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采用环形磁核实现电源电流变压器的应用方案

电子设计 2021-02-27 09:59 次阅读

电流变压器测量电流或将能量从一个电路传输到另一个电路,所以其设计需要不同于相应电压变压器的计算。这种差异的原因在于,电流变压器磁化的电流是负载电流本身;而电压变压器则不同,它磁化的电流“独立”于负载电流,其数值是满负载时总体电流的一小部分。

我们想让电流源为负载(如白炽灯、电压稳压器或稳压二极管)提供电流IL,从而生成初级线圈电流IP(图1)。我们与电流源打交道,所以,若负载消耗电流,则负载电压由负载本身设定。

采用环形磁核实现电源电流变压器的应用方案

为设计电流变压器,我们需了解其磁核的形状、大小和材料,以及拟采用的匝数。之所以选择环型核是因其具有最低的损耗及在初级和次级绕组间提供合适的磁通耦合(若匝数多得足以覆盖磁核表面大部分的话)。

根据安培定律,电流IP流过匝数为NP的绕组(图2)时,根据磁力线长度IM将产生磁场,可由微分方程表示:

dIp×Np=H×dIM (1)

假定采用环形磁核,对整个磁力线长度求积分,则得出:

Ip×Np=H×IM (2)

其中,IM为磁力线的中线长度,对环形磁核来说:

IM=π×DMED=π×(DOUT+DINN)/2 (3)

其中,DMED为中线直径;DOUT为环形磁核的外直径;DINN为环形磁核的内直径。

磁场H在密度为B的核内产生磁通。磁通密度取决于核材料的相对渗透率μR;

其中,B=μR×μ0×H;μ0=4π10-7(H/米=真空渗透率)

Ip×Np=B/(μR×μO)×IM

所以,公式2可重写为:Ip×Np=B/(μR×μO)×IM (4)

为以最低损耗传输能量,磁核不应在能量传输持续时,产生过多损耗。换句话说,它不能饱和。因此,核磁通密度B不应超过饱和密度值BSAT。另外,产生BSAT的初级侧电流IP应一直低于某一最大值IPMAX。所以,公式4可重写为:

IPMAX×Np=BSAT/(μR×μO)×IM (5)

在我们的考虑中,我们与一个恒定电流打交道,该电流可认为是IPMAX。所以,我们既可以为NP(尽可能覆盖核表面)指定一个值并计算出IM ,然后再计算出核尺寸DMED ;又可选择一个核并导出合适的NP。与μR一样,BSAT也可在核数据手册中查到。

我们不关心核的截面积。所以,我们可利用任何厚度的核,我们只关心核直径。

在描述电流变压器工作关系的公式:Ip×Np=IL×Ns中,有一个悖逆。

其中,Ns=次级绕组的匝数。Ip是固定的,所以,次级侧的负载电流也是固定的:

IL=Ip×(Np/Ns) (6)

它意味着,若减少次级绕组的匝数,我们可得到更大的次级电流。也即,若我们必须以高一半电流等级的产品替换次级侧的电珠(Electric Bulb),我们应从次级绕组中减去几匝。

另外,若我们用该变压器提供某些电路原理图(Electronic Schematic)布置,我们应了解其消耗的电流IL并在次级侧绕上适当的匝数,它可由公式7得出。当发生过压或次级感应电压高于允许值时,一个合理的稳压二极管应能保护该原理图免于过压。

所以,在给定NP时,利用公式5,我们可容易地得到核大小,或确定在具有中线长度lM的给定核上将缠绕多少匝的初级绕组NP。例如,若电流源为负载产生1.2A的Ip,而我们必须点亮1.7A的白炽灯,则需为该安排重新设计一个新的变压器。

Np=(BSAT/μR×μ0)×lM/IPMAX=0.28/(4π10-7×3000)×29.5×10-3/1.2=5.736turns

首先,我们应得到一个适合该应用的核。设其为一个36×23×8mm的环形核,其DMED=29.5mm。假定该核的相对渗透率是3,000,且BSAT=0.28T。我们知道,lM=π×DMED。所以从公式5,我们可容易地确定初级侧可允许的匝数NP。因此,

Np=(BSAT/μR×μ0)×lM/IPMAX=0.28/(4π10-7×3000)×29.5×10-3/1.2=5.736turns

假定NP=6匝,因选取的磁通密度饱和值远低于最大值,也即存在一个安全余裕,所以该NP值一般是安全的。

利用公式6,可容易地确定次级绕组的匝数为4.235圈,所以,次级绕组的匝数是4。假定能量传输中可能出现的损失,我们可确认该值与设计匹合的非常好。

显然,在次级电流应低于初级电流的情况,次级侧的匝数应高于初级侧的匝数。这就是为什么旨在进行大电流测量的电流变压器在次级侧绕很多圈的原因。

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MAX16141AAAF/VY+ Maxim Integrated MAX16141理想二极管控制器

Integrated MAX16141理想二极管控制器具有各种系统故障保护特性,例如反向电流保护、过流保护、输入过压/欠压保护以及过热保护。MAX16141二极管控制器具有3.5V至36V的工作电压范围和5μA(典型值)关断电流。这些MAX16141控制器采用集成电荷泵,可驱动源极连接上方9V背对背外部nFET的栅极。这样可最大限度降低源极和负载之间的功率损耗。MAX16141控制器采用低功耗关断,可减少电池耗电量。这些MAX16141二极管控制器通过开路双向电流阻断和开路双向电压将故障电源与负载隔离。 MAX16141控制器具有可为负载提供有限功率的低功耗模式,以及有助于在关断模式下降低功耗的内部开关 这些MAX16141二极管控制器还具有故障输出,可在故障条件下发出信号。典型应用包括汽车电源系统、网络/电信电源系统、RAID系统、服务器和以太网供电 (PoE) 系统。 特性 宽电源电压范围: 工作电压范围:3.5V至36V 保护电压范围:-36V至60V 消除了分立二极管功耗 低功耗关断模式可降低电池耗电量: ...
发表于 10-21 11:10 40次 阅读
MAX16141AAAF/VY+ Maxim Integrated MAX16141理想二极管控制器

ULN2801A ULN2801A八个达林顿阵列

达林顿晶体管具有共同发射极 输出电流500 mA的电流 输出电压至50V 积分抑制二极管 对于所有流行的逻辑系列版本 输出可以并联 输入钉扎相对输出到简化电路板布局 在ULN2801A,ULN2802A,ULN2803A和ULN2804A各自包含具有共同的发射器和用于电感性负载积分抑制二极管8个达林顿晶体管。每个达林顿设有一个峰值负载电流额定值600毫安(500 mA连续)的,并能承受至少50 V在关断状态。输出可以并联,以更高的电流能力。...
发表于 05-21 05:05 216次 阅读
ULN2801A ULN2801A八个达林顿阵列

LV8711T 步进电机驱动器 PWM 恒流控制

T是一款PWM恒流控制步进电机驱动器,具有低功耗,低热量和高效率的特点。该器件适用于2节电池应用。其电源电压范围为4 V至16 V,待机模式电流消耗几乎为零。由于内置电路可控制电流,因此有助于降低成本和PCB尺寸。它还可以通过几个内置保护功能为应用程序的安全设计做出贡献。 特性 优势 内置短路保护电路 短暂保护 包含异常情况警告输出引脚 安全设计 上下再生二极管 安全设计 热关断电路 热保护 两个PWM恒流控制H桥驱动器电路 控制步进电机至1-2相激励 参考电压输出:1.0V 应用 终端产品 步进/布鲁赫直流电机 计算机和外围设备 工业 消费者 打印机 平板扫描仪 文档扫描仪 PoE销售点终端 POS终端 热敏打印机 空调 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 21:02 81次 阅读
LV8711T 步进电机驱动器 PWM 恒流控制

AMIS-30621 带LIN总线的微步电动机驱动器和控制器

0621是一款带有位置控制器和控制诊断接口的单片微步进电机驱动器。它可以构建与LIN主机远程连接的专用机电一体化解决方案。芯片通过总线接收定位指令,然后将电机线圈驱动到所需位置。片上位置控制器可配置(OTP或RAM)不同的电机类型,定位范围和速度,加速度和减速度参数。 AMIS-30621充当LIN总线上的从机,主机可以从每个单独的从节点获取特定的状态信息,如实际位置,错误标志等。该芯片采用I2T100技术实现,可同时实现高压同一芯片上的模拟电路和数字功能。 AMIS-30621完全兼容汽车电压要求。 特性 自动选择快速和慢速衰减模式。 无需外部反激二极管。 可配置的速度和加速度。 现场可编程节点地址。 动态分配标识符。 物理层和数据链路层(符合LIN rev.1.3)。 LIN总线短路保护供应和地面。 高温警告和管理。 失去LIN安全操作。 Micro - 步进技术。 峰值电流高达800 mA。 固定频率PWM电流控制。 快速自动选择慢速衰减模式。 无需外部反激二极管。 符合14 V汽车系统。 这是一个无铅设备。 应用 汽车应用,...
发表于 07-30 19:02 223次 阅读
AMIS-30621 带LIN总线的微步电动机驱动器和控制器

AMIS-30543 微步电机驱动器

543是一款用于双极步进电机的微步进步进电机驱动器。芯片通过IO引脚和SPI接口与外部微控制器连接。它具有片上稳压器,复位输出和看门狗复位功能,可为外围设备供电。 AMIS30543包含一个电流转换表,根据NXT输入引脚上的时钟信号以及DIR(方向)寄存器或输入引脚的状态,进行下一个微步。芯片提供速度和负载角度输出。这允许基于负载角度创建失速检测算法和控制回路以调节扭矩和速度。它使用专有的PWM算法进行可靠的电流控制。 AMIS30543采用I2T100技术实现,可在同一芯片上实现高压模拟电路和数字功能。该芯片完全兼容汽车电压要求。 特性 优势 可编程峰值电流高达3A 高度集成和降低系统成本 128微步 更高的系统分辨率和更安静的电机操作 速度和负载角度输出 启用真正的无传感器闭环控制电机 可编程PWM电压斜率 优化的EMC配置文件 有源反激式二极管 降低BOM成本和提高可靠性 集成电源和监视器支持rt用于外部MCU 降低总系统复杂性和BOM成本 应用 终端产品 数控设备 工业制造设备 纺织设备 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 19:02 306次 阅读
AMIS-30543 微步电机驱动器

NCV8881 LDO稳压器 1.5 A 低压差

1由一个降压开关稳压器(SMPS)和一个SMPS输出欠压监控器和CPU看门狗电路组成。此外,还提供两个固定电压低压差稳压器输出,并共享LDO输出电压状态输出。一旦使能,稳压器操作将继续,直到看门狗信号不再存在。 NCV8881适用于必须承受40 V负载突降的汽车电池连接应用。开关稳压器能够将典型的9 V至19 V汽车输入电压范围转换为3.3 V至8 V的输出,并具有恒定的开关频率,可以通过电阻编程或与外部时钟信号同步。使能输入阈值和迟滞是可编程的,使能输入状态在开漏点火缓冲器输出处复制。稳压器受限流,输入过压和过温关断以及SMPS短路关断保护。 特性 1.5 A开关稳压器(内部电源开关) 100 mA,5 V LDO输出 40 mA,8.5 V LDO输出 工作范围5 V至19 V 可编程SMPS频率 SMPS可以同步到外部时钟 可编程SMPS输出电压低至0.8 V ±2%参考电压容差 内部SMPS软启动 电压模式SMPS控制 SMPS逐周期电流限制和短路保护 内部自举二极管 逻辑电平使能输入 使能外部电阻分压器可编程输入迟滞 启用输入状态在开放...
发表于 07-30 19:02 162次 阅读
NCV8881 LDO稳压器 1.5 A 低压差

NUD3160 继电器驱动器 48 V

微集成器件提供单组件解决方案,可以在不需要续流二极管的情况下切换感应负载,如继电器,螺线管和小型直流电机。它接受逻辑电平输入,因此允许它由各种设备驱动,包括逻辑门,逆变器和微控制器。 特性 在DC之间提供强大的接口继电器线圈和敏感逻辑 能够在12 V,24 V时驱动额定电流高达150 mA的继电器线圈或48 V 以更低的成本取代3或4个离散组件 内部齐纳二极管消除了对自由二极管的需求 符合装载转储和其他汽车规格 应用 终端产品 驱动器窗口,门闩,门和天线继电器 汽车 工业设备 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 12:02 202次 阅读
NUD3160 继电器驱动器 48 V

NUD3105D 继电器驱动器 5.0 V 双通道

备用于切换感应负载,如继电器,螺线管白炽灯和小型直流电机,无需使用空转二极管。该器件集成了所有必需的产品,如MOSFET开关,ESD保护和齐纳钳位。它接受逻辑电平输入,因此允许它由各种设备驱动,包括逻辑门,反相器和微控制器。 特性 在DC之间提供强大的驱动程序接口继电器线圈和敏感逻辑电路 优化开关继电器从3.0 V到5.0 V电压轨 能够驱动额定功率高达2.5 W,5.0 V 的继电器线圈 内部齐纳二极管消除了对续流二极管的需求 内部齐纳钳位路由引起的电流接地以实现更安静的系统操作 低VDS(on)降低系统电流排水 应用 电信:线路卡,调制解调器,答录机和传真 计算机和办公室:复印机,打印机和台式电脑 消费者:电视和录像机,立体声接收器,CD播放器,盒式录音机 工业:小家电,安全系统,自动测试设备,车库门开启器 汽车:5.0V驱动继电器,电机控制,电源锁和灯驱动器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 12:02 157次 阅读
NUD3105D 继电器驱动器 5.0 V 双通道

NUD3124 继电器驱动器 24 V

微集成器件提供单组件解决方案,可以在不需要续流二极管的情况下切换感应负载,如继电器,螺线管和小型直流电机。它接受逻辑电平输入,因此允许它由各种设备驱动,包括逻辑门,逆变器和微控制器。 特性 在DC之间提供强大的接口继电器线圈和敏感逻辑 能够在12伏特下驱动额定电流高达150 mA的继电器线圈 以更低的成本取代3或4个离散组件 内部齐纳二极管消除了对自由二极管的需求 满足负载转储和其他汽车规格 应用 终端产品 驱动窗口,门闩,门,天线继电器 汽车 工业设备 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 12:02 151次 阅读
NUD3124 继电器驱动器 24 V

MC79L 线性稳压器 100 mA 5 V 负极

0负线性稳压器是一款价格低廉,易于使用的器件,适用于需要高达100 mA电流的众多应用。与功率更高的MC7900系列负调节器一样,该线性稳压器具有热关断和电流限制功能,使其非常坚固耐用。在大多数应用中,无需外部元件即可运行。 MC79L00线性稳压器适用于卡上调节或需要适度电流水平的稳压负电压的任何其他应用。与常见的电阻/齐纳二极管方法相比,该稳压器具有明显的优势。 规格: MC79L00AB MC79L00AC 容差 4% 4% 温度范围 -40°C到+ 125°C 0°C至+ 125°C 封装 SOIC-8,TO-92 SOIC-8,TO-92 特性 无需外部组件 内部短路电流限制 内部热过载保护 低成本 提供的互补正稳压器(MC78L00系列) 无铅封装是Av ailable 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 06:02 137次 阅读
MC79L 线性稳压器 100 mA 5 V 负极

MC78L 线性稳压器 100 mA 5至24 V 正极

0A系列线性稳压器是价格低廉,易于使用的器件,适用于需要高达100 mA稳压电源的众多应用。与其更高功率的MC7800和MC78M00系列同类产品一样,这些稳压器具有内部限流和热关断功能,使其非常坚固耐用。在许多应用中,MC78L00设备无需外部组件。与传统的齐纳二极管 - 电阻器组合相比,这些线性稳压器具有显着的性能优势,因为输出阻抗和静态电流显着降低。 规格: MC78L00AB MC78L00AC 容差 4% 4% 温度范围 -40°C至+ 125°C 0°C至+ 125°C 封装 SOIC-8,TO-92 SOIC-8,TO-92,SOT -89 特性 广泛的可用固定输出电压 低成本 内部短路电流限制 内部热过载保护 无需外部组件 互补提供负调节器(MC79L00系列) 无铅封装是Av ailable 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 05:02 394次 阅读
MC78L 线性稳压器 100 mA 5至24 V 正极

FAN4868UC33X 3 MHz 同步稳压器

8是一款低功耗升压稳压器,旨在通过单节锂离子或锂离子电池提供稳定的3.3 V输出。输出电压选项固定为3.3 V,在VIN = 2.3 V时保证最大负载电流为200 mA,在VIN = 3.3 V时保证300 mA。关断模式下的输入电流小于1μA,从而最大限度地延长电池寿命。 PFM操作是自动的并且“无故障”。该稳压器可在低负载时保持低至37μA静态电流的输出调节。内置功率晶体管,同步整流和低电源电流的组合使FAN4868成为电池供电应用的理想选择.FAN4868可在6-凸点0.4 mm间距晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)。 特性 使用少量外部元件工作:1μH电感和0402外壳尺寸输入和输出电容 输入电压范围为2.3 V至3.2 V 固定3.3 V输出电压选项 最大负载电流> 150 mA,VIN = 2.3 V 最大负载电流300 mA,VIN = 2.7 V,VOUT = 3.3 V 低工作静态电流 True Load Disc关机期间的连接 具有轻载省电模式的可变导通时间脉冲频率调制(PFM) 内部同步整流器(无需外部二极管) 热关断和过载保护 6-Bump WLCSP,0.4 mm间距 应用 终端产品 为3.3 V核心导轨供电 PDA...
发表于 07-30 05:02 156次 阅读
FAN4868UC33X 3 MHz 同步稳压器

NCP302155 集成驱动器和MOSFET 55 A.

155将MOSFET驱动器,高端MOSFET和低端MOSFET集成在一个封装中。驱动器和MOSFET已针对高电流DC-DC降压功率转换应用进行了优化。与分立元件解决方案相比,NCP302155集成解决方案大大降低了封装寄生效应和电路板空间。 特性 平均电流高达55A 能够以高达2 MHz的频率切换 兼容3.3 V或5 V PWM输入 支持Intel®PowerState 4 使用3级PWM的零交叉检测选项 内部自举二极管 热警告输出和热关机 应用 终端产品 台式机和笔记本微处理器 服务器和工作站,V-Core和非V核DC-DC转换器 大电流DC-DC负载点转换器 小型电压调节器模块 电源和笔记本 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 22:02 373次 阅读
NCP302155 集成驱动器和MOSFET 55 A.

NCP303151 集成驱动器和带集成电流监视器的MOSFET

151将MOSFET驱动器,高端MOSFET和低端MOSFET集成到单个封装中。驱动器和MOSFET已针对高电流DC-DC降压功率转换应用进行了优化。与分立元件解决方案相比,NCP303151集成解决方案大大降低了封装寄生效应和电路板空间。 特性 能够达到50 A的平均电流 30 V / 30 V击穿电压MOSFET具有更高的长期可靠性 能够以高达1 MHz的频率切换 与3.3兼容V或5 V PWM输入 正确响应3级PWM输入 精确电流监测 具有3级PWM的过零检测选项 内部自举二极管 欠压锁定 支持英特尔®PowerState 4 应用 桌面和笔记本微处理器 图形卡 路由器和交换机 支持英特尔®PowerState 4 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 22:02 710次 阅读
NCP303151 集成驱动器和带集成电流监视器的MOSFET

NCP302055 集成驱动器和MOSFET 50 A.

055将MOSFET驱动器,高端MOSFET和低端MOSFET集成在一个封装中。驱动器和MOSFET已针对高电流DC-DC降压功率转换应用进行了优化。与分立元件解决方案相比,NCP302055集成解决方案大大减少了封装寄生效应和电路板空间。 特性 平均电流高达50A 能够以高达2 MHz的频率切换 兼容3.3 V或5 V PWM输入 支持Intel®PowerState 4 使用3级PWM的零交叉检测选项 内部自举二极管 热警告输出和热关机 热关机 应用 终端产品 台式机和笔记本微处理器 服务器和工作站,V -Core和非V-DC DC-DC转换器 大电流DC-DC负载点转换器 小型电压调节器模块 电源和笔记本 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 21:02 272次 阅读
NCP302055 集成驱动器和MOSFET 50 A.

NCV8872 汽车级非同步升压控制器

2是一款可调输出非同步升压控制器,用于驱动外部N沟道MOSFET。该器件采用峰值电流模式控制和内部斜率补偿。该IC集成了一个内部稳压器,为栅极驱动器提供电荷。保护功能包括内部设置软启动,欠压锁定,逐周期电流限制,打嗝模式短路保护和热关断。其他功能包括低静态电流睡眠模式和外部同步开关频率。 特性 优势 工厂可编程 灵活性 4.8 V至45 V操作 使用反极性保护二极管通过起动和负载转储进行操作 -40 C至150 C操作 汽车级 双功能启用/同步引脚 紧凑SOIC8包中的额外功能 应用 终端产品 仪表盘 引擎集群 启动/停止应用程序 导航 LED背光 汽车应用 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 21:02 154次 阅读
NCV8872 汽车级非同步升压控制器

NCP81174 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

74是一款通用型四相同步降压控制器。它结合了差分电压检测,差分相电流检测和PWM VID接口,为计算机或图形控制器提供精确的稳压电源。它可以从处理器接收节电命令(PSI),并以单相二极管仿真模式工作,以获得轻载时的高效率。双边沿多相PWM调制确保快速瞬态响应,并尽可能减少电容。 应用 终端产品 GPU和CPU电源 显卡的电源管理 台式电脑 笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 18:02 414次 阅读
NCP81174 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器