العربية

العربية

طريقة تصميم محول الرنين المغناطيسي المتكامل المستخدم في التيار الصفري العسكرية العاصمة يخدع

طريقة تصميم محول الرنين المغناطيسي المتكامل المستخدم في التيار الصفري العسكرية العاصمة المحول العاصمة


الملخص: ال تحلل الورقة بإيجاز آلية عمل دائرة الرنين في تيار مستمر بتبديل ناعم صفر تيار / DC المحول. باستخدام مبدأ التكامل المغناطيسي ، يتم تكوين محاثة التسرب عن طريق زيادة التحويلة المغناطيسية في المحول القياسي ، ويتم تحويل محول الطاقة إلى تخزين -طاقة طريقة تصميم محول الرنين النوع مقدمة. ال المنتج الفعلي للنموذج MV48 B5 M200B يتم تقديم محول DC العسكري على سبيل المثال ، معلمات تصميم محددة للرنين عبر السابق يتم المقدمة. من خلال التحليل والاختبار النظري ، تم إثبات جدوى طريقة التصميم

مفتاح الكلمات: التبديل الناعم ، المحولات ، الحث الرنيني ، التكامل المغناطيسي


1 المقدمة

التصغير عالي التردد هو الاتجاه الحتمي لتطوير تحويل الطاقة العرض التبديل الناعم تعد تقنية المحول العسكري للتيار المستمر للتيار المستمر واحدة من اتجاهات البحث الرئيسية للطاقة الحديثة الإلكترونيات التبديل الناعم التكنولوجيا تجعل تبديل الترانزستور بتيار صفري (ZCS) أو صفر الجهد (ZVS) حالة التشغيل وبالتالي تقليل فقد التبديل وتحسين وتيرة عمل تبديل مصدر الطاقة وكفاءة أجهزة التحويل

ال الفكرة الأساسية لـ صفر تيار التبديل الناعم الدائرة تبدأ من توصيل التبديل ، يرتفع التيار في جهاز التحويل من صفر حسب القانون الجيبي ، متى ينخفض ​​التيار إلى الصفر ، ويغلق أنبوب التبديل ، وبذلك يتم تجنب تقاطع التيار والجهد أثناء عملية الإيقاف ، مما يقلل من خسارة إيقاف التشغيل ، في نفس الوقت ، بسبب الارتفاع الحالي من صفر ، فإن الخسارة في التشغيل يقلل أيضًا وحدة الرنين شبه الرنانة الدائرة بشكل عام في الثانوية ، والتي يتكون من محاثة طنين ورنين مكثف. ال يصبح محاثة التسرب للمحول جزءًا من محاثة الرنين وتشارك في رنين الدائرة . يعتقد الباحثون أنه يمكن استخدام محاثة التسرب للمحول ومكثف الرنين لتشكيل وحدة طنين ، لذلك يمكن حذف محاثة الرنين. ولكن من الصعب ضمان تحريض التسرب للمحول من خلال التحكم في اتساق عملية التصنيع ، لذلك الطريقة غير مناسبة لتصميم التسلسل والإنتاج الضخم لمحول dc dc العسكري.

هذا يقدم الورق طريقة تصميم لإضافة تحويلة مغناطيسية إلى محول قياسي لتكوين محاثة تسرب وتغيير محول الطاقة إلى محول طنين مع التسرب الحث.

ال يمكن تطبيق طريقة التصميم على سلسلة مختلفة من الجهد الكهربي للإدخال ، والجهد الناتج المختلف ، وإخراج الطاقة ، ودائرة تحويل التيار المستمر بالتيار المستمر العسكري ، ولها هندسة قوية


تحليل مبدأ 2 ZCS شبه الرنين دائرة كهربائية

2.1 المبادئ الأساسية للعملية

ال يمكن أن يقلل وضع التبديل الناعم بشكل كبير من فقدان التبديل والتذبذب الناجم عن عملية التبديل ، ويمكن أن يزيد بشكل كبير من تردد التبديل ، يخلق ظروفًا للتصغير و من المحول يظهر معمارية الطاقة الأساسية لمحول التيار المستمر العسكري في الشكل 1. ال استخدامات الدارة المجمع المشترك نشط للأمام المشبك ZCS / ZVS طوبولوجيا. ال المفتاح الرئيسي Q1 من VMOS هو ZCS التبديل. ال مفتاح مساعد Q2 من أجهزة VMOs هو ZVS التبديل. لأن الجزء الرئيسي من الدائرة هو ZCS شبه الرنين للدائرة الكهربائية وأجزاء التحكم والمشابك تأثير ضئيل على تصميم المحولات الرنانة ، ومن أجل تسهيل التحليل ، يتجاهل الورق مفتاح التحكم والمشابك Q2 مبدأ العمل ، فقط ادرس المفتاح الرئيسي Q1 و ZCS شبه الرنين دارة.


التين 1 الهيكل الرئيسي للدائرة

التين 1 هو ZCS شبه رنان دارة تتكون من مفتاح طاقة Q1 ، ومحول T1 ، وصمام مقوم D1 ، وديود حر D2 ، ومحث طنين L2 ومكثف C1.


التين 2 مبدأ وشكل الموجة العامل ZCS دارة طنين


في الشكل 2 ، L2 هو محاثة رنانة ، التي يتم تعيينه أولاً على أنه محث التسرب المكافئ الثانوي لمحول طاقة ، الصمام الثنائي D2 يمكن أن يضمن أن المكثف C1 لا يتم شحنه في الاتجاه المعاكس ، و منذ ذلك الحين الحث مرشح الإخراج I3 أكبر بكثير من محاثة التسرب L2 من المحول ، يمكن أن يكون الحمل مكافئًا لمصدر تيار Io ، ومحاثة التسرب من الجانب الثانوي هو:

من في النموذج المكافئ ، يمكن إدراج معادلات الدائرة:

إلى حل المعادلة التفاضلية أعلاه ، واستبدل شرط الحالة الصفرية I2 (t = 0) = آيو ، Vc (t = 0) = 0 (يتم الحصول على الحالة في بداية فترة التبديل:

أين ω هو التردد الزاوي الرنان ، z هو الممانعة المميزة للدائرة ، v هو جهد اللف الثانوي للمحول ،

إلى تحقيق إغلاق التيار الصفري لأنبوب التبديل ، I2 يجب تقليله إلى 0 قبل إيقاف تشغيل أنبوب التبديل إيقاف. كما يمكن رؤيته من المعادلة (6) ، لكي تتمكن من العودة إلى الصفر عند أي حمل ، تتطلب il :

معادلة (7) هي حالة الرنين لـ ZCS شبه الرنين الدارة ، معناها المادي هو أن تيار الذروة لوحدة الطنين لا يمكن أن يكون أقل من تيار الحمل ، انظر الشكل 3.



الشكل 3 تيار طنين وإخراج التيار


من الناحية النظرية ، كلما ارتفع تيار الذروة لدائرة وحدة الطنين ، كان من الأسهل تلبية حالة الطنين في ظل ظروف مختلفة ، ولكن تيار الذروة المتدفق عبر ستزيد أجهزة التبديل وثنائيات المعدل والمكثفات الرنانة من الضغط الحالي وفقدان هذه الأجهزة إنها حالة مثالية نسبيًا أن ذروة تيار الرنين يساوي تيار الحمل ، أي يمكن أن يضمن أن Q1 يمكن إيقاف تشغيله عند صفر تيار تحت أي ظروف تحميل ، ويتم تقليل استهلاك التيار المستمر. في التصميم الهندسي ، مع مراعاة درجة حرارة الحساب ، وتمييز المكونات والشروط الأخرى ، ونسبة Ito IPK هو 0.75.



2.2 حساب محاثة الرنين

ال وحدة الطنين الموضحة في الشكل 2 ، التردد المميز لرنينها:

لأن يتم تضمين جهد الدخل ومقاومة الخرج والمعلمات الأخرى في المعادلة Z ، ويمكن للمعادلة حساب قيمة محاثة الرنين لدائرة الرنين لـ ZCS شبه الرنين محول تيار مستمر عسكري مع فرق الجهد و الطاقة.


ال مبدأ تصميم المحول مع 3 كثافة التدفق المغناطيسي

3.1 مقدمة موجزة لتكنولوجيا التكامل المغناطيسي

ال تقنية التكامل المغناطيسي هي تقنية جديدة يدمج العناصر المغناطيسية في بنية أساسية باستخدام العلاقة بين التدفق المغناطيسي والتيار المتعرج لكل عنصر مغناطيسي في محول الطاقة ، وذلك لتقليل حجم العنصر المغناطيسي ، وتقليل فقد القلب واللف ، وتحسين كثافة الطاقة لمحول الطاقة الهدف من تغيير بنية فرع النواة المغناطيسية هو كيف للحصول على المزيد من الدوائر المغناطيسية الفرعية ، التي يمكن تحقيقه بثلاث طرق: إضافة مغناطيسات إضافية في اللب المغناطيسي للحصول على متعدد الفروع دائرة مغناطيسية هيكل ؛ الجمع بين النواة المغناطيسية العامة الحالية للحصول على متعدد الفروع مغناطيسي دارة ؛ اختيار الشكل الأساسي المصمم للحصول على متعدد الفروع دائرة مغناطيسية مباشرة.

3.2 الشكل وتصميم الدائرة المغناطيسية لمحول التجميع المغناطيسي

في هذا الورق ، معلمات دائرة الطنين يجب مصممة بشكل معقول ، تصميم الحث الرنان ومكثف الرنين يجب لا يفي بشرط التيار الصفري فحسب ، بل يأخذ في الاعتبار أيضًا الضغط الحالي للأجهزة الأخرى وفقدان الدائرة بأكملها. من أجل التحكم بدقة في حجم محاثة الرنين ، يتم دمج محاثة الرنين ومحول الطاقة مغناطيسيًا في نواة مصممة خصيصًا لجعلها تسريب المحولات الحث أن السعة الموزعة بين الابتدائي والثانوي للمحول في ZCS دارة التبديل اللينة تعادل السعة بين أقطاب ds لـ VMOS أنبوب التبديل الذي يؤدي إلى وقت أطول لإغلاق أجهزة VMOs ولا يفضي إلى تحقيق التردد العالي الدائرة ، المسافة بين اللفات الأولية والثانوية للنواة u بعيدة نسبيًا ، السعة الموزعة صغيرة ، ومن السهل تحقيق عزل عالي الجهد ، ومنطقة نافذة u الأساسية كبيرة ، لذلك من السهل زيادتها مغناطيسي تحويلة بناءً على التحليل أعلاه ، تم تصميم البنية الأساسية المغناطيسية للمحول المغناطيسي المتكامل في this يظهر الورق في الشكل 4. ال فكرة التصميم هي إضافة عمود مركزي مستطيل مع منطقة مقطعية صغيرة جدًا في منتصف قلب المحول على شكل حرف U ، بحيث تتم إضافة دائرة مغناطيسية فرعية إلى المحول على شكل حرف U ، ويتم طلاء النحاس على سطح القلب المغناطيسي ، وذلك لتقليل السعة الموزعة بين المحول الابتدائي والثانوي ومحاثة التسرب الناتجة عن تدفق مغناطيسي آخر متسرب بجانب الدائرة المغناطيسية الفرعية ، هذا محاثة التسرب موجودة دائمًا ونسبتها صغيرة. في لتسهيل التحليل ، هذا سيتم تحديد الورقة كقيمة ثابتة صغيرة نسبيًا ، ودورها من خلال نتائج اختبار الدائرة ، وضبط محاثة تسرب التحويلة المغناطيسية للعمود المركزي إلى تصحيح.



التين 4 مخطط الهيكل الأساسي


التين 5 ـ تصميم الدائرة المغناطيسية للتسرب

التين الشكل 5 عبارة عن رسم تخطيطي يوضح تغير الدائرة المغناطيسية للنواة المغناطيسية على شكل حرف u متى لا توجد دائرة تحويل وسيطة في القلب المغناطيسي ، التدفق المغناطيسي المتولد عن تيار الوصول للملف الأساسي I1 سيتم إقرانه بالكامل بالملف الثانوي ، ومحاثة التسرب LK1 من المحول ما يقرب من صفر. ال يظهر مخطط الدائرة المغناطيسية في الشكل 5 (أ). متى هناك دائرة تحويل وسيطة في القلب المغناطيسي ، الشكل 5 (ب) حسب لتعريف محاثة التسرب ، ينقسم التدفق المغناطيسي الناتج عن التيار i للملف الأولي إلى جزئين ، Φ 12 و Φ 13. Φ 13 يمر عبر الدائرة المغناطيسية للعمود المركزي ، لكنه لا يمر عبر الملف الثانوي. وفقًا لتعريف محاثة التسرب ، فإن التدفق المغناطيسي الناتج عن Φ 13 من خلال العمود المركزي هو تسرب التدفق المغناطيسي للمحول. ال المحاثة المنتجة في هذا جزء من لف التدفق المغناطيسي هو تحريض التسرب للمحول ، الذي يعادل محاثة الرنين في الدائرة الثانوية.

تصميم محاثة التسرب لـ 3.3 محول مغناطيسي متكامل

كما يمكن رؤيته من في القسم السابق ، يمكن تغيير محاثة التسرب للمحول عن طريق تغيير المقطع العرضي للعمود المركزي لتلبية شروط الرنين لدائرة الطنين ، ولكن بسبب يتم تلبيد اللب المغناطيسي وتشكيله مرة واحدة ، ويكون الحث النظري دائمًا مختلفًا عن القيمة الفعلية ، من ناحية أخرى ، الحث الرنان لمحول التيار المستمر العسكري مع تختلف أيضًا نفس طاقة الخرج والجهد الناتج المختلف ، لذلك من الواضح أنه ليس من الاقتصادي تصميم نواة محول لكل ناتج جهد. من أجل حل هذا مشكلة ، فجوة الهواء 8 مصممة في الفرع المغناطيسي المركزي ، بحيث فجوة الهواء δ يمكن تعديلها لتلبية متطلبات المحاثات الرنانة المختلفة في تطبيقات الهندسة توجد فجوة هوائية في التحويلة المغناطيسية المركزية ، كما هو موضح في الشكل 6 ، منذ نفاذية الهواء أقل بكثير من نفاذية اللب المغناطيسي ، ستنخفض النفاذية الفعالة في التحويلة المغناطيسية المركزية ، وسيقل الوسط 13 ، وبالتالي سينخفض ​​الحث المقابل أيضًا علاوة على ذلك ، كلما زاد طول فجوة الهواء 8 ، كلما كان التدفق المغناطيسي الذي يمر عبر التحويلة المغناطيسية المركزية أصغر ، وأصغر محاثة التسرب المكافئة بالنسبة للمحول ، بحيث يكون محاثة التسرب للمحول ، أي الحث الرنيني في دائرة الطنين ، يمكن التحكم فيها بدقة عن طريق التحكم في طول فجوة الهواء δ.


التين 6 رسم تخطيطي للدائرة المغناطيسية

من أجل تبسيط التحليل ، يمكن اعتبار محول الرنين للدائرة المتكاملة من النوع C الأساسية مع نفس منطقة المقطع العرضي مثل العمود المغناطيسي المركزي المضمن في المغناطيس الجانبي الثانوي (الشكل 7) ، والمحاثة التي يولدها القلب في اللف الثانوي هي تحريض التسرب للمحول



التين 7 رسم تخطيطي للحث المكافئ


أين: RC - المقاومة المغناطيسية الدائرة الأساسية ، r § المقاومة المغناطيسية من دائرة فجوة الهواء


بشكل عام ، RC = R ، يمكن أن تكون صيغة حساب المحاثة تقريبًا كما يلي:


3.4 تصميم لف المحولات الرنانة المتكاملة مغناطيسياً

ZCS تتبنى الدائرة PFM التحكم ، وقت التوصيل لـ VMOs التبديل Q1 ثابت ، التردد متغير ، طريقة تصميمه المتعرجة مختلفة عن PWM للجهد الثابت للإدخال وظروف التحميل ، يوجد تردد عمل محدد ، وفقًا لقانون الحث الكهرومغناطيسي ، جهد الملف الأولي:

تكامل جانبي الصيغة (17) إلى الحصول على:


إذا نسبة المنعطف الأول إلى المنعطف الثاني هي N ، ثم:


أين K1 هي نسبة الحد الأقصى لتردد التبديل إلى تردد الرنين:



لف ثانوي المنعطفات:


ال الطاقة VMOS وقت التوصيل للأمام ZCS الدائرة هي دالة لجهد الدخل والحمل ، وتردد رنينها f منخفض عند الطرف المنخفض لجهد الدخل ، وتردد الرنين المنخفض هو 0.75 التصميم التردد.



ال لا تأخذ الصيغة أعلاه في الاعتبار تأثير المعلمات مثل مقاومة لفائف المحولات ، ومقاومة VMOS الجهاز وتقاطع الجهد للديود المعدل عند حساب الحد الأقصى ، والملف المحسوب يتحول يجب يتم تصحيحه تجريبياً.


4 ـ مثال على تصميم المحولات الرنانة

أخذ المحول العسكري dc dc مع 48 فولت جهد الدخل ، 5 فولت جهد الخرج و 200 واط طاقة الخرج كمثال ، تم وصف طريقة تصميم المحول المذكور أعلاه بالتفصيل.

المدخلات الجهد: 36 فولت ~ 75 فولت

الإخراج الجهد: 5 فولت

الإخراج الحالي: 40 أ

تردد التشغيل الأقصى: 800 كيلو

في الوقت: 500ns

4.1 قوة وحجم وتصميم المحولات

ال المحول معبأ في نصف قرميد قياسي هيكل. بناءً على التحليل أعلاه ودمج مع خصائص هذا مشروع ، أبعاد تصميم النواة المغناطيسية الموضحة في الشكل 4 موضحة في الجدول 1.


ال طريقة تصميم حجم طاقة المحولات هي أكثر طرق تصميم المحولات شيوعًا ، والتي بحساب معلمة الحجم الأساسية أ × أ (منتج منطقة النافذة الأساسية أ والمنطقة الأساسية الفعالة أ) حسب قيمة فولت أمبير للمحول.

كما يمكن رؤيته من الشكل 4 والجدول 1:


(المساحة التي يشغلها × d تسرب تدفق)


ال تُستخدم طريقة منتج المنطقة عادةً لتأكيد ما إذا كان يفي النواة بمتطلبات طاقة الخرج ، والصيغة التقريبية هي:

أين: إخراج P0 قوة

△ ب - - اختلاف كثافة التدفق

محول F تكرر

ك - معامل الشكل الموجي (الأمام المحول ، k = 0.014)

ال تظهر الخصائص الرئيسية للمادة في الشكل 8 والشكل 9. من الشكل 8 ، يمكننا أن نرى أن القيمة b لـ DM51W هو 430 طن متري عند 100 ، تردد الرنين للمحول هو 1 ميغا هرتز ، وهو ما يقابل التدفق منحنى الخسارة 1 ميجا هرتز ، قيمة b 80 طن متري ، استهلاك الطاقة الأساسي 800 ميغاواط / سم 3 ، هذا استهلاك الطاقة مقبول ، لذا bm = 80 طن متري ، لأن يعتمد مستوى طاقة الدائرة الفعلي دائرة المشبك النشطة ، ويعمل اللب في 1-3 الأرباع.


التين 8 DM51W التدفق المغناطيسي كثافة مغناطيسية منحنى شدة المجال


التين 9 DM51W تدفق كثافة الطاقة منحنى الخسارة


وفقًا للمعادلة (23) ، مع مراعاة حساب 120@ حالة الزائد ،

صيغة المقارنة (22) مع الصيغة (25) ، أ · أ > AP ، يمكن ملاحظة أن حجم النواة المغناطيسية يلبي متطلبات .


4.2 تصميم متعرج

وفقًا للصيغة (18) ، احسب الملف الأولي ،

احسب الملف الثانوي وفقًا للصيغة (22) ،

ال تيار الخرج للمحول كبير وتردد العمل مرتفع ، ويجب أخذ تأثير الجلد وتأثير القرب للموصل حساب ، 0.2mmx13 يتم استخدام لوح نحاسي كامل في المرحلة الثانوية ، بحيث يتم تقليل تأثير الجلد وإزالة تأثير القرب ، ويمكن تقليل الفقد.


4.2 حساب محاثة تسرب المحولات وطول فجوة الهواء في العمود المركزي

من المعادلة (8) ، الممانعة المميزة لدائرة الطنين

كما يمكن رؤيته من صيغة (11) والصيغة (12) ، قيمة محاثة الرنين وسعة الرنين هي:

معروف بالتعبير (16)


ال محاثة التسرب L2 تم الحصول عليها بالمعادلة (29) هو محث التسرب الكلي لمحول الرنين ولا يمكن تجاهل محاثة التسرب الملازمة للمحول بسبب قيمة L2 صغير نسبيًا ، على الرغم من يتم اتخاذ تدابير مثل تعزيز الاقتران للتحكم في تحريض التسرب الناجم عن التدفق المغناطيسي المنفصل ، وبالتالي فإن حجم فجوة الهواء تحدده المعادلة (31) يحتاج إلى التصحيح عن طريق اختبار.

باختصار ، معلمات تصميم المحولات هي

أساسي: د 0.05 مم × 96 ليدز سلك مزدوج لف 4 أدوار

الثانوية: 0.2 مم × 13 ورقة نحاسية لف 1 دورة

عمود مغناطيسي فجوة: 0.55 مم

الهيكل الأساسي الحجم: الموضح في الجدول 1.

ال تظهر الصور المادية للمحول في الشكل 10:


التين 10 صور فوتوغرافية للأشياء المادية الداخلية للمنتجات


6 اختبار التحقق

6.1 اختبار المحولات

ال محول رنيني للدائرة المغناطيسية المتكاملة مع جهد الخرج 5 فولت وطاقة خرج 200 واط تم تصميمه وفقًا للطريقة أعلاه. ال يتم إجراء اختبار الدائرة في دارة الوصول ال يتم عرض الأشكال الموجية المقاسة للنقاط الرئيسية في الشكل 11.




التين 11 الشكل الموجي المقاس للدائرة

11 (أ) و 11 (ب) ، كلما كان تيار الحمل أصغر ، كلما صغر تيار الرنين عبور الصفر الوقت هو ، والأيسر هو تلبية الشرط الرنين. ال كلما زاد تيار الحمل ، زاد تيار الرنين عبور الصفر الوقت هو ، وأقل سهولة تلبية الرنين شرط ؛ متى تيار الحمل ثابت ، كلما زاد جهد الدخل ، وصغر تيار الرنين عبور الصفر الوقت مقارنة بـ التين 11 (ج) و 11 (د) .It يمكن رؤيته من الأشكال الموجية أعلاه التي في ظل ظروف التحميل المختلفة ، يكون المفتاح الرئيسي في صفر تيار الوضع ، الذي يتحقق من صحة فكرة تصميم محاثة التسرب للمحول المغناطيسي المتكامل وأن طريقة تصميم المعلمة معقولة.


التين 12 صورة فوتوغرافية للمنتجات المادية


6.2 تطبيق المحولات

وفقًا لمبدأ التكامل المغناطيسي أعلاه ، يمكن تطبيق محول الرنين المصمم على سلسلة من المنتجات ، في الشكل الموجي المقاس لـ MV48B5M200B العسكرية يظهر محول التيار المستمر في الشكل 12 ، وتظهر المؤشرات الفنية في الجدول 2:


7. الخاتمة

وفقًا لمبدأ التكامل المغناطيسي ، هذا يقدم الورق طريقة تصميم لدمج محاثة الرنين لـ ZCS شبه رنان محول DC العسكري إلى الطاقة المحولات. ال تظهر نتائج التحليل النظري والتحقق التجريبي أن محاثة الرنين لمحول الرنين المصمم بواسطة this يمكن التحكم في الطريقة بدقة عن طريق ضبط الفجوة الهوائية التحويلية المغناطيسية ، والتي مناسب للإنتاج بالجملة.

ارسل رسالة
ارسل رسالة
إذا أنت مهتمون بمنتجاتنا ويريدون معرفة المزيد من التفاصيل ، يرجى ترك رسالة هنا ، وسنقوم بالرد عليك بأسرع ما نستطيع.

الصفحة الرئيسية

منتجات

حول

اتصل