Расчёт импульсного преобразователя напряжения с топологией SEPIC

Вторичная обмотка будет состоять из склеенных и спаянных между собой полиамидных
плат с двухсторонней металлизацией следующего состава:
Полиамид толщиной 25 мкм, на нём с каждой стороны адсорбционный слой 20 мкм,
потом по 18 мкм меди на адсорбционном слое с каждой стороны, потом с одной стороны
изоляция толщиной 27,5 - 37,5 мкм, т.е. двухслойная плата с изоляцией с одной стороны:
25+20+20+18+18+37=138 мкм. Толщина двухсторонней платы с изоляцией с обеих сторон
138+37=175 мкм. Т.е. стопка плат будет состоять из двух двухсторонних плат с изоляцией с
двух сторон снаружи и остальных двухслойных плат с изоляцией с одной стороны - внутри.
Первичная
обмотка
трансформатора
представляет
собой
двухслойную
стеклотекстолитовую плату, толщиной 0,6 мм, на обоих сторонах которой разведено по 1-му
витку. Можно подключать либо один из витков, либо два сразу, - для изменения
характеристики трансформатора. Вторичная обмотка состоит из двух одинаковых стопок (см.
выше), одна из которых располагается над, а другая под платой первичной обмотки. Для
исключения электрического пробоя между платами первичной и вторичных обмоток между
ними предусмотрен изоляционный слой из изоляционной плёнки толщиной по 0,2 мм с каждой
стороны первичной обмотки. Трансформатор собирается на двух сердечниках ELP 22/6/16.
Сердечники больших размеров не проходят по габаритам колбы лампы, сердечники меньших
размеров требуют высокой частоты входного напряжения, что порождает ряд проблем,
связанных с энергетическими потерями.
В указанных габаритах колбы лампы возможны два варианта размещения
высоковольтных трансформаторов одного и того же типоразмера, собранных на двух
сердечниках ELP 22/6/16; три трансформатора, соединённых последовательно, и четыре
трансформатора, соединённых последовательно (все трансформаторы одинаковые). Варианты
отличаются электрическими характеристиками, в первом случае амплитуда и частота
напряжения первичной обмотки трансформатора выше, чем во втором случае; однако такой
вариант позволяет сэкономить место для части схемы выпрямления. Поэтому предлагается
поработать с обоими схемами, чтобы определить оптимальный вариант.
Трансформатор на сердечнике ELP 22/6/16 (каталожный номер В66285 EPCOS)
E22 и E22
Параметры сердечника:
площадь стержня 77.9 мм2 , размер окна ((16,8-0,4)-5,1)/2= 5,65 мм по ширине, и по высоте
(3,2-0,1)х2= 6,2 мм (площадь окна 35,03 мм2)
При проектных нормах печатной платы дорожка 100мкм и зазор 100мкм на один виток
необходимо 0,2 мм ширины зазора. Учитывая необходимость электрической изоляции между
металлом крайнего витка платы вторичной обмотки и краем платы, определяем это расстояние
в 0,5 мм. Тогда в окно 5,65 мм - 2х0,5 мм = 4,65 мм можно уложить 4,65/0,2=23 витка.
23х2= 46 витков будет иметь двухсторонняя плата вторичной обмотки.
Стопка плат, составленная из двухсторонних плат, которые уместяться по высоте в 5,1
мм (6,2 мм минус высота платы первичной обмотки (0,6мм), минус материал изоляции между
платами (0,5 мм)): 5,1/(2х0,175+Хх0,138) => 5,1-(2х0,175)=4,80 => 4,80/0,138=34 платы
двухсторонних с изоляцией с одной стороны. Всего вторичная обмотка будет состоять из
34+2=36 двухсторонних плат с общим количеством витков 36х46=1656 .
Если бы предполагалась необходимость одному трансформатору обеспечить 25 000
Вольт выходного напряжения, тогда:
На одну плату приходилось бы: 25000/36 = 695 В
ЭДС одного витка была бы равна 25000/1656 = 15,1 В, а частота при этом была бы:
f= E0/(Sc*4*В) = 15,1/(77,9E-6х4х0,15E-3) = 323,06 кГц. Из-за высокой частоты применить один
трансформатор для питания лампы будет затруднительно. Поэтому было рассмотрено два
варианта применения этих трансформаторов для питания лампы с приемлемыми амплитудой и
частотой, подаваемых на первичную обмотку трансформатора.
Вариант с тремя последовательно соединёнными трансформаторами будет иметь
следующие характеристики:
1656х3 = 4968 витков, т.е. ЭДС одного витка первичной обмотки при создаваемых
28000 Вольт: 28000/4968 = 5,63 В , а частота этого напряжения первичной обмотки должна
быть: f= E0/(Sc*4*В) = 5,63/(77,9E-6х4х0,15E-3) = 120,45 кГц.
Вариант с четырьмя последовательно соединёнными трансформаторами будет иметь
следующие характеристики:
1656х4 = 6216 витков, т.е. ЭДС одного витка первичной обмотки при создаваемых
28000 Вольт: 28000/6216 = 4,5 В , а частота этого напряжения первичной обмотки должна быть:
f= E0/(Sc*4*В) = 4,5/(77,9E-6х4х0,15E-3) = 96,27 кГц.
Ток максимальный: 5 мА
Габаритные размеры: 31х22х12 (возможен +1 мм по каждому габариту в результате более
«толстой» финишной изоляции трансформатора).
Параметры
трансформатора
Сердечники Е22 + Е22
Последовательно
три трансформатора
Последовательно
четыре трансформатора
Название
22D
22Dх3
22Dх4
максимальное
количество плат
36
108
144
Вольт на одну
плату
28000/36= 778
28000/108= 260
28000/144= 195
Количество
витков на
двухсторонней
плате
46
46
46
Е0, Вольт на
виток
15,1
5,63
4,5
Рабочая частота
323,06 кГц
120,45 кГц
96,27 кГц
Максимальное
напряжение,
Вольт
28000
28000
28000
Максимальный
ток, мА
5
5
5
Габаритные
размеры, мм
31х22х12
31х22х12 три штуки
31х22х12 четыре штуки
Паспорт
Да
Да
Да
Материал полиамидной печатной платы SF302 101820DE.
Максимальная индукция сердечника во всех вариантах: 150 мТс.