Как сделать дроссель 100 мкгн

Простой расчет силового дросселя на гантельном ферритовом магнитопроводе

В настоящий момент дроссели на гантельных ферритовых магнитопроводах используются повсеместно в схемах импульсных источников питания, в основном как элемент выходного LC фильтра. Они компактные, технологичные, недорогие. Их применение оправдано в случаях высоких частот преобразования и небольших значений запасаемой энергии. Как раз значение запасаемой энергии является основным фактором ограниченного применения дросселей на гантельных ферритовых магнитопроводах. Для самого большого размера гантельного магнитопровода максимальное значение запасаемой энергии ограничено пределом:

E = ( L * I^2 ) / 2 = 0,000550 . 0,000600 ( Джоулей ) = 550 . 600 ( микроДжоулей ) .

В дальнейших расчетах используется энергетический показатель дросселя L * I^2.

Исходя из вышеизложенного энергетический показатель дросселя L * I^2 ограничен значением:

L * 2^2 = 1100 . 1200 ( микроГенри•А^2 ) .

1. Техническое задание.

Частота преобразования fп = 50 кГц.

Напряжение, прикладываемое к обмотке дросселя U=30 В

Требуемая индуктивность дросселя L = 100 мкГн;

Максимальное значение тока дросселя Imax = 2 A;

Размах колебаний тока дросселя ∆I = 0,5 A;

Действующее значение тока дросселя Irms = 1,75 A;

Максимальная температура окружающей среды Тср = 40°С.

Температура перегрева дросселя Тпер = 40°С.

2. Методика расчета.

2.1. Рассчитываем энергетический показатель дросселя L * Imax^2 в микроГенри * A^2.

L * I^2 = 100 * 2^2 = 400 ( мкГн * А^2 )

2.2. В качестве материала магнитопровода выбираем феррит марки F2 (аналог 600НН) из Таблицы 1.

Таблица 1. Материалы, применяемые при изготовлении гантельных магнитопроводов.

2.3. Так как дроссель работает в режиме непрерывного тока и колебания тока не значительны, потери в материале магнитопровода так же будут не значительны из-за низкого значения колебаний магнитной индукции. Поэтому можно выбрать режим «Перегрев обмоток».

Выбираем плотность тока Jmax = 8 ( А / мм^2 ) по Графику 1.

2.4. Выбираем коэффициент использования окна Ko = 0,4 по Графику 2.

2.5. Максимальная индукция.

При нагревании материала магнитопровода магнитная индукция насыщения Bs ферритов значительно снижается. При температуре 100 º С она снижается в зависимости от марки феррита на 20 — 25 % в сравнении с 25 º С. Помимо этого при выборе Bmax необходимо предусмотреть запас по индукции для того чтобы работать на линейных участках кривой намагничивания. Кроме этого, при небольших изменениях режимов работы схемы в которой стоит дроссель, может увеличиться ток через дроссель, что опять же приведет к увеличению индукции. В этом случае тоже необходимо предусмотреть запас по индукции. Поэтому:

Bmax = Bs * 0,5 = 0,31 * 0,5 = 0,15 ( Тл ) .

2.6. Действующая магнитная проницаемость гантельных магнитопроводов согласно экспериментальным данным, находится в пределах:

m_э = 35 . 39 . Для дальнейших расчетов примем m_э = 37

2.7. Требуемое значение Sст * Sок в мм ^4 , (при этом L в Гн) .

Sст * Sок = ( L * Imax^2 * 10^6 ) / ( Jmax * Ko* Вмах) = ( 100 * 10^-6 * 2^2 * 10^6 ) / ( 8 * 0,4 * 0,15 ) = 400 / 0,48 = 833 ( мм^4 ) .

2.8. Выбираем магнитопровод типа DR2W12*16 из Таблицы 2

Рисунок 1. Размеры гантельных магнитопроводов.

Таблица 2. Размеры гантельных магнитопроводов.

2.9. Минимальное требуемое количество витков на данном магнитопроводе для того, чтобы не превысить Bmax.

w_min = ( L * Imax ) / ( Bmax * Sст ) = ( 100 * 10^-6 * 2 ) / ( 0,15 * 28,26 * 10^-6 ) = 47 ( витков ) .

2.10. Число витков обмотки для обеспечения требуемой индуктивности.

w = SQR (( L * lст ) / ( m_o * m_э * Sст )) = SQR (( 100 * 10^-6 * 25 * 10^-3 ) / ( 12,56 * 10^-7 * 37 * 28,26 * 10^-6 )) = 30,85 = 44 ( витка ) .

Минимальное требуемое количество витков на данном магнитопроводе для того, чтобы не превысить Bmax получилось больше чем число витков обмотки для обеспечения требуемой индуктивности. Принимаем компромиссное решение и число витков обмотки выбираем w=46 (витков). Это решение приведет к небольшому росту индуктивности дросселя, что во многих схемах источников питания является благом, и к небольшому увеличению максимальной индукции Bmax.

Тогда индуктивность дросселя:

L = m_o * m_э * w^2 *( Sст / l ст) = 12,56 * 10^-7 * 37 * 46^2 * ( 28,26 * 10^-6 / 25 * 10^-3 ) = 0,000111 = 111 мкГн

2.11. Максимальная магнитная индукция рабочая.

Bmax = ( L * Imax ) / ( w * Sст ) = ( 111 * 10^-6 * 2 ) / ( 46 * 28,26 * 10^-6 ) = 0,17 ( Тл ) .

2.12. Минимальная магнитная индукция рабочая.

Bmin = ( L * (Imax — ∆I ) / ( w * Sст ) = ( 100 * 10^-6 * ( 2 — 0,5 ) / ( 46 * 28,26 * 10^-6 ) = 0,115 ( Тл ).

2.13. Колебания магнитной индукции.

∆Bmax = Bmax — Bmin = 0,17 — 0,115 = 0,055 ( Тл ).

2.14. Расчетное сечение провода.

Sпр = Irms / Jmax = 1,75 / 8 = 0,219 ( мм^2 )

2.15. Расчётный диаметр провода.

Dпр = 1,13 * SQR ( Sпр ) = 1,13 * SQR ( 0,219 ) = 0,53 ( мм ) .

Выбираем провод типа ПЭВ-2:

Dпр = 0,53 мм , Dпр из = 0,6 мм , Sпр = 0,221 мм^2 .

3. Конструктивный расчет размещения обмотки.

3.1. Выбираем коэффициент разбухания обмотки Краз и коэффициент укладки Кук провода из Таблицы 3.

Кук = 0,95 , Краз = 1,1 .

3.2. Средняя длина намоточного слоя:

lср нсл = D = 10 ( мм ) .

3.3. Среднее число витков в одном слое обмотки:

w_{ср сл} = ( lср нсл * Кук ) / Dпр из = ( 10 * 0,95 ) / 0,6 = 15,83 ( витка )

Округляем до ближайшего целого: wср сл = 16 ( витков ) .

3.4. Число слоев обмотки:

n_сл = w / w_{ср сл} = 46 / 16 = 2,88

округляем до ближайшего большего целого n_сл = 3

3.5. Радиальный размер (высота) обмотки h1:

h1 = n_сл * Краз * Dпр из = 3 * 1,1 * 0,6 = 2 ( мм )

Так как радиальный размер обмотки h1 меньше высоты окна магнитопровода = ( A — C ) / 2 = ( 12 — 6 ) / 2 = 3 мм, считаем что обмотка влезет в окно магнитопровода с запасом.

3.6. Средняя длина витка, lср вит:

lср вит = 3,14 * ( C + h1 ) = 3,14 * ( 6 + 2 ) = 25,1 ( мм ) .

3.7. Общая длина одной жилы провода обмотки, lw:

lw = lср вит * w = 25,1 * 46 = 1155 ( мм ) .

4. Тепловой расчет.

4.1. Удельное сопротивление меди при заданной температуре перегрева, ρ_мт :

ρ_мт = 0,01724 * ( 1 + 0,0042 * ( Тср + Тпер — 20 ) ) = 0,01724 * ( 1 + 0,0042 * ( 40 + 40 — 20 ) ) = 0,02158 ( ( Ом * мм^2 ) / м ) .

4.2. Погонное сопротивление провода обмотки, Rпог :

Rпог = ρ_мт / S пр = 0,02158 / 0,221 = 0,098 ( Ом / м ) .

4.3. Активное сопротивление провода обмотки, Rакт :

Rакт =Rпог * lw = 0,098 * 1,115 = 0,113 ( Ом ) .

4.4. Потери в проводе обмотки, Pw акт :

Pw акт = Rакт * Irms^2 = 0,113* 1,75^2 = 0,346 ( Вт ) .

4.5. Относительный тангенс угла магнитных потерь из Таблицы 1 :

( tgδμ / μ_R ) * 10^6 = 60 .

4.6. Удельные объемные потери материала магнитопровода, Pм уд :

Pм уд = 5 * fп * ∆B^2 *( ( tgδμ / μ_R ) * 10^6 ) = 5 * 50000 * 0,055^2 * 60 = 45375 ( Вт / м^3 ) .

4.7. Потери в материале магнитопровода, Pм :

Pм=Pм уд * Vст = 45375 * 621,72∙10^-9 = 0,028 ( Вт ) .

4.8. Общие потери , Pдр :

Pдр = Pм + Pw акт = 0,346 + 0,028 = 0,374 ( Вт ) .

4.9. Поверхность охлаждения, Sохл :

Sохл = 2 * 0,785 * А^2 + 3,14 * A * ( B — D ) + 3,14 * ( C + h1 ) * D = 2 * 0,785 * 12^2+3,14 * 12 * ( 16 — 10 ) + 3,14 * ( 6 + 2 ) * 10 = 703 ( мм^2 )

4.10. Температура перегрева, Тпер :

Тпер = Pдр / ( 13 * Sохл ) = 0,374 / ( 13 * 703 * 10^-6 ) = 40,9 ℃

Расчетная температура перегрева не много превышает заданную. Здесь необходимо принять решение о возможности эксплуатации дросселя при расчетной температуре перегрева. Либо необходимо уменьшить плотность тока в проводе обмотке и провести расчет заново. Расчет окончен.

Литература.

1. Расчет источников электропитания устройств связи. В.Е. Китаев, А.А. Бокуняев, М.Ф. Колканов. Москва. Издательство «Радио и связь». 1992 г.
2. Источники питания радиоэлектронной аппаратуры. Справочник. Г.С. Найвельт, К.Б. Мазель, Ч.И. Хусаинов и др.. Под редакцией Г.С. Найвельта. Москва. Издательство «Радио и связь». 1986 г.
3. Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. Справочник. Москва. Издательский дом «Додека-XXI». 2001 г.

SERGR Опубликована: 27.02.2022 0 0
Вознаградить Я собрал 0 2

Как сделать дроссель 100 мкгн

индуктивность пропорциональна _квадрату_ числа витков. нужно 10*sqrt(1/0.008) = 112 витков

это все приблизительно. реально чистый квадрат получается только если степень магнитной связи между витками при увеличении намотки остается прежней. а она может и увеличиться от того что витки стали ближе, а может и уменьшиться от того что появились новые слои. но для прикидок достаточно считать что растет как n^2

индуктивность пропорциональна _квадрату_ числа витков. нужно 10*sqrt(1/0.008) = 112 витков

это все приблизительно. реально чистый квадрат получается только если степень магнитной связи между витками при увеличении намотки остается прежней. а она может и увеличиться от того что витки стали ближе, а может и уменьшиться от того что появились новые слои. но для прикидок достаточно считать что растет как n^2

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

индуктивность растет с квадратом числа витков. например 1 виток — 1 мкГн, тогда 10 витков — 100 мкГн, 100 витков — 10000 мкГн.

в сто раз больше намотали — в 10000 раз больше индуктивность получили. а если надо индуктивность в 100 раз больше получить надо всего в sqrt(100)=10 раз больше мотать, а не в 100

например
1.15мГн = 125 витков
тогда
1 мГн = 125*sqrt(1/1.15) = 116 витков

Источники питания для автомобильной электроники, включая маяки, GPS/ГЛОНАСС-трекеры и охранную сигнализацию, должны обеспечивать бесперебойное питание и безопасность, а также быть устойчивыми к вибрации и исправно работать при низких температурах. Батарейки FANSO EVE Energy обладают всеми необходимыми параметрами для надежной работы оборудования современного автомобиля.

На складе КОМПЭЛ доступны сетевые адаптеры (внешние блоки питания) производства MEAN WELL, представленные семействами GS, GST и GSM различного конструктивного исполнения: в розетку и настольные. Адаптеры GS и GST предназначены для питания различных промышленных и бытовых приборов, а семейство GSM может применяться для питания устройств медицинского назначения, поскольку соответствует требованиям EN 60601-1 и 60601-1-11. При этом они характеризуются малым потреблением энергии на холостом ходу.

Определитель насыщения сердечников из феррита или как сделать дроссель для импульсного источника питания

В наше время можно недорого купить микросхемы, позволяющие собирать простые и эффективные импульсные источники питания, например, MC34063 или LM2576. Есть даже программы-калькуляторы, помогающие определить номиналы деталей или можно воспользоваться datasheet. Но возникает одна маленькая проблема — нужно намотать дроссель, который должен обладать определенной индуктивностью и сохранять эту индуктивность при значительном токе подмагничивания — до нескольких Ампер .

К сожалению, ассортимент готовых индуктивностей в магазинах беден и нужные часто недоступны. В то же время можно купить ферритовые сердечники или взять их, например, из раскуроченных электронных балластов для люминесцентных или галогеновых ламп.
Определить индуктивность можно без специальных приборов с помощью компьютера и программного пакета Arta Software, о чем я писал в прошлых публикациях (LIMP — программный измеритель RCL).

Сложнее определить, войдет сердечник в насыщение (и нарушится нормальная работа блока питания) или нет. Многолетний редактор журнала «Радио» и автор множества статей по тематике импульсных преобразователей Сергей Алексеевич Бирюков написал статью «Дроссели для импульсных источников питания на ферритовых кольцах». В ней есть практическая схема, позволяющая увидеть и измерить ток насыщения на экране осциллографа.

В статье множество формул и таблиц, я же постараюсь объяснить всё ненаучно, на пальцах.

Для того чтобы сделать дроссель надо рассчитать или взять из datasheet нужную индуктивность. Берем сердечник, на котором будем наматывать катушку и мотаем несколько десятков витков удобным проводом, например, 0,3 мм. Измеряем индуктивность, затем рассчитываем, сколько надо витков для будущего дросселя. Для этого вспоминаем, что индуктивность прямо пропорциональна квадрату числа витков. Если намотано 30 витков и индуктивность 20 мкГн, то чтобы получить 180 мкГн, надо намотать 90 витков.

Теперь вспомним что такое Ампер -витки. Это произведение числа витков на протекающий ток. Сердечник одинаково намагнитят 200 витков при токе 1 А или 1 виток при токе 200 А, или 50 витков при токе 4 А. Значит, если мы узнаем, при каком токе насытится сердечник от нашей пробной катушечки в 30 витков, мы легко узнаем какой ток выдержит наш дроссель с рабочей катушкой в 90 витков.

Надо только не забывать, что индуктивность лучше делать немного бОльшей, чем рекомендуется и что при уменьшении числа витков индуктивность падает гораздо быстрее, чем растет допустимый ток. Кроме того, для уменьшения потерь надо использовать толстый провод.
Не исключено, что данный сердечник может не подойти, тогда, если это кольца, можно сложить два-три кольца или взять другой типоразмер или даже включить два дросселя последовательно.

↑ Схема

Я собрал измеритель на небольшой плате, детали самые обычные, там, где удобно, ставлю SMD и вам советую. Полевой транзистор — любой с нужной проводимостью на ток от 20 А и выше, с низким сопротивлением канала в открытом состоянии, можно низковольтный. Я поставил IFRP150. Стабилизатор 6 В на микросхеме 78L06. Если ее нет, можно ставить 78L05 и добавить 1-2 диода типа КД522 в разрыв общего провода 78L05 анодом к стабилизатору. Емкости С3С4 я поставил по 2200 мкФ на 35 В. Номиналы деталей не критичны. В процессе испытаний я понял, что нужна небольшая доработка схемы. Вместо VD3 VD4 я поставил один стабилитрон Д816В. Для увеличения импульса тока до 12 А между базой и эмиттером VT1 надо поставить резистор с номиналом, как у R5. Эти небольшие изменения позволяют испытать готовые индуктивности в несколько миллигенри. Номинал R4 я уменьшил втрое, что сделало луч на экране более ярким. Сигнал к входу синхронизации осциллографа снимается с вывода 11 микросхемы через резистор 1 кОм.

↑ Наладка

Вместо L1 подключить резистор примерно 1 кОм и проверить прямоугольную форму импульсов на выводе 11 микросхемы, на стоке, проверить регулировку изменения скважности от R3. При исправных деталях наладка не требуется. Если необходимо, можно по вкусу изменить частоту и диапазон регулировки емкостью С2 и резисторами R3R4.

↑ Работа с прибором

Возможны варианты – перелома не будет, а будет треугольник, который не растет при повороте регулятора R3. Это значит, насыщения нет, надо увеличить число витков катушки. Или форма не треугольная, а сглаженная – велико активное сопротивление катушки.
Если вы проверяете трансформатор, будьте осторожны, на неподключенных обмотках может быть значительное напряжение! И категорически запрещаю проверять так строчные телевизионные трансформаторы или силовые трансформаторы компьютерных блоков питания! Если катушка имеет индуктивность несколько миллигенри, она накапливает значительную энергию, которую поглощает мощный стабилитрон (он за этим и нужен), при этом он сильно разогревается (я это почувствовал по запаху), поэтому измерения таких катушек должны быть непродолжительны (я не спеша настраиваю осциллограф с небольшим импульсом, а потом поворачиваю ось R3 и засекаю ток перелома).

↑ Печатная плата

↑ Итого

Для тех, кто занимается импульсными источниками питания, данный прибор будет полезен. Радиолюбитель обычно делает единичные устройства из тех узлов из деталей, которые может найти. Я не согласен с теми, кто пишет, что для LM2576 дроссель можно намотать на гвозде. Работать он может и будет (за счет внутримикросхемных ограничителей и предохранителей), но получить хороший КПД и хорошую стабилизацию не получится. Прибор, конечно, не первой необходимости, но дешев, прост и портативен, поэтому иметь его полезно.

Как сделать дроссель 100 мкгн

Вот понадобился мне дросселек 4.7 мкГн / 2 А . Где его взять? Не тащиться-же в магазин из-за этого! Покопался я в своих закромах, ничего похожего не нашел. Зато есть куча дросселей на 100мкГн / 0.66А.  И тут меня озарило…

Эти готовые катушки уже рассчитаны. Нам известна их индуктивность ( 101 на фотографии значит, что катушка на 100мкГн ) и максимальный ток. Если ток неизвестен – его легко узнать. Нам осталось только используя уже известные параметры, пересчитать и перемотать катушку.

Начнем с индуктивности. С ней все просто. nt – количество витков которое нам нужно намотать, np –количество которое было намотано,  Lt – индуктивность, которую нам нужно получить, Lp – индуктивность которая была.

К примеру, я размотал дроссель на 100мкГн, там оказалось 46витков. Я хочу получить 4.7мкГн. Мне нужно намотать 10 витков.

Теперь разберемся с током. Это немного сложнее, особенно, если вы не знаете на какой ток был ваш исходный дроссель. Если все-таки не знаете, меряем диаметр дросселя и его высоту. И ищем его в даташите на подобные катушки, к примеру, в bourns RLB или еще где-нибудь в интернете. Я, например, нашел что мой дроссель может пропустить 0.66А

Дальше можно поступить двумя путями – найти дроссель с такой-же индуктивностью как вам нужно в этом-же даташите и считать что вы намотаете точно такой-же. Второй вариант – рассчитать максимальный ток по формуле:

В моем примере максимальный ток получается равным 3А, что меня очень обрадовало.

После намотки получилась вот такая красота:

Проверяем что мы насчитали: