Скориставшись основним рівнянням, що визначає частоту коливань інвертора з насичуючої сердечником, можна глибше зрозуміти його роботу. У класичній теорії трансформаторів є співвідношення:

де:

Е – амплітуда синусоїдальної напруги в обмотці (прикладеної або індукованого),

/ – Частота в герцах,

N – число витків обмотки,

ФМАХ ~ ~ Амплітуда магнітного потоку в сердечнику.

Це рівняння пов’язує основні параметри: амплітуду напруги, частоту, число витків і величину магнітного потоку. Звичайно, конструктор трансформатора повинен знати, як залежить коефіцієнт трансформації напруги від співвідношення числа витків в обмотках, і дещо про методи розрахунку перерізу мідних проводів. Інші деталі теж мають значення для успішного конструювання трансформаторів, однак, згаданих вище параметрів достатньо для цілей, поставлених у цій книзі.

Оскільки ми збираємося сконцентрувати увагу на частоті інвертора з насичуючої сердечником, то зручно вирішити це рівняння щодо частоти.

Перш ніж ми застосуємо це рівняння до инвертору з насичуючої сердечником, необхідно з’ясувати, в чому відмінність процесів в трансформаторі інвертора від процесів у звичайних силових трансформаторах. Відмінності полягають у наступному:

1. У трансформаторі інвертора сигнали мають не синусоїдальну форму, а форму меандру.

2. Ми вже знаємо, що ФМАХ визначається значенням магнітного потоку насичення в осерді. Конструктори класичних трансформаторів уникають області насичення, але це необхідний і дуже зручний конструкторський параметр, що дозволяє досягати максимальної ефективності та оптимального функціонування інверторів з насичуючої сердечником.

3. При конструюванні інверторів з насичуючої сердечником зазвичай зручно використовувати співвідношення:

де:

BSAT – Магнітна індукція насичення матеріалу сердечника,

А – площа поперечного перерізу сердечника.

Зручність полягає в тому, що виробники сердечників призводять саме цю інформацію в своїй літературі.

Тепер можна вивести співвідношення для частоти інвертора з насичуючої сердечником. Перш за все, ми повинні зробити відповідну поправку для сигналів у формі меандру. Відношення амплітудних значень до середніх для синусоїдальної форми сигналів становить 1.11.Меандр унікальний в тому сенсі, що амплітудне, середнє і ефективне значення у нього рівні. Тому, щоб модифікувати співвідношення для частоти з метою використання його для сигналів у формі меандру замість синусоїди, необхідно розділити 4.44 на 1.11.

Вираз для / тоді набирає вигляду:

де: / – частота в Герцах,

Е – напруга в обмотці (див. наступний абзац),

N – число витків половини первинної обмотки,

В sat ~ ~ магнітная індукція насичення матеріалу сердечника,

А – площа поперечного перерізу сердечника.

У цьому виразі величина Е означає пікове напруга, що припадає на половину первинної обмотки, тобто від центрального відводу до приєднаного до емітера або колектора в будь-якій схемі, вказаної на рис. 2.1 або 2.3. Проте в більшості практичних застосувань простіше і зручніше скористатися досить точної апроксимацією складається в тому, що величина Е дорівнює напрузі джерела живлення.

Для вимірювання площі в BSAT і А можна використовувати будь-які одиниці, якщо вони одні й ті ж. Так якщо BSAT виражено в деяких одиницях на квадратний сантиметр, то і А має виражатися в квадратних сантиметрах.

Важливість рівняння для частоти коливань

Хоча величини, що входять у співвідношення для частоти, дуже інформативні, цікаво подивитися які параметри не увійшли до нього. Наприклад, очевидно, що не увійшли параметри таких елементів як конденсатор або коливальний контур. Немає ні опору, ні числа витків обмотки зворотного зв’язку. Хоча індуктивність і присутній в неявному вигляді, оскільки пов’язана з числом витків первинної обмотки, проте, зовсім не враховується її зв’язок з магнітною проникністю сердечника і площею петлі гистерезиса. Жоден з цих факторів, включаючи і характеристики транзисторів, не визначають частоту коливань, за винятком можливого впливу у вигляді ефектів другого порядку на величину Е (те ж саме може бути сказано і по відношенню до температури, за винятком її впливу на BSAT і Е).

Легко бачити, що стабільність частоти в инвертор з насичуючої сердечником може бути зроблена досить високою. Оскільки для сердечника є матеріали, у яких величина BSAT майже постійна в широкому діапазоні температур, то досить сконструювати джерело постійної напруги зі стабілізованою вихідним напругою, що не дуже важко. Єдиними параметрами, які можуть змінюватися, залишаються падіння напруги на транзисторах і падіння напруги на проводах первинної обмотки. Зміна величини цих двох напруг може впливати на величину Е і, тому, на частоту. Якщо використовувати для обмоток проводу відповідного перерізу, джерело живлення з досить великим напруженням і забезпечити достатньо великий струм в базі транзисторів, щоб ввести їх в режим насичення, то частота може бути зроблена навіть більш стабільною, ніж зазвичай потрібно при використанні інверторів. Стабільність частоти сама по собі не найважливіша проблема, однак стабільність дає впевненість, що можна сконструювати інвертори з передбачуваними характеристиками.

Джерело: І.М.Готтліб Джерела живлення. Інвертори, конвертори, лінійні і імпульсні стабілізатори. Москва: Постмаркет, 2002. – 544 с.