизу-вверх, а второй не с верху -вниз, как обычно, а опускают проводник вниз и снова мотают снизу-вверх. У М. Брауна в книге такой способ описан.

При этом, разумеется, ни кто не запрещает чередовать слои разных обмоток.

Edited by M - 16.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Не понятно. Как влияет мягкий режим переключения на эффект близости? Может поясните?

 

Точнее, не мягкий режим переключения, а синусоидальная форма тока резонансников. Проблема в том, что потери на вихревые токи возникают не только на частоте переключения, но и на высших гармониках прямоугольного тока. И их учет несколько меняет общую картинку. В частности, литцендрат работает не так эффективно как хотелось бы. Скрутка тонких проводов дает большое эквивалентное количество слоев, и потери в них уже от высших гармоник на проксимити эффект становятся ощутимыми.

В этом плане (ну, и не только в этом) гораздо эффективнее мультифазные прямоходовые конверторы, у них ток в обмотках пульсирующий, т.е. с большой постоянной составляющей, для которой толщина слоя фиолетово, и вклад потерь на вихревые токи в общие потери значительно меньше, чем в двухтактниках..

Share this post


Link to post
Share on other sites

Высшие гармоники не "несколько меняют общую картину", а достаточно существенно. Хотя мощность высших гармоник меньше, чем основной (хотя, если узкие иглы...), но потери - значительно выше (практически в любой статье о ВЧ-потерях в обмотках есть нормированный график потерь для гармоник - картинка очень интересная). Поэтому работать на синусе очень приятно - и ключи холодные, и транс, и выпрямительные диоды тоже. :biggrin:

Share this post


Link to post
Share on other sites
Guest orthodox
Точнее, не мягкий режим переключения, а синусоидальная форма тока резонансников. Проблема в том, что потери на вихревые токи возникают не только на частоте переключения, но и на высших гармониках прямоугольного тока. И их учет несколько меняет общую картинку. В частности, литцендрат работает не так эффективно как хотелось бы. Скрутка тонких проводов дает большое эквивалентное количество слоев, и потери в них уже от высших гармоник на проксимити эффект становятся ощутимыми.

В этом плане (ну, и не только в этом) гораздо эффективнее мультифазные прямоходовые конверторы, у них ток в обмотках пульсирующий, т.е. с большой постоянной составляющей, для которой толщина слоя фиолетово, и вклад потерь на вихревые токи в общие потери значительно меньше, чем в двухтактниках..

 

Так, я применяю прямоходы на примерно те же мощности что у тредстартера.

И мягкое переключение - это хорошо, и однотактность, как ни обьясняй причины - но проблемы с особенным нагревом транса нет.

Мотаем обычно 1 мм диаметром, надо больше тока - параллелим их же. Частота от 70 до 100 кгц. Но у нас однофазные...

 

А что до охлаждения того, что внутри корпуса - маленький вентилятор, гоняющий внутри воздух, практически вечным будет - пыли-то нету. При этом все, что внутри - охлаждается великолепно, и тепло равномерно выносит на стенки корпуса. шума тоже не слышно, закрыто же. Можно применить VAPO, на магнитном подвесе, если долговечность очень беспокоит...Но без пыли и так хорошо.

 

 

Высшие гармоники не "несколько меняют общую картину", а достаточно существенно. Хотя мощность высших гармоник меньше, чем основной (хотя, если узкие иглы...), но потери - значительно выше (практически в любой статье о ВЧ-потерях в обмотках есть нормированный график потерь для гармоник - картинка очень интересная). Поэтому работать на синусе очень приятно - и ключи холодные, и транс, и выпрямительные диоды тоже. :biggrin:

На синусе не всегда удается, но и просто хорошо сгладить удары тока - уже очень и очень неплохо получается.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this