Impedanciatranszformátorok működése

[ha2mn]

Úgy hozta a véletlen, hogy egy jó minőségű, de már elhalálozott monitor bontása során előkerült két darab EMC feladatot ellátó 19,7 x 9,8 x 10 mm méretű toroid.

A mérések azt igazolták, hogy e toroidok NiZn #52-es keverékből készültek (hivatalosan ui=250). E keverék kimondottan EMC alkalmazásokra lett tervezve, a Lorentz-rezonancia a 400-500 MHz-es tartományban mozog.

Figyelembe véve a gyári méréseket a toroid némi kompromisszummal alkalmas közel lineáris induktivitású teljesítmény tápvonal-transzformátor céljára 9 MHz - elvileg 300, max 350 MHz-es tartományban max. 8-10-szeres átfogással (a tápvonalhossz a korlát).

A gyár e keveréket egyedi termékek előállítására ajánlja. Kevésbé ismert, hogy a gyártó a világon számos kooperációval rendelkezik, ahol keverékeiből egyedi tömegtermékeket állítanak elő teljesítményelektronikai és EMC célokra. E toroidok származási helye vélhetőleg távol-keleti, de a lényeg az, hogy a keverék mágneses viselkedése megfelel a gyártói előírásoknak.

Az #52-es keverék sajátossága, hogy a telítési fluxus sűrűség 100 C°-on 320 mTesla, a hiszterézis hurok alsó szakasza pedig némi nemlinearitást mutat. Mindezen tényezőket figyelembe véve elfogadható linearitású transzformátor építhető elfogadva azt a tényt, hogy a szabályos szinusz alakú bemenőfeszültség a transzformáció során egy talán elhanyagolható kis mértékű alaktorzulást szenved.

A mellékelt kép a bontásból előkerült toroid transzformátor kalkulációját tartalmazza - egyelőre 50%-os szakaszos üzemre, 50 ohm/40 watt bemenőteljesítményre.

A kalkuláció azt mutatja, hogy a transzformáció a méretezési tartományban lineáris, a jelalak a hiszterézis hurok munkatartományában (+/- 0-65 mT) látható fel- és lefutás során minimális torzulást szenved el, ami kompromisszumként elhanyagolható.

Járulékosan megállapításra került, hogy az 50-70 MHz-es tartományra 5 menet, csak 70 MHz-es üzemre 4 menet is elegendő.

Jelmagyarázat:

Minden megadott érték az adott frekvencián érvényes!

Zc=a tekercs impedancia nagysága [ohm]
VL(diss)=A disszipációs feszültségvektor nagysága [V] 
VL(ind)=A tekercsben indukált feszültségvektor nagysága [V]   
XL=A tekercs reaktanciája (>> 200 ohm) [ohm]

Az elemzés még nem lezárt. Ajánlás: E spektrumra alkalmas transzfomátor toroid hiányában használható. 

[ha2mn]

Az #52-es keverékű  n=5,5 Pin=40 W 50%-os szakaszos üzemű egyedi toroidtrafó elemzése lezárult.

Megállapítások:

P(in)= max.65 W CW/SSB-processzoros üzemmódban
(Pcore=4,5 W

P(in)= max 80 W CW/SSB-processzor nélküli üzemmódban
Pcore=5,2 W

Rövidzárási (mágneses szórási) veszteség elemzés és az összes veszteség elemzése:

Lásd a csatolt képeket és a szórási veszteség valamint a beiktatási csillapítás elemzését. A beiktatási csillapítás tartalmazza a mag- és a szórási veszteséget.

Lásd a mellékelten csatolt képeket!

Megjegyzés: A szórási mérés ellenőrzése -- 0,249 / 0,061 -->  4

Ajánlás: A tekercselés minimális eltartású legyen a magtól és a lehető legrövidebb kivezetésekkel rendelkezzen. A nagy permeabilitású magok és a minimális menetszámok alkalmazása rendkívül fontos, de korlátos lehetőség.

[ha2mn]

Mágneses szórási veszteség - rövidzárási mérés

Szekunder tekercs rövidzár esetén minden tekercs induktivitása zéróvá válik, impedanciája zéróvá válik, csak a szórt mágneses tér által alkotott induktív reaktancia és a tekercsek rézellenállása korlátozza az áramot - ez a zárlati áram.
Mivel néhány menetes tekercsekről van szó, a minimális rézellenállás elhanyagolható, azért azt nem vesszük számításba.
Tekintettel arra, hogy nagyfrekvenciás szélessávú üzemről van szó, a szórási reaktancia nagysága a frekvencia
függvényében dinamikusan (2*pi*f*Lrz-szer) nő, így a mágneses szórás a frekvenciával növekvő teljesítményátviteli
veszteséget okoz.

A transzformátorra tekercselt összes induktivitásából + a kivezetések hosszan tartásából eredően a jelen dokumentált
példában mért rövidzárlati induktivitás 0,061 uH, ami 1,2 ezreléke a feltekercselt összes induktivitásnak. Ez a 0,061
uH a mágneses szórási veszteséget jeleníti meg induktivitásban kifejezve. A mágneses szórás kizárólag a transzformátor
fizikai kivitelétől függ - tekercs eltartás a magtól, a kivezetések hossza, a mag permeabilitása, a tekercselés
elrendezése (a toroid egyrétegű tekerccsel biztosítja a legkisebb szórást).

A mágneses szórást megtestesítő induktivitás sorosan kapcsolódik a transzformátor tekerccsel, mint soros reaktancia és
az átfolyó áram hatására csökkenti a transzformátorra jutó feszültséget, ezáltal a transzformátoron  átvihető
teljesítményt.

A szórási veszteség szélessávú tápvonal-transzformátornál elektronikai úton nem kompenzálható, kizárólag a transzformátor korrekt fizikai megvalósításával minimalizálható.