Расчет трансформатора для импульсного блока питания: Расчёт и изготовление трансформатора для импульсного блока питания

Расчёт и изготовление трансформатора для импульсного блока питания

«Как-то лет в 12 нашёл я старый трансформатор, слегка перемотал его и включил. Энергосистема опознала нового радиотехника и приветливо моргнула всем домом. Вот так я и начал изучать силовую электронику». А тем временем традиционные линейные источники питания на силовых трансформаторах всё чаще стали вытесняться своими импульсными коллегами. При этом, что бы там не говорили авторитетные товарищи про многочисленные технические достоинства импульсных преобразователей, плюс у них только один – массогабаритные показатели. Всё остальное – сплошной минус. Однако этот единственный плюс оказался настолько жирным, что заслонил собой все многочисленные минусы, особенно в тех замесах, когда к электроустройствам не предъявляется каких-либо жёстких требований. Наиболее популярными среди радиолюбителей стали сетевые источники питания, собранные на микросхемах IR2153 и IR2155, которые представляют из себя самотактируемые высоковольтные драйверы, позволяющие получать полумостовые импульсные блоки питания мощностью до 1,5 кВт с минимальной обвязкой. И если сердце импульсного блока питания колотится внутри готовой буржуйской микросхемы, то главным, ответственным за электрохозяйство среди остальных наружных образований, безусловно, является правильно выполненный трансформатор. Для наших высокотоковых дел лучше всего применять трансформаторы с тороидальным магнитопроводом. В сравнении с другими сердечниками они имеют меньший вес и габариты, а также отличаются лучшими условиями охлаждения обмоток и повышенным КПД. Но самое главное – при равномерном распределении обмоток по периметру сердечника практически отсутствует магнитное поле рассеяния, что в большинстве случаев отметает потребность в тщательном экранировании трансформаторов. По сути дела, умных статей в сети на предмет расчёта импульсных трансформаторов великое множество, с картинками, формулами, таблицами и прочими авторитетными причиндалами. Наблюдаются в свободном доступе и многочисленные онлайн-калькуляторы на интересующую нас тематику. И снизошла б на нас благодать неземная, кабы вся полученная информация сложилась в наших любознательных головах в единое большое целое. Да вот, что-то не получается. Ништяк обламывается из-за того, что следуя этими различным компетентным источникам, мы устойчиво получаем на выходе и различные результаты. Вот и гуляют по сети идентичные радиолюбительские схемы импульсных блоков питания на IR2153 с идентичными заявленными характеристиками, трансформаторами на одних и тех же кольцах, но радикально не идентичным количеством витков первичных обмоток трансформаторов. А когда эти различия выражаются многими разами, то возникает желание “что-то подправить в консерватории”. Объясняется это желание просто – существенной зависимостью КПД устройства от значения индуктивности, на которую нагружены ключевые транзисторы преобразователя. А в качестве этой индуктивности как раз и выступает первичная обмотка импульсного трансформатора. А для лучшего восприятия сказанного, приведу типовую схему источника питания на IR2153, не обременённую ни устройством защиты, ни какими-либо другими излишествами. Рис.1 Схема проверена временем и многочисленными опытами изрядно пощипанных током, неустрашимых радиолюбителей, так что не работать в ней – просто нечему. Ну и наконец, переходим к расчёту импульсного трансформатора. Мотать его будем на бюджетных низкочастотных ферритовых кольцах отечественного производителя 2000НМ или импортных – EPCOS N87, а для начала определимся с габаритной мощностью тороидального ферритового магнитопровода. Концепция выбора габаритной мощности с запасом в 10% от максимальной мощности в нагрузке, заложенная в режимы автоматического подбора сердечника в большинстве калькуляторов, хотя и не противоречит теоретическим расчётам, учитывающим высокий КПД импульсного трансформатора, но всё же наводит на грустную мысль о ненадлежащей надёжности и возможной скорой кончине полученного моточного изделия. Куда мне ближе трактовка этого параметра, описанная в литературе: Pгаб>1,25×Рн . Расчёты поведём исходя из частоты работы преобразователя IR2153, равной 50 кГц. Почему именно такой? Не ниже, потому что такой выбор частоты позволяет нам уложиться в достаточно компактные размеры ферритового сердечника, и при этом гарантирует полное отсутствие сигналов комбинационных частот ниже 30 кГц при работе девайса в составе качественной звуковоспроизводящей аппаратуры. А не выше, потому что мы пилоты… А феррит у нас низкочастотный и может почахнуть и ответить значительным снижением магнитной проницаемости при частотах свыше 60-70 кГц. Не забываем, что сигнал, на выходах ключей имеет форму меандра и совокупная амплитуда гармоник, с частотами в 3-9 раз превышающими основную, имеет весьма ощутимую величину. Параметры первичной обмотки трансформатора рассчитаем при помощи программы Lite-CalcIT, позволяющей, на мой взгляд, вполне адекватно оценить как размер сердечника, так и количество витков первичной обмотки. Результаты сведём в таблицу.  Мощность блока    питания, Вт    Размеры кольца, мм ;    (габаритная мощность, Вт)    Количество витков    первичной обмотки    Индуктивность     обмотки, мГн 25  R 20×12×6 2000НМ (33,8 Вт)   R 22,1×13,7×6,35 №87 (51,5 Вт)  208 (d=0,25мм)   152 (d=0,25мм)   51,9 30,9 50  R 22,1×13,7×12,5 №87 (100,1 Вт)   R 22,1×13,7×7,9 №87 (63,9 Вт)   R 27×18×6 2000НМ (85,3 Вт)  78 (d=0,35мм)   122 (d=0,35мм)   185 (d=0,35мм)   15,9 24,8 32,8 100  R 28×16×9 2000НМ (136 Вт)   R 32,0×20,0×6,0 №27 (141 Вт)  93 (d=0,5мм)   139 (d=0,5мм)   17,0 19,3 200  R 28×16×18 2000НМ (268 Вт)   R 29,5×19,0×14,9 №87 (297 Вт)   R 30,5×20,0×12,5 №87 (265 Вт)   R 34,0×20,5×10,0 №87 (294 Вт)   R 34,0×20,5×12,5 №87 (371 Вт)   R 38×24×7 2000НМ (278 Вт)  47 (d=0,7мм)   52 (d=0,7мм)   62 (d=0,7мм)   61 (d=0,7мм)   49 (d=0,7мм)   102 (d=0,7мм)   8,7 7,8 8,9 8,3 6,7 13,2 400  R 36,0×23,0×15,0 №87 (552 Вт)   R 38×24×14 2000НМ (565 Вт)   R 40×25×11 2000НМ (500 Вт)  42 (d=1,0мм)   51 (d=1,0мм)   61 (d=1,0мм)   5,2 6,6 7,6 800  R 40×25×22 2000НМ (998 Вт)   R 45×28×16 2000НМ (1036 Вт)   R 45×28×24 2000НМ (1580 Вт)  31 (d=1,6мм)   37 (d=1,6мм)   25 (d=1,6мм)   3. 9 4,1 2,8 1500  R 50,0×30,0×20,0 №87 (1907 Вт)   R 58,3×32,0×18,0 №87 (2570 Вт)  21 (d=2×1,5мм)   18 (d=2×1,5мм)   2,0 1,5 Как следует мотать первичную обмотку трансформатора? Рис. 2   а) б) в) г) д) Если используются кольца 2000НМ отечественного производителя, то для начала – посредством наждачной бумаги скругляем наружные острые грани до состояния, приведённого на Рис.2 а). Далее на кольцо следует намотать термостойкую изоляционную прокладку (Рис.2 б). В качестве изоляционного материала можно выбрать лакоткань, стеклолакоткань, киперную ленту, или сантехническую фторопластовую ленту. Для буржуйских колец фирмы EPCOS первые два пункта практической ценности не имеют. Настало время намотать однослойную обмотку «виток к витку» (Рис.2 в). Обмотка должна быть равномерно распределена по периметру магнитопровода – это важно! Если в закромах радиолюбительского хозяйства не завалялся обмоточный провод необходимого диаметра, то обмотку можно намотать сразу в два, или несколько проводов меньшего диаметра (Рис.2 г). Не забываем, что зависимость тока от диаметра квадратичная и если, к примеру, нам надо заменить провод диаметром 1мм, то это будет не два провода по 0,5мм, а четыре (или два провода по 0,7мм). Ну и для завершения первичного процесса поверх первичной обмотки трансформатора наматываем межобмоточную прокладку – пару слоёв лакоткани или другой изолирующей ленты (Рис.2 д). А вот теперь мы плавно переходим к выполнению второй части упражнения. Казалось бы, расчёты количества витков вторичной обмотки импульсного трансформатора настолько банальны и очевидны, что, как говаривал товарищ Мамин-Сибиряк – «яйца выеденного не стоят». Да только вот опять – не складываются куличики в пирамидку, потому как далеко не каждый источник информации радует ожидаемым результатом. Поэтому для начала приведём формулу зависимости выходного напряжения от соотношения количества витков обмоток: W1    (Uвх – Uдм1)/2 – Uнас , W2         (Uвых+Uдм2) где Uвх – значение выпрямленного напряжения сети, равное 1,41×220≈310В, Uдм1 – падение напряжения на входном диодном мосте ≈ 1В, Uдм2 – падение напряжения на выходном диодном мосте ≈ 1В, Uнас – напряжение насыщения на ключевом транзисторе ≈ 1,6В. Подставив значения, получаем конечную формулу W2 = W1×(Uвых+1)/153. Это формула верна для случаев, когда мы хотим получить расчётное значение выходного напряжения на холостом ходу. Если же данный параметр нас интересует при максимальном токе нагрузки, то практика показывает, что количество витков вторичной обмотки следует увеличить на 10%. Теперь, что касается диаметра провода вторичной обмотки трансформатора. Диаметр этот достаточно просто вычисляется по формуле: D = 1,13×√ I / J, где I – ток обмотки, а J – параметр плотности тока, напрямую зависящий от мощности трансформатора и принимающий для кольцевых сердечников значения: ≈4,5 для мощностей до 50Вт;  ≈4 для 50-150Вт;  ≈3,25 для 150-300Вт и  ≈2,75 для 300-1000Вт. И в завершении приведу незамысловатый калькулятор для расчёта параметров вторичной обмотки импульсного трансформатора. Точно так же, как и в случае с первичной обмоткой – вторичная должна быть как можно более равномерно распределена по периметру магнитопровода. Количество вторичных обмоток ограничено только размерами магнитопровода. При этом суммарная величина снимаемых с обмоток мощностей не должна превышать расчётную мощность трансформатора. При необходимости поиметь двуполярный источник питания, обе обмотки следует мотать одновременно, затем присовокупить начало одной обмотки к концу другой, а уже потом направить это соединение, в зависимости от личных пристрастий – к земле, средней точке, общей шине, корпусу, или совсем на худой конец – к GND-у. Ну что ж, с трансформатором определились, пора озадачиться полным джентльменским набором настоящего мужчины – плавками с меховым гульфиком, а главное, непосредственно импульсным блоком питания, оснащённым такими значимыми прибамбасами, как устройства мягкого пуска и защиты от токовых перегрузок и КЗ. Всё это хозяйство подробно опишем на странице Ссылка на страницу.

Расчет трансформатора для обратноходового импульсного источника питания (Flyback)

Популярность обратноходовых источников питания (ОИП, Flyback) последнее время сильно возросла в связи с простотой и дешевизной этого схемного решения – на рынке можно часто встретить интегральные схемы, включающие в себя практически всю высоковольтную часть такого источника, пользователю остается только подключить трансформатор и собрать низковольтную часть по стандартным схемам. Для расчета трансформаторов также имеется большое количество программного обеспечения – начиная от универсальных программ и заканчивая специализированным ПО производителей интегральных схем.

Сегодня же я хочу поговорить о ручном расчете импульсного трансформатора. «Зачем это нужно?», может спросить читатель. Во-первых, ручной расчет трансформатора подразумевает полное понимание процессов, происходящих в источнике питания, чего зачастую не происходит, если начинающий радиолюбитель рассчитывает трансформатор в специальном ПО. Во-вторых, ручной расчет позволяет выбирать оптимальные параметры функционирования источника (и иметь представление, какой параметр в какую сторону надо изменить для достижения заданного результата) еще на этапе разработки.

Итак, начнем. Структурная схема ОИП представлена на рис. 1. Он состоит из следующих основных функциональных узлов: ключ Sw, трансформатор Т1, выпрямитель выходного напряжения VD1 и C2, фильтр высокочастотных помех С1 и снаббер Snb.

Рис. 1

Работает такой источник следующим образом (см. упрощенные графики на рис. 2): в начальный момент времени t0 ключ Sw открывается, подавая входное напряжение Uin на первичную обмотку трансформатора Т1. В это время напряжение на нижнем выводе обмотки I (точка а) равно нулю (относительно отрицательного провода входного напряжения), в обмотке I начинает линейно нарастать ток, а на обмотке II появляется напряжение, пропорциональное коэффициенту трансформации Т1 (UoutInv). Но полярность этого напряжения оказывается отрицательной (на верхнем по схеме выводе обмотки II, точка b), поэтому диод VD1 закрыт и напряжение на выходной конденсатор С2 не проходит. За промежуток Ton (от t0 до t1) ток через обмотку I линейно нарастает до значения Imax, и энергия запасается внутри трансформатора Т1 в виде магнитного поля.

Рис. 2

В момент времени t1 ключ Sw резко закрывается, ток через обмотку I прекращается и в ней возникает ЭДС самоиндукции, направленная так, чтобы продолжить прекратившийся ток. В этот момент обмотка I сама становится источником напряжения. Так получается потому, что энергия в катушке индуктивности запасается в виде тока (на самом деле, в виде магнитного поля, но он пропорционален току через катушку, поэтому формула энергии в катушке A = LI²/2), но по закону сохранения энергии она не может исчезнуть бесследно, она должна куда-то перейти. Следовательно, ток в катушке не может прекратиться мгновенно, поэтому катушка сама становится источником напряжения, причем любой амплитуды (!) – такой, чтобы обеспечить сразу после закрытия ключа продолжение того же самого тока Imax. Это является первой важной особенностью катушки индуктивности, которую следует запомнить – при резком прекращении тока в катушке, она становится источником напряжения любой амплитуды, пытаясь поддержать прекратившийся в ней ток, как по направлению, так и по амплитуде. Какой же именно «любой» амплитуды? Достаточно большой, чтобы, например, вывести из строя высоковольтный ключ или образовать искру в свече зажигания автомобиля (да, в зажигании автомобиля использует именно это свойство катушек индуктивности).

Все, что описано выше так и происходило бы, если бы обмотка I была единственной обмоткой трансформатора Т1. Но в нем еще есть обмотка II, индуктивно связанная с I. Поэтому, в момент времени t1 в ней тоже возникает ЭДС, направленная так, что в точке b оказывается плюс по отношению к земле. Эта ЭДС открывает диод VD1 и начинает заряжать конденсатор C2 током I2max. Т.е. заряд конденсатора C2 и передача энергии в нагрузку происходит в тот момент времени, когда ключ Sw закрыт. Именно поэтому источники питания, построенные по такому принципу, называют обратноходовыми – потому что в них нет прямой передачи энергии из высоковольтной части в низковольтную, энергия сначала запасается в трансформаторе, а потом отдается потребителю.

В интервал времени от t1 до t2 линейно спадающий от I2max до 0 ток I2 вторичной обмотки поддерживает магнитное поле внутри катушки в соответствии с законом сохранения энергии и не дает напряжению на первичной обмотке (т.к. они индуктивно связаны) вырасти до неконтролируемого значения. Напряжение на обмотке I в этот момент становится равно напряжению выхода, умноженному на коэффициент трансформации Т1. Однако, полярность этого напряжения такова, что оно складывается с входным напряжением Uin и прикладывается к закрытому ключу Sw. Т.е. на закрытый ключ Sw прикладывается напряжение больше входного! Это также является важной особенностью ОИП, которую следует запомнить.

В момент времени t2 энергия, запасенная в трансформаторе Т1 заканчивается, диод VD1 закрывается, напряжение в точке b становится равным нулю, в точке a – входному напряжению питания, и все процессы в схеме прекращаются до момента t3, когда весь цикл повторяется с самого начала. При этом, в интервалах времени t0-t1 и t2-t4 питание нагрузки осуществляется исключительно за счет энергии, запасенной выходным конденсатором С2.

Описанный режим работы ОИП называется режимом разрывных токов – т.е. за интервал Toff (t1-t3) вся энергия, запасенная в трансформаторе Т1 передается в нагрузку, поэтому, в момент t3 ток через первичную обмотку I начинает нарастать с нуля. Существует также режим неразрывных токов, когда на момент t3 некоторая часть энергии еще продолжает находиться в трансформаторе Т1, и ток через обмотку I в момент t3 начинается не с нулевого значения. Данный режим имеет свои особенности, преимущества и недостатки, о которых мы поговорим в следующий раз.

Итак, какими основными особенностями обладает ОИП в режиме разрывных токов? Выпишем основные пункты:

1. Передача энергии от источника к потребителю в ОИП не идет напрямую, энергия сначала запасается в трансформаторе, а затем передается в нагрузку. Это однозначно определяет фазировку первичной и вторичной обмоток, а также заставляет использовать только однополупериодный выпрямитель на выходе блока. Также отсюда следует неявный вывод 2, который, как показала моя личная практика, к сожалению, не до конца понимают даже достаточно опытные конструкторы блоков питания.
2. Максимальная мощность, которую может выдать ОИП в нагрузку, кроме всего прочего, ограничена максимальным количеством энергии, которую может запасти трансформатор! А это, в свою очередь, определяется конструктивными особенностями сердечника и не зависит от обмоток и количества их витков (ниже в статье я рассмотрю данный «парадокс» отдельно и приведу математические доказательства). Эта особенность ограничивает применение ОИП там, где нужны большие выходные мощности.
3. Низковольтная цепь ОИП состоит из диода, конденсатора и, возможно, дополнительных фильтрующих элементов. Однако, в ОИП первым всегда стоит диод, затем идет конденсатор и никак иначе.
4. В установившемся режиме работы ОИП количество энергии, полученное первичной обмоткой I трансформатора Т1 за время Ton равно (без учета потерь) количеству энергии, отданному обмоткой II за время Toff. Поскольку скорость приема или отдачи энергии катушкой определяется напряжением на ней, то зависимость между напряжением «заряда» и «разряда» определяется именно интервалами Toff и Ton. Т.е., по сути, в самом сложном режиме работы блока Duty cycle (коэффициент заполнения, D), равный Ton/(Ton + Toff) определяет отношение обратного напряжения на обмотке I к напряжению питания Uin. Этот пункт будет пояснен подробнее ниже.
5. По закону сохранения энергии, ток I2max, отдаваемый обмоткой II в нагрузку в момент времени t1 численно равен току Imax, только что протекавшему в первичной обмотке, умноженному на отношение количества витков в обмотке I к количеству витков в обмотке II (пояснение ниже).
6. Импульсное значение тока I2max значительно превышает средний выходной ток блока питания (в 2.5 и более раз), поэтому на выпрямительном диоде VD1 может рассеиваться значительная мощность. Именно эта особенность ограничивает применение ОИП там, где нужны большие выходные токи.
7. То же самое (высокое импульсное значение тока) относится и к вторичной обмотке II.
8. Обратное напряжение на диоде VD1 в несколько раз выше выходного напряжения. Это происходит из-за того, что обычно обратное напряжение на первичной обмотке (которое является прямым для диода) выбирается в несколько раз ниже входного, поэтому входное (которое является обратным для диода) после трансформации оказывается в несколько раз выше выходного.

Пояснение к п. 4. Из физики мы помним формулу для катушки индуктивности:

U(t) = L*(dI(t)/dt),

которая означает, что напряжение на катушке прямо пропорционально ее индуктивности, умноженной на скорость изменения тока в ней. Что это нам дает? Прежде всего, то, что если мы прикладываем к катушке постоянное напряжение U, то скорость изменения тока в ней постоянна. Это позволяет переписать формулу для постоянного напряжения без дифференциалов:

U = L*(ΔI/Δt),

и именно в соответствии с этой формулой графики тока на рис. 2 прямые. Далее, если мы прикладываем напряжение Uin к катушке на время Ton, ток в ней возрастет до значения

Imax = Uin*Ton/L

Теперь мы хотим (в самом нагруженном режиме работы), чтобы вся энергия катушки, которую мы только что набрали, была передана в нагрузку за интервал Toff, т.е. на момент t3 ток в катушке должен упасть до нуля. Здесь для упрощения представим, что мы как подаем, так и снимаем напряжение/ток с одной и той же катушки I, позже я объясню, почему такое допущение возможно. Посчитаем, на какое напряжение мы можем «разряжать» катушку, чтобы ток в момент t3 достиг нуля:

Udis = L*Imax/Toff,

Подставляем и упрощаем:

Udis = L*Uin*Ton/(L*Toff) = Uin*Ton/Toff

Т. е. напряжение, на которое мы должны «разряжать» катушку в моменты закрытия ключа Sw зависит только от входного напряжения и интервалов «заряда»-«разряда». Вспомним формулу коэффициента заполнения D:

D = Ton/(Ton + Toff),

таким образом:

Udis = Uin*D/(1 – D)

Но, напряжение, на которое мы «разряжаем» катушку – это и есть то обратное напряжение, которое возникает в первичной обмотке в моменты закрытия ключа. Т.е. мы получили, что оно зависит только от входного напряжения и коэффициента заполнения D и определяется формулой:

Uinv = Uin*D/(1 – D)

При работе в реальных условиях значение коэффициента заполнения D будет меняться в зависимости от входного напряжения и нагрузки блока питания. Свое максимальное значение D будет принимать при минимальном входном напряжении и максимальной выходной мощности — этот режим работы считается самым сложным, и данное максимальное значение D и задается при проектировании блока. Что будет в те моменты, когда входное напряжение блока будет выше или нагрузка будет неполной? D будет принимать меньшие значения, т. к. от более высокого напряжения энергия быстрее «запасется» в первичной обмотке, или же (в случае меньшей нагрузки) надо просто «запасать» меньшее количество энергии. В любом случае, обратное напряжение на первичной обмотке будет всегда одинаковым, т.к. оно жестко связано с выходным напряжением, а то, в свою очередь, стабилизируется схемой. Итак, максимальное обратное напряжение на ключе равно:

Usw = Umax + Umin*D/(1 – D)

Это важный момент при проектировании ОИП, т.к. обычно максимальное обратное напряжение на ключе является исходным параметром, т.е. максимальный коэффициент заполнения D также является исходной величиной. На практике обычно применяют следующие максимальные значения D: 25% (1/4), 33% (1/3) и реже 50% (1/2). Как вы понимаете, в последнем случае максимальное обратное напряжение на ключе будет равно удвоенному минимальному входному напряжению, что усложняет выбор полупроводникового прибора. Более низкие максимальные значения D, в свою очередь, снижают максимальную мощность при том же токе Imax, затрудняют процесс управления ключом Sw и снижают стабильность работы блока.

Почему же здесь мы применили допущение, что мы как подаем энергию, так и снимаем ее с первичной обмотки I, и что будет в реальности, когда снимается энергия с катушки II? То же самое. Напряжение на выводах любой обмотки трансформатора пропорционально скорости изменения магнитного поля в сердечнике (а поле пропорционально току, поэтому напряжение пропорционально скорости изменения тока). Поэтому не важно, с какой обмотки мы будем снимать энергию, если мы будем делать это с одной и той же скоростью, магнитное поле в трансформаторе будет уменьшаться одинаково, а на выводах первичной обмотки будет одно и то же напряжение. Но на какое напряжение надо «разряжать» вторичную обмотку, чтобы снятие энергии происходило с той же самой скоростью? Для этого сначала рассмотрим ток во вторичной обмотке.

Пояснение к п. 5. Пусть обмотка I имеет N1 витков, в то время как обмотка II – N2. Магнитное поле создается током, проходящим через каждый виток катушки, т.е. оно пропорционально произведению I*N. Тогда, получаем Imax*N1 = I2max*N2 (исходя из того, что обе обмотки намотаны в абсолютно одинаковых условиях), отсюда начальный ток вторичной обмотки:

I2max = Imax*N1/N2

Итак, ток во вторичной обмотке будет в N1/N2 раз выше, чем в первичной. Но на какое напряжение мы должны «разряжать» вторичную обмотку, чтобы к моменту t3 потратить всю энергию, запасенную в трансформаторе? Очевидно, что делать это мы должны с точно такой же скоростью; т.е. в каждый отдельный момент времени трансформатор будет терять одно и то же значение энергии dA(t). Но в первом случае dA(t) = Udis*I1(t)*dt (получено из A = W*T, W = U*I), а теперь это будет dA(t) = Uout*I2(t)*dt. Приравняем эти две функции:

Uout *I2(t) = Udis*I1(t), следовательно, в самом начале «разряда» моментальные мощности разряда должны быть равны:

Uout*I2max = Udis*Imax,

Uout = Udis*Imax/I2max = Udis*Imax/(Imax*N1/N2) = Udis*N2/N1

Т.е. для того, чтобы потратить всю энергию трансформатора к моменту t3, мы должны «разряжать» вторичную обмотку II на напряжение Udis*N2/N1, при этом ток разрядки будет линейно падать от Imax*N1/N2 до нуля. Таким образом, мы установили связь между выходным напряжением блока, количеством витков в обмотках и обратным напряжением на первичной обмотке трансформатора.

На этом сугубо теоретическая часть заканчивается, и мы можем перейти к практике. Первый вопрос, который, скорее всего, возникает на данный момент у читателя – это с чего вообще начать разработку ОИП? Ниже я приведу рекомендованную последовательность шагов. Начнем с ситуации, когда трансформатор планируется изготовить полностью самостоятельно (на него нет жестких ограничений).

1. Определяем выходные напряжения и токи источника питания.
2. Увеличиваем выходные напряжения на величину, падающую на выпрямительных диодах (VD1). Лучше всего воспользоваться справочной информацией, но в первом приближении можно брать 1В для обычных кремниевых диодов и 0.3В для диодов Шоттки. Особую точность следует соблюдать, когда ОИП имеет несколько выходных обмоток с разным напряжением, т.к. стабилизовать напряжение возможно только на одной из них.
3. Считаем суммарную выходную мощность трансформатора.
4. Считаем расчетную входную мощность блока как Pin = Pout/0.8 (здесь берется КПД блока 80%).
5. Определяем частоту преобразования F. Обычно выбирается частота от 20КГц до 150КГц. Частоты ниже 20КГц могут быть слышны человеческому уху (блок будет «пищать»), частоты выше 150КГц накладывают более серьезные ограничения на элементную базу, также увеличиваются потери на переключение полупроводников (ключа и диодов). Увеличение частоты преобразования позволяет уменьшить габариты трансформатора, наиболее распространенный диапазон частот для ОИП: от 66 до 100 Кгц.
6. Вычисляем максимальное входное напряжение, от которого нам придется работать. Обычно оно вычисляется как выпрямленное напряжение сети +20%, т.е. Umax = Uсети*1.7 (391В для сети 230В). На это напряжение также должен быть рассчитан конденсатор входного фильтра (не менее 400В в данном случае).
7. Вычисляем минимальное входное напряжение, от которого нам придется работать. Обычно вычисляется как минимальное допустимое рабочее напряжение -20%, минус просадка напряжения на фильтрующем конденсаторе за полупериод входного напряжения. Для сети 230В и емкости конденсатора входного фильтра из расчета не менее 1мкф на 1 ватт нагрузки, можно брать (в среднем) значение Umin = 220В. Если представить, что напряжение на конденсаторе вообще не просаживается от одного полупериода входного напряжения до другого, то Umin можно взять 260В.
8. Определяем коэффициент заполнения D исходя из максимально допустимого обратного напряжения на ключе (считается по формуле Uinv = Umax + Umin*D/(1 – D)).
9. Рассчитываем количество энергии, которую необходимо передать во вторичную обмотку за один импульс: Aimp = Рin*1s/F = Рin/F.
10. Решаем систему уравнений для самого тяжелого режима работы: A = LImax²/2, Umin = LImax*F/D, получаем L = Umin²*D²/(2*Aimp*F²), Imax = Umin*D/(L*F) – это будет требуемая индуктивность первичной обмотки и максимальный ток, протекающий через нее.
11. Исходя из полученного Imax выбираем ключ.
12. Если Imax получился несколько больше, чем может обеспечить имеющийся (выбранный) ключ, меняем исходные параметры – увеличиваем D (насколько возможно исходя из допустимого обратного напряжения ключа), увеличиваем емкость фильтрующего конденсатора, чтобы поднять Umin. На первый взгляд может показаться удивительным, но максимальный ток в первичной обмотке не зависит от частоты – если всё подставить в формулы, получим Imax = 2*Pin/(Umin*D). Исходя из этой формулы, можно было рассчитать максимальный ток и на этапе 8 (сразу после выбора D), но там было бы сложно объяснить, откуда взялся такой расчет.
13. Если значение Imax все равно оказывается больше допустимого и увеличить его никак нельзя, следует рассмотреть конструкцию ОИП в режиме неразрывных токов.
14. Исходя из требуемой индуктивности первичной обмотки и максимального тока в ней, выбираем сердечник трансформатора, рассчитываем необходимый зазор и количество витков первичной обмотки (формулы будут ниже в статье).
15. По формуле N2 = Uout*N1*(1 – D)/(Umin*D) рассчитываем количество витков вторичной обмотки.
16. Определяем среднеквадратичное значение токов в обмотках трансформатора по формуле Irms = Imax*SQRT(D/3), исходя из которых рассчитываем диаметр провода, необходимого для намотки. Чаще всего в импульсных источниках питания применяется плотность тока от 2 до 5 А/мм².
17. Мотаем трансформатор по всем правилам намотки трансформаторов для ОИП.
18. Для того, чтобы убедиться в правильности намотки, измеряем индуктивность первичной обмотки.

Теперь немного рассмотрим сам трансформатор и его конструкцию. Традиционно для импульсных источников питания трансформатор изготавливается на каком-либо сердечнике, выполненном из материала с высокой магнитной проницаемостью. Это позволяет при том же самом количестве витков обмоток сильно увеличить их индуктивность, т.е. сократить количество витков для достижения заданной индуктивности, и, следовательно, уменьшить габариты намотки. Однако, применение сердечника добавляет и недостатки – за счет магнитного гистерезиса в сердечнике теряется некоторая часть энергии, сердечник нагревается, причем потери в сердечнике растут с увеличением частоты (еще одна причина, из-за которой нельзя сильно повышать частоту преобразования). Также добавление сердечника вносит новое, ранее нигде не озвучиваемое ограничение – максимально допустимую плотность потока магнитной индукции Bmax. На практике это проявляется в том, что если увеличивать ток через обмотку, в определенный момент времени, когда ток достигнет определенного максимального значения, сердечник войдет в насыщение и дальнейшее увеличение тока не будет вызывать такое же как раньше увеличение магнитного потока. Это, в свою очередь, приведет к тому, что «относительная индуктивность» обмотки резко упадет, что вызовет еще более быстрое нарастание тока через нее.

На практике, если не предусмотреть защиту ключа Sw ОИП от входа сердечника в насыщение, ключ просто сгорит от перегрузки по току

. Поэтому во всех схемах ОИП, за исключением простейших блокинг-генераторов, применяется контроль тока через ключ Sw и досрочное закрытие ключа при достижении максимально допустимого тока через первичную обмотку.

Насколько же велико это максимальное значение плотности потока магнитной индукции? Для наиболее распространенного материала сердечников – феррита – оно считается равным 0.3Т. Это – среднее значение, оно может отличаться для каждого конкретного материала, поэтому здесь неплохо обратиться к справочнику. Также, оно зависит от температуры сердечника и, как вы, наверное, уже догадались, падает с ее увеличением. Если вы проектируете ОИП, предназначенный для работы в экстремальных условиях, где температура сердечника может доходить до 125 градусов, уменьшайте Bmax до 0.2Т.

Основная формула, которой вам придется пользоваться при расчете трансформаторов – это индуктивность обмотки по ее габаритам:

L = (μ0*μe*Se*N²)/le, где

μ0 – абсолютная магнитная проницаемость вакуума, 4πе-7,
μe – эффективная магнитная проницаемость сердечника,
Se – эффективная площадь сечения магнитопровода, м².
N – количество витков
le – длина средней магнитной линии сердечника, м

Плотность потока магнитной индукции в сердечнике:

B = (μ0*μe*I*N)/le, где

I – ток через обмотку, А

Таким образом, исходя из максимальной допустимой плотности потока магнитной индукции, максимально допустимый ток для обмотки будет равен:

Imax = (Bmax*le)/(μ0*μe*N)

А теперь еще один очень важный момент – на практике, если подставить реальные данные трансформатора в вышеприведенные формулы, окажется, что максимально допустимый ток в первичной обмотке оказывается в несколько раз меньше того, который нам нужен! Т.е. сердечник будет введен в насыщения еще до того, как мы сможем «вкачать» в него требуемую энергию Aimp. Так что же делать, не увеличивать же габариты трансформатора до неприличных значений?

Нет. Надо вводить в сердечник немагнитный зазор! Введение немагнитного зазора сильно снижает эффективную магнитную проницаемость сердечника, позволяя пропускать через обмотки значительно больший ток. Но, как вы понимаете, это потребует большего числа витков для достижения требуемой индуктивности обмотки.

Рассмотрим формулы для сердечника с зазором. Эффективная магнитная проницаемость сердечника с зазором:

μe = le/g, где

g – суммарная толщина зазора, м.

Следует отметить, что данная формула справедлива только если получаемая μe много меньше исходной магнитной проницаемости (несколько раз), а g много меньше размеров поперечного сечения сердечника. Итак, рассмотрим формулу индуктивности обмотки на сердечнике с зазором:

L = (μ0*Se*N²)/g

Формула от введения зазора стала только проще. Максимально допустимый ток через обмотку:

Imax = (Bmax*g)/(μ0*N)

Ну и последняя формула, которую можно вывести и самостоятельно. Размер зазора для заданного тока:

g = (I*μ0*N)/Bmax

А теперь сделаем интересный вывод. Как вы помните, энергия, запасенная в катушке, выражается формулой A = LI²/2. Так какую максимальную энергию можно запасти в каком-то абстрактном сердечнике? Подставим данные в формулы.

Amax = (μ0*Se*N²)*(Bmax*g) ²/((μ0*N) ²*2g) = Se*g*Bmax²/2μ0

Сейчас вы можете удивиться, но максимальная энергия, которую можно запасти в сердечнике, не зависит от того, какие обмотки на нем намотаны! Но это и логично, ведь энергия выражается в магнитном поле, а обмотки лишь позволяют его менять в ту или другую сторону! Количество витков в обмотках определяет только скорость, с которой магнитная индукция может достигнуть своего максимального значения при данном подведенном напряжении, но это максимальное значение определяется только конструкцией сердечника!

Данный вывод имеет огромное значение при проектировании ОИП на унифицированных сердечниках. Если перед вами стоит именно такая задача, то, прежде всего, вам необходимо рассчитать, какое максимальное количество энергии способен «впитать» выбранный сердечник за один импульс, чтобы понять, подходит ли он для вашей мощности блока. Как вы понимаете, в этом случае максимальную мощность блока можно повысить только за счет повышения частоты преобразования – чем чаще мы будем перекачивать энергию Amax от входа на выход, тем большую мощность блока в результате сможем получить.

Также, из полученной формулы видно, что количество энергии, которое может «уместиться» в сердечнике прямо пропорционально немагнитному зазору! Это позволяет использовать маленькие сердечники на больших мощностях за счет увеличения зазора в них. Ограничением теперь будет только физические размеры – увеличение зазора вызывает уменьшение магнитной проницаемости, что требует большее количество витков.

А теперь вернемся к структурной схеме ОИП на рис. 1. В ней остались два блока, о которых я ничего не сказал – это конденсатор С1 и снаббер Snb.

Назначение конденсатора С1 – заземление выходной части блока по высоким частотам. Дело в том, что любой трансформатор, даже намотанный по всем правилам с экранами, имеет какую-то межобмоточную емкость. Прямоугольное высокочастотное напряжение огромной амплитуды из точки а проходит через эту емкость в выходные цепи блока. Конденсатор С1, имеющий емкость намного больше емкости трансформатора Т1, заземляет выход блока по высоким частотам. Значение емкости этого конденсатора в ОИП чаще всего выбирают в районе 2нф, напряжение – около киловольта. Если предполагается жесткое заземление выхода блока (например, используется только розетка с заземлением), С1 можно не ставить.

Необходимость в Снаббере Snb также вытекает из неидеальности трансформатора Т1, но уже совсем другого рода. Не смотря на то, что обмотки I и II индуктивно связаны между собой, эта связь не составляет 100%. В схемотехнике ОИП принято говорить, что обмотка I представляет собой две части, соединенные последовательно, где первая полностью индуктивно связана с обмоткой II, а вторая – полностью изолирована от нее. Эту вторую часть обмотки I называют «индуктивностью рассеяния».

Когда в момент t1 ток в первичной обмотке (обоих частях ее) резко прекращается, индуктивность рассеяния также пытается его продолжить. А так, как она не связана ни с какой другой обмоткой, она генерирует высоковольтный импульс, прикладываемый к закрытому ключу Sw. Энергия этого импульса во много раз меньше полезной энергии Aimp (чем лучше трансформатор, тем она меньше вообще), но и ее может оказаться достаточно, чтобы повредить ключ (в случае с биполярным транзистором, например, ее вполне хватит для лавинного пробоя). Для защиты ключа от этого импульса, он гасится на специальном схемном решении.

Рис. 3

Самый простой вариант – RCD снаббер, выполненный из диода, конденсатора и резистора (см. рис. 3). Обратное напряжение, возникающее на обмотке I, открывает диод VD и начинает заряжать конденсатор С. В результате, вся энергия импульса передается в конденсатор. В перерывах между импульсами конденсатор разряжается через резистор R. Т.е. энергия, снимаемая с индуктивности рассеяния, превращается в конечном счете в тепло на резисторе R, поэтому мощность этого резистора должна быть значительной (достигает единиц ватт). Преимуществом снаббера можно считать его схемную простоту, и то, что часть энергии из конденсатора С можно выкачать обратно в трансформатор Т применяя медленный диод VD, но эти процессы уже несколько сложней нашей простой статьи. Основным же недостатком снаббера является то, что на нем падает и полезная мощность! Ведь рабочее обратное напряжение первичной обмотки Vinv также заряжает конденсатор до этого значения, т. е. полезная мощность Uinv²/R теряется впустую.

Схемным решением, лишенным этого недостатка является супрессор. Он представляет собой последовательно соединенный быстрый диод VD1 и мощный и быстрый стабилитрон VD2. Когда индуктивность рассеяния генерирует свой высоковольтный импульс, он открывает диод VD1, пробивает стабилитрон VD2 и энергия импульса рассеивается на нем. Стабилитрон VD2 выбирается с большим напряжением пробоя, чем обратное напряжение Uinv, поэтому он не рассеивает полезной мощности блока. К недостаткам супрессора можно отнести более высокий уровень электромагнитных помех, связанный с резким открытием и закрытием полупроводниковых приборов.

Что будет, если этот высоковольтный импульс не погасить ничем? В случае биполярного ключа, скорее всего, в нем возникнет лавинный пробой и блок питания перейдет в режим кипятильника. Современные же полевые транзисторы устойчивы к лавинному пробою и позволяют рассеивать некоторое количество энергии на стоке (это описано в документации), поэтому такой транзистор может работать и без снаббера или супрессора – его роль будет выполнять сам транзистор. Более того, я встречал некоторые дешевые китайские блоки питания, в которых так и было сделано. Однако, я настоятельно не рекомендую такой режим работы, т.к. он дополнительно снижает надежность блока. Супрессорный диод (стабилитрон) стоит очень дешево и рассчитан на колоссальные импульсные мощности (600W, 1.5KW), так почему бы не применять его по назначению?

Также из вышеописанного следует еще один вывод. Независимо от того, решили ли вы применять снаббер или супрессор, обратное напряжение на закрытом ключе будет еще выше, чем рабочее рассчитанное значение Usw! Это следует иметь в виду при выборе ключа.

Обычно современные ключевые транзисторы и микросхемы имеют допустимое обратное напряжение 600 – 800 вольт. При Umax = 391В, Umin = 220В, обратное напряжение на ключе Usw будет иметь следующие значения (в зависимости от D): D = 25%, Usw = 464B; D = 33%, Usw = 501B; D = 50%, Usw = 611B. Это означает, что для ключей с максимальным обратным напряжением 600В следует выбирать только D = 33% или меньше. Для ключей с обратным напряжением 700В можно выбирать D = 50%.

Ну и в завершении статьи приведу простой пример расчета ОИП. Допустим, мы хотим сделать простой блок питания, позволяющий получить на своем выходе 12В 1А. Рассчитаем его по пунктам:

1. Выход блока – 12В 1А.
2. До выходного диода (будем применять обычный кремниевый) должно быть 13В.
3. Выходная мощность трансформатора – 13Вт.
4. Расчетная входная мощность блока Pin = 13/0.8 = 16Вт.
5. F = 100 КГц.
6. Umax = 391В.
7. Umin = 220В (емкость конденсатора входного фильтра – 22мкф).
8. D = 33%, Uinv = 110В, Usw = 501В. Будем ориентироваться на ключи с обратным напряжением 600В.
9. Aimp = 16/100000 = 1.6e-4Дж = 160мкДж.
10. L = 1.65е-3Гн = 1.65мГн, Imax = 0.44А
11. Производим выбор сердечника, расчет параметров намотки и зазора.

А теперь, для сравнения рассчитаем тот же ОИП для случая, когда допустимое напряжение сети может быть в интервале 85-230В. В чем будут отличия?

1. Umax = 391B
2. Umin = 85B (емкость конденсатора фильтра надо будет увеличить до 47мкф)
3. D = 60%, Uinv = 128В, Usw = 519В, Будем ориентироваться на ключи с обратным напряжением 600В.
4. Aimp = 16/100000 = 1.6e-4Дж = 160мкДж.
5. L = 813мкГн, Imax = 0.63А

Заметьте, что параметры максимального тока через ключ изменились не столь значительно — с 0.44А до 0.63А, индуктивность упала в два раза, однако диапазон допустимых входных напряжений расширился очень существенно. В этом заключается еще одно преимущество ОИП — легкость в создании источников питания, работающих от широкого диапазона входных напряжений.

Возможно, в данной статье не до конца рассмотрены все нюансы построения ОИП, однако ее объем и так получился больше, чем планировалось. Но тем не менее, я надеюсь, что она сможет помочь начинающим радиолюбителям понять принципы и самостоятельно создавать обратноходовые источники питания.

Намотка импульсного трансформатора своими руками

Часть 1

Пролог

И все таки меня пригласили! Теперь дело со статьями пойдет более оперативно.

Темой следующей части изначально я хотел сделать схемотехнику какого нибудь блока, а чего ждать? Но тут вспомнил свою школьную молодость и саму великую проблему с которой сталкивался — как изготовить неведомое для меня на тот момент зверя устройство — импульсный трансформатор.

Прошло десять лет и я понимаю, что у многих (и не только начинающих) радиолюбителей, электронщиков и студентов возникают такие трудности — они попросту их боятся, а как следствие стараются избегать мощных импульсных источников питания (далее ИИП).

После этих размышлений я пришел к выводу, что первая тема должна быть именно про трансформатор и ни о чем другом! Хотелось бы еще оговориться: что я подразумеваю под понятием «мощный ИИП» — это мощности от 1 кВт и выше или в случае любителей хотя бы 500 Вт. Рисунок 1 — Вот такой трансформатор на 2 кВт для Н-моста у нас получится в итоге

Великая битва или какой материал выбрать?

Когда-то внедрив в свой арсенал импульсную технику думал, что трансформаторы можно делать только на доступном всем феррите. Собрав первые конструкции первым делом решил выставить их на суд более опытных товарище и очень часто слышал такую фразу: «Ваш феррит гавно не самый лучший материал для импульсника».

Сразу я решил узнать у них какую же альтернативу можно ему противоспоставить и мне сказали — альсифер или как его еще называют синдаст.

Для начала надо определиться что должен уметь почти идеальный материал для трансформатора:

1) должен быть магнитомягким, то есть легко намагничиваться и размагничиваться:

Рисунок 2 — Гистерезисные циклы ферромагнетиков: 1) жесткий цикл, 2) мягкий цикл 2) материал должен обладать как можно большей индукцией насыщения, что позволит либо уменьшить габариты сердечника, либо при их сохранение повысить мощность. НасыщениеЯвление насыщения трансформатора состоит в том, что, несмотря на увеличение тока в обмотке, магнитный поток в сердечнике, достигнув некоторой максимальной величины, далее практически не изменяется. В трансформаторе режим насыщения приводит к тому, что передача энергии из первичной обмотки во вторичную частично прекращается. Нормальная работа трансформатора возможна лишь тогда, когда магнитный поток в его сердечнике изменяется пропорционально изменению тока в первичной обмотке. Для выполнения этого условия необходимо, чтобы сердечник не был в состоянии насыщения, а это возможно лишь тогда, когда его объём и сечение не меньше вполне определённой величины. Следовательно, чем больше мощность трансформатора, тем большим должен быть его сердечник. 3) материал должен иметь как можно меньшие потери на перемагничивание и токи Фуко 4) свойства материала не должны сильно изменяться при внешнем воздействии: механические усилия (сжатие или растяжение), изменение температуры и влажности. Феррит — является полупроводником, а значит обладает собственным высоким электрическим сопротивлением. Это означает, что на высоких частотах потери на вихревые токи (токи Фуко) будут достаточно низкими. Получается как минимум одно условия из списка выше у нас уже выполнено. Идем дальше… Ферриты бывают термостабильными и не стабильными, но этот параметр не является определяющим для ИИП. Важно то, что ферриты работают стабильно в температурном диапазоне от -60 и до +100 оС и это у самый простых и дешевых марок. Рисунок 3 — Кривая намагничивания на частоте 20 кГц при разных температурах

И наконец-то самый главный пункт — на графике выше мы увидели параметр, который будет определять практически все — индукция насыщения. Для феррита она обычно принимается 0,39 Тл. Стоит запомнить, что при разных условиях — этот параметр будет меняться. Он зависит как от частоты, так и от температуры работы и от других параметров, но особый акцент стоит сделать на первых двух.

Вывод: феррит ништяк! отлично подходит для наших задач.

1) альсифер работает в чуть большем широком спектре температур: от -60 и до +120 оС — подходит? Еще лучше чем феррит! 2) коэффициент потерь на гистерезис у альсиферов постоянный лишь в слабых полях (при малой мощности), в мощном поле они растут и очень сильно — это очень серьезный минус, особенно на мощностях более 2 кВт, так что тут проигрывает.

3) индукция насыщения до 1,2 Тл!, в 4 раза больше чем у феррита! — главный параметр и так обгоняет, но не все так просто… Конечно это достоинство никуда не уйдет, но пункт 2 ослабляет его и очень сильно — определенно плюс.

Вывод: альсифер лучше чем феррит, в этом дядьке мне не соврали.

Результат битвы: любой прочитав описание выше скажет альсифер нам подавай! И правильно… но попробуйте найти сердечник из альсифера и чтобы с габаритной мощностью 10 кВт? Тут обычно человек приходит в тупик, оказывается их и нету особо в продаже, а если и есть, то на заказ напрямую у производителя и цена вас испугает.

Получается используем феррит, тем более если оценивать в целом, то он проигрывает очень незначительно… феррит оценивается относительно альсифера в «8 из 10 попугаев». Хотел я обратиться к своему любимому матану, но решил этого не делать, т.к. +10 000 знаков к статье считаю избыточным. Могу лишь посоветовать книгу с очень хорошими расчетами авторства Б. Семенова «Силовая электроника: от простому к сложному». Смысла пересказывать его выкладки с некими добавлениями смысла не вижу

Итак, приступаем к выполнению расчета и изготовлению трансформатора

Первым делом хочется сразу вспомнить очень серьезный момент — зазор в сердечнике. Он может «убить» всю мощность или добавить еще так на 30-40%. Хочу напомнить, что делаем мы трансформатор для Н-моста, а он относится к — прямоходовым преобразователям (forward по-буржуйский). Это значит, что зазор в идеале должен быть 0 мм.

Как-то раз, обучаясь курсе на 2-3 решил собрать сварочный инвертор, обратился к топологии инверторов Kemppi. Там я увидел в трансформаторах зазор 0,15 мм. Стало интересно для чего же он.

Подходить к преподавателям не стал, а взял и позвонил в российское представительство Kemppi! А что терять? На моей удивление меня соединили с инженером-схемотехником и он рассказал мне несколько теоретических моментов, которые позволили мне «выползти» за потолок в 1 кВт.

Если в кратце — зазор в 0,1-0,2 мм просто необходим! Это увеличивает скорость размагничивания сердечника, что позволяет прокачать через трансформатор большую мощность. Максимальный эффект от такого финта ушами зазора достиг в топологии «косой мост», там введение зазор 0,15 мм дает прирост 100%! В нашем Н-мосту эта прибавка скромнее, но 40-60% думаю тоже не дурно.

Для изготовления трансформатора нам понадобится вот такой набор: Рисунок 4 — Ферритовый сердечник Е70/33/32 из материала 3С90 (чуть лучший аналог N87) Рисукок 5 — Каркас для сердечника Е70/33/32 (тот что больше) и дроссель D46 из распыленного железа Габаритная мощность такого трансформатора составляет 7,2 кВт. Такой запас нам нужен для обеспечения пусковых токов в 6-7 раз больше номинальных (600% по ТЗ). Такие пусковые токи правда бывают лишь у асинхронных двигателей, но учесть необходимо все! Неожиданно «всплыл» некий дроссель, он понадобится в нашей дальнейшей схеме (аж 5 штук) и поэтому решил показать как и его наматывать.

Далее необходимо посчитать параметры намотки. Я использую программу от известного в определенных кругах товарища Starichok51. Человек с огромными знаниями и всегда готовый учить и помогать, за что ему спасибо — в своей время помог встать на путь истинный. Называется программа — ExcellentIT 8.1.

Привожу пример расчета на 2 кВт:Рисунок 6 — Расчет импульсного трансформатора по мостовой схеме на 2 кВт повышающий

Как производить расчет:

1) Выделено красным. Это вводные параметры, которые обычно выставляются по умолчанию: а) максимальная индукция. Помните для феррита она 0,39 Тл, но у нас трансформатор работает на достаточно высокой частоте, поэтому программа выставляет 0,186 сама.

Это индукция насыщения в саааамых плохих условиях, включая нагрев до 125 градусов

б) частота преобразования, она задается нами и чем она определяется на схеме будет в следующих статьях. Частота эта должна быть от 20 до 120 кГц.

Если меньше — мы будет слышать работу транса и свист, если выше, то наши ключи (транзисторы) будут иметь большие динамические потери. А IGBT ключи даже дорогие работают до 150 кГц

в) коэф. заполнения окна — важный параметр, ибо место на каркасе и сердечнике ограничено, не стоит его делать больше 0,35 иначе обмотки не влезут

г) плотность тока — этот параметр может быть до 10 А/мм2. Это максимальный ток, который может протекать через проводник. Оптимальное значение 5-6 А/мм2 — в условиях жесткой эксплуатации: плохое охлаждение, постоянная работа на предельной нагрузке и прочее. 8-10 А/мм2 — можно ставить если у вас устройство идеально вентилируется и стоит over 9000 несколько куллеров.

д) питание на входе. Т.к. мы рассчитываем трансформатор для DC->DC 48В в 400В, то ставим входное напряжение как в расчете. Откуда цифра взялась. В разряженном состоянии аккумулятор отдает 10.5В, дальше разряжать — снижать срок службы, умножаем на количество батарей (4 шт) и получаем 42В. Возьмем с запасом 40В. 48В берется из произведения 12В * 4 шт. 58В берется из соображения, что в заряженном состоянии батарея имеет напряжение 14,2-14,4В и по аналогии умножаем на 4. 2) Выделено синим. а) ставим 400В, т.к. это запас для обратной связи по напряжению и для нарезки синуса необходимо минимум 342В б) номинальный ток. Выбираем из соображения 2400 Вт / 220(230) В = 12А. Как видите везде я беру запас не менее 20%. Так поступает любой уважающий себя производитель качественной техники. В СССР такой запас был эталонный 25% даже для самых сложных условий. Почему 220(230)В — это напряжение на выходе уже чистого синуса. в) минимальный ток. Выбирается из реальных условий, этот параметр влияет на размер выходного дросселя, поэтому чем больше минимальный ток, тем меньше дроссель, а значит и дешевле устройство. Я опять же выбрал худший вариант 1А, это ток на 2-3 лампочки или 3-4 роутеров. г) падение на диодах. Т.к. у нас на выходе будут диоды быстродействующие (ultra-fast), то падение на них 0.6В в худших условиях (превышена температура). д) диаметр провода. У меня некогда купленная катушка меди 20 кг на такой случай и как раз с диаметром 1 мм. Тут ставим тот, который у вас есть. Только более 1,18 мм ставить не советую, т.к. начнет сказываться скин-эффект Скин-эффектСкин-эффект — эффект уменьшения амплитуды электромагнитных волн по мере их проникновения вглубь проводящей среды. В результате этого эффекта, например, переменный ток высокой частоты при протекании по проводнику распределяется не равномерно по сечению, а преимущественно в поверхностном слое. Если говорить не как гугл, а моим колхозным языком, то если взять проводник большого сечения, то он не будет использоваться полностью, т.к. токи на большей частоте протекают по поверхности, а центр проводника будет «пустой» 3) Выделено зеленым. Тут все просто — топология у нас планируется «полный мост» и выбираем ее. 4) Выделено оранжевым. Происходит процесс выбора сердечника, все интуитивно понятно. Большое количество стандартных сердечников уже есть в библиотеки, как и наш, но если что можно и добавить путем ввода габаритов. 5) Выделено фиолетовым. Выходные параметры с расчетами. Отдельным окном выделил коэф. заполнения окна, помните — не более 0,35, а лучше не более 0,3. Так же даны все необходимые значения: количество витков для первичной и вторичной обмотки, количество проводов ранее заданного диаметра в «косе» для намотки. Так же даны параметры для дальнейшего расчета выходного дросселя: индуктивность и пульсации напряжения.

Теперь необходимо рассчитать выходной дроссель. Нужен он чтобы сгладить пульсации, а так же чтобы создать «равномерный» ток. Расчет проводится в программе того же автора и называется она DrosselRing 5.0. Расчет для нашего трансформатора приведу:

Рисунок 7 — Расчет выходного дросселя для повышающего DC-DC преобразователя В данном расчете все проще и понятнее, работает по тому же принципу, выходные данные: количество витков и количество проводов в косе.

Стадии изготовления

Теперь у нас есть все данные для изготовления трансформатора и дросселя.

Главное правило намотки импульсного трансформатора — все без исключения обмотки должны быть намотаны в одну сторону!

Стадия 1: Рисунок 8 — Процесс намотки вторичной (высоковольтной) обмотки

Мотаем на каркас необходимое число витков в 2 провода диаметром 1 мм. Запоминаем направление намотки, а лучше отмечаем маркером на каркасе.

Стадия 2:

Рисунок 9 — Изолируем вторичную обмотку Изолируем вторичную обмотку фторопластовой лентой толщиной 1 мм, такая изоляция выдерживает не менее 1000 В. Так же дополнительно пропитываем лаком, это еще +600В к изоляции. Если нету фторопластовой ленты, то изолируем обычным сантехническим фумом в 4-6 слоев. Это тот же фторопласт, только 150-200 мкм толщиной.

Стадия 3:

Рисунок 10 — Начинаем мотать первичную обмотку, распаиваем провода на каркас Намотку проводим в одну сторону со вторичной обмоткой!

Стадия 4:

Рисунок 11 — Выводим хвост первичной обмотки Доматывает обмотку, изолируем ее так же фторопластовой лентой. Желательно еще и пропитать лаком.

Стадия 5:

Рисунок 12 — Пропитываем лаком и распаиваем «хвост». Намотка обмоток окончена Стадия 6: Рисунок 13 — Завершаем намотку и изоляцию трансформатора киперной лентой с окончательной пропиткой в лаке Киперная лентаКиперная лента — хлопчатобумажная (реже шёлковая или полушелковая) тесьма из киперной ткани шириной от 8 до 50 мм, саржевого или диагонального переплетения; суровая, отбельная или гладкокрашеная. Материал ленты отличается высокой плотностью за счет переплетения, он толще, чем у своего ближайшего аналога — миткалевой ленты — из-за использования более толстых нитей. Спасибо википедии.

Стадия 7:

Рисунок 14 — Так выглядит законченный вариант трансформатора

Зазор 0,15 мм устанавливается в процессе склеивания, путем вкладывания между половинками сердечника подходящей пленки. Лучший вариант — пленка для печати. Сердечник склеивается клеем моментом (хорошим) или эпоксидной смолой. 1-й вариант на века, 2-й позволяет в случае чего разобрать трансформатор без повреждений, например, если понадобится домотать еще обмотку или добавить витков.

Намотка дросселя

Теперь по аналогии необходимо намотать дроссель, конечно мотать на тороидальном сердечнике сложнее, но такой вариант будет компактнее. Все данные у нас имеются из программы, материал сердечника распыленное железо или пермаллой. Индукция насыщения у данного материала 0,55 Тл.

Стадия 1:

Рисунок 15 — Обматываем кольцо фторопластовой лентой Эта операция позволяет избежать случая с пробоем обмотки на сердечник, это бывает редко, но мы же за качество и делаем для себя!

Стадия 2:

Рисунок 16 — Наматываем нужное количество витков и изолируем В данном случае количество витков не уместится в один слой намотки, поэтому необходимо после намотки первого слоя произолировать и намотать второй слой с последующей изоляцией.

Стадия 3:

Рисунок 17 — Изолируем после второго слоя и пропитываем лаком

Эпилог

Надеюсь моя статья научит вас процессу расчету и изготовлению импульсного трансформатора, а так же даст вам некоторые теоретические понятия о его работе и материалах из которого он изготавливается.

Постарался не нагружать данную часть излишней теорией, все на минимуму и сосредоточиться исключительно на практических моментах.

И самое главное на ключевых особенностях, которые влияют на работоспособность, таких как зазор, направления намотки и прочее.

Продолжение следует…

Часть 3

Источник: https://habr.com/post/358318/

Небольшой ликбез по намотке импульсных трансформаторов. — Лада 2109, 1.6 л., 1988 года на DRIVE2

Как видно из пред идущего блога я собираю слабенький усилитель на 100ват, и многие просили поподробнее рассказать как мотать эти трансформаторы)Обьект намотки кольца 45х28х8 проницаемость Н1500М в моем случае 4ре штуки.

Обьясняю почему… Забиваем в программу кольцо 45х28х8 и видим что габаритная мощность его одного всего 500 жалких ничтожных ватт… а выход прост берем 2 кольца притираем их друг к другу чтоб небыло зазоров и без клея скремляем их вкруговую изолентой.ВСЕ!Далее в проге вбиваем уже кольцо 45х28х16 и видим габаритную мощность 1000ватт.

Далее пишем проге че хотим то собственно от него в моем случае хочу 85 вольт и 1кВт.Выбираем как будет выпрямляться под свои нужды и тыкаем рассчитать.

• Получаем резззззз и собственно берем проволку медную и вперед к намотке смотрим ниже=)

Затарился кольцами и деталями на пн

Вот так они будут располагаться

Притираем 2 кольца и скрепляем изолентой без клея!

Обматываем кольца (кто чем хочет хоть скотчем) в моем случае стекловолокно

По программе нам нужно 4 витка первичной обмотки. Берем кусок проволоки наматываем 4ре витка отмеряем длинну выводов отрезаем сматываем и по этой длинне наматываем на каком либо каркасе нужное нам число жил

отрезал померял

для каждоко кольца наматывал на оправку по две косы по 26 жил в каждой. Далее снимаем 26 жил с оправки немножко их скручиваем и матаем 4ре витка одной и рядышком 4ре витка другой

Сново обматываем туалетной бумагой

в итоге получаем такую картину намотана первичка епли 2 часа

Далее по верх мотаем вторичку снача делаем один виток замеряем его длинну 8,5см умножаем на число витков в моем случае 33 делаем оправку на 2,8 метра длинной в моем случае это 2 самореза между столами.

наматываем сразу 6 жил потом мультиком сфазируем. Делим 33 на 4 и примерно чюхаем на четверть кольца запихиваем 8 витков. наматываем 33 витка скрепляем в конце кто соплями кто приморозит я стекловолокном.

Источник: https://www.drive2.ru/l/6421531/

Расчет и намотка импульсного трансформатора

Сегодня я расскажу о процедуре расчета и намотки импульсного трансформатора, для блока питания на ir2153.

Моя задача стоит в следующем, нужен трансформатор c двумя вторичными обмотками, каждая из которых должна иметь отвод от середины. Значение напряжения на вторичных обмотках должно составить +-50В. Ток протекать будет 3А, что составит 300Вт.

Расчет импульсного трансформатора.

Для начала загружаем себе программу расчета импульсного трансформатора Lite-CalcIT и запускаем её.

Выбираем схему преобразования – полумостовая. Зависит от вашей схемы импульсного источника питания. В статье “Импульсный блок питания для усилителя НЧ на ir2153 мощностью 300Вт” схема преобразования –полумостовая.

Напряжение питания указываем постоянное.  Минимальное = 266 Вольт, номинальное = 295 Вольт, максимальное = 325 Вольт.

• Тип контроллера указываем ir2153, частоту генерации 50кГц.

Стабилизации выходов – нет.Принудительное охлаждение – нет.

Диаметр провода, указываем тот, который есть в наличии. У меня 0,85мм. Заметьте, указываем не сечение, а диаметр провода.

Указываем мощность каждой из вторичных обмоток, а также напряжение на них.Я указал 50В и мощность 150Вт в двух обмотках.

2. Схема выпрямления – двухполярная со средней точкой.

Указанные мною напряжения (50 Вольт) означают, что две вторичных обмотки, каждая из которых имеет отвод от середины, и  после выпрямления, будет иметь +-50В относительно средней точки. Многие подумали бы, что указали 50В, значит, относительно ноля будет 25В в каждом плече, нет! Мы получим 50В вкаждом плече относительно среднего провода.

• Далее выбираем параметры сердечника, в моем случае это “R” – тороидальный сердечник, с размерами 40-24-20 мм.

Нажимаем кнопочку “Рассчитать!”. В результате получаем количество витков и количество жил первичной и вторичной обмоток.

2. Намотка импульсного трансформатора.
3. Итак, вот мое колечко с размерами 40-24-20 мм.

Теперь его нужно изолировать каким-либо диэлектриком.

Каждый выбирает свой диэлектрик, это может быть лакоткань, тряпочная изолента, стеклоткань и даже скотч, что лучше не использовать для намотки трансформаторов.

Говорят скотч, разъедает эмаль провода, не могу подтвердить данный факт, но я нашел другой минус скотча. В случае перемотки, трансформатор тяжело разбирать, и весь провод становится в клею от скотча.

Я использую лавсановую ленту, которая не плавится как полиэтилен при высоких температурах. А где взять эту лавсановую ленту? Все просто, если есть обрубки экранированной витой пары, то разобрав её вы получите лавсановую пленочку шириной примерно 1,5см. Это самый идеальный вариант, диэлектрик получается красивым и качественным.

• Скотчем подклеиваем лавсаночку к сердечнику и начинаем обматывать колечко, в пару слоев.

Далее мотаем первичку, в моем случае 33 витка проводом диаметра 0,85мм двумя жилами (это я перестраховался). Мотайте по часовой стрелке, как показано на картинке ниже.

1. Выводы первичной обмотки скручиваем и залуживаем.
2. Далее надеваем сверху несколько сантиметров термоусадки и подогреваем.
3. Следующим шагом вновь изолируем диэлектриком еще пару слоев.

Теперь начинаются самые «непонятки» и множество вопросов. Как мотать? Одним проводом или двумя? В один слой или в два слоя класть обмотку?

В ходе моего расчета я получил две вторичных обмотки с отводом от середины. Каждая обмотка содержит 13+13 витков.

Мотаем двумя жилами, в ту же сторону, как и первичную обмотку. В итоге получилось 4 вывода, два уходящих и два приходящих.

Теперь один из уходящих выводов соединяем с одним из приходящих выводов. Главное не запутаться, иначе получится, что вы соедините один и тот же провод, то есть замкнете одну из обмоток. И при запуске ваш импульсный источник питания сгорит.

Соединили начало одного провода с концом другого. Залудили. Надели термоусадку. Далее вновь обмотаем лавсановой пленкой.

Напомню, что мне нужно было две вторичных обмотки, если вам нужен трансформатор с одной вторичной обмоткой, то на этом этапе финиш. Вторую вторичную обмотку мотаем аналогично.

• После чего сверху опять обматываем лавсановой пленкой, чтобы крайняя обмотка плотно прилегала и не разматывалась.
• В результате получили вот такой аккуратный бублик.
• Таким образом, можно рассчитать и намотать любой трансформатор, с двумя или одной вторичной обмоткой, с отводом или без отвода от середины.
•  Программа расчета импульсного трансформатора Lite-CalcIT СКАЧАТЬ
• Статья по перемотке импульсного трансформатора из БП ПК ПЕРЕЙТИ.

Источник: http://audio-cxem.ru/stati/raschet-i-namotka-impulsnogo-transformatora.html

Как рассчитать и намотать импульсный трансформатор?

Как рассчитать и намотать импульсный трансформатор для полумостового блока питания?

В этой статье рассказано о том, как рассчитать и намотать импульсный трансформатор для самодельного полумостового блока питания, который можно изготовить из электронного балласта сгоревшей компактной люминесцентной лампочки.

Речь пойдёт о «ленивой намотке». Это когда лень считать витки. https://oldoctober.com/

Близкие темы.

• Как за час сделать импульсный блок питания из сгоревшей лампочки?
• Как подружить Блокнот с Калькулятором Windows, чтобы облегчить расчёты?
• Самодельный импульсный преобразователь напряжения из 1,5 в 9 Вольт для мультиметра.

Оглавление статьи.

Выбор типа магнитопровода

Наиболее универсальными магнитопроводами являются Ш-образные и чашкообразные броневые сердечники. Их можно применить в любом импульсном блоке питания, благодаря возможности установки зазора между частями сердечника. Но, мы собираемся мотать импульсный трансформатор для двухтактного полумостового преобразователя, сердечнику которого зазор не нужен и поэтому вполне сгодится кольцевой магнитопровод. https://oldoctober.com/

Для кольцевого сердечника не нужно изготавливать каркас и мастерить приспособление для намотки. Единственное, что придётся сделать, так это изготовить простенький челнок.

1. На картинке изображён ферритовый магнитопровод М2000НМ.
2. Идентифицировать типоразмер кольцевого магнитопровода можно по следующим параметрам.
3. D – внешний диаметр кольца.
4. d – внутренний диаметр кольца.
5. H – высота кольца.
6. В справочниках по ферритовым магнитопроводам эти размеры обычно указываются в таком формате: КDxdxH.
7. Пример: К28х16х9
8. Вернуться наверх к меню.

Получение исходных данных для простого расчёта импульсного трансформатора

Напряжение питания.

Помню, когда наши электросети ещё не приватизировали иностранцы, я строил импульсный блок питания. Работы затянулись до ночи. Во время проведения последних испытаний, вдруг обнаружилось, что ключевые транзисторы начали сильно греться. Оказалось, что напряжение сети ночью подскочило аж до 256 Вольт!

• Конечно, 256 Вольт, это перебор, но ориентироваться на ГОСТ-овские 220 +5% –10% тоже не стоит. Если выбрать за максимальное напряжение сети 220 Вольт +10%, то:
• 242 * 1,41 = 341,22V (считаем амплитудное значение).
• 341,22 – 0,8 * 2 ≈ 340V (вычитаем падение на выпрямителе).
• Индукция.
• Определяем примерную величину индукции по таблице.
• Пример: М2000НМ – 0,39Тл.
• Частота.

Частота генерации преобразователя с самовозбуждением зависит от многих факторов, в том числе и от величины нагрузки. Если выберите 20-30 кГц, то вряд ли сильно ошибётесь.

Граничные частоты и величины индукции широко распространённых ферритов.

Марганец-цинковые ферриты

Параметр	Марка феррита
6000НМ	4000НМ	3000НМ	2000НМ	1500НМ	1000НМ
Граничная частота при tg δ ≤ 0,1, МГц	0,005	0,1	0,2	0,45	0,6	1,0
Магнитная индукция B при Hм = 800 А / м, Тл	0,35	0,36	0,38	0,39	0,35	0,35

Никель-цинкове ферриты

Параметр	Марка феррита
200НН	1000НН	600НН	400НН	200НН	100НН
Граничная частота при tg δ ≤ 0,1, МГц	0,02	0,4	1,2	2,0	3,0	30
Магнитная индукция B при Hм = 800 А / м, Тл	0,25	0,32	0,31	0,23	0,17	0,44

Вернуться наверх к меню.

Как выбрать ферритовый кольцевой сердечник?

Выбрать примерный размер ферритового кольца можно при помощи калькулятора для расчета импульсных трансформаторов и справочника по ферритовым магнитопроводам. И то и другое Вы можете найти в «Дополнительных материалах».

Вводим в форму калькулятора данные предполагаемого магнитопровода и данные, полученные в предыдущем параграфе, чтобы определить габаритную мощность срдечника.

Не стоит выбирать габариты кольца впритык к максимальной мощности нагрузки. Маленькие кольца мотать не так удобно, да и витков придётся мотать намного больше.

Если свободного места в корпусе будущей конструкции достаточно, то можно выбрать кольцо с заведомо бо’льшей габаритной мощностью.

В моём распоряжении оказалось кольцо М2000НМ типоразмера К28х16х9мм. Я внёс входные данные в форму калькулятора и получил габаритную мощность 87 Ватт. Этого с лихвой хватит для моего 50-ти Ваттного источника питания.

Запустите программу. Выберете «Pacчёт тpaнcфopмaтopa пoлумocтoвoго пpeoбpaзoвaтeля c зaдaющим гeнepaтopoм».

Чтобы калькулятор не «ругался», заполните нолями окошки, неиспользуемые для расчёта вторичных обмоток.

Вернуться наверх к меню.

Как рассчитать число витков первичной обмотки?

Вводим исходные данные, полученные в предыдущих параграфах, в форму калькулятора и получаем количество витков первичной обмотки. Меняя типоразмер кольца, марку феррита и частоту генерации преобразователя, можно изменить число витков первичной обмотки.

Нужно отметить, что это очень-очень упрощённый расчёт импульсного трансформатора.

Но, свойства нашего замечательного блока питания с самовозбуждением таковы, что преобразователь сам адаптируется к параметрам трансформатора и величине нагрузки, путём изменения частоты генерации.

Так что, с ростом нагрузки и попытке трансформатора войти в насыщение, частота генерации возрастает и работа нормализуется. Точно также компенсируются и мелкие ошибки в наших вычислениях.

Я пробовал менять количество витков одного и того же трансформатора более чем в полтора раза, что и отразил в ниже приведённых примерах, но так и не смог обнаружить никаких существенных изменений в работе БП, кроме изменения частоты генерации.

Вернуться наверх к меню.

Как рассчитать диаметр провода для первичных и вторичных обмоток?

Диаметр провода первичных и вторичных обмоток зависит от параметров БП, введённых в форму. Чем больше ток обмотки, тем больший потребуется диаметр провода. Ток первичной обмотки пропорцонален «Используемой мощности трансформатора».

Вернуться наверх к меню.

Особенности намотки импульсных трансформаторов

Намотка импульсных трансформаторов, а особенно трансформаторов на кольцевых и тороидальных магнитопроводах имеет некоторые особенности.

Дело в том, что если какая-либо обмотка трансформатора будет недостаточно равномерно распределена по периметру магнитопровода, то отдельные участки магнитопровода могут войти в насыщение, что может привести к существенному снижению мощности БП и даже привести к выходу его из строя.

Казалось бы, можно просто рассчитать расстояние между отдельными витками катушки так, чтобы витки обмотки уложились ровно в один или несколько слоёв. Но, на практике, мотать такую обмотку сложно и утомительно.

Мы же пытаемся мотать «ленивую обмотку». А в этом случае, проще всего намотать однослойную обмотку «виток к витку».

1. Что для этого нужно?
2. Нужно подобрать провод такого диаметра, чтобы он уложился «виток к витку», в один слой, в окно имеющегося кольцевого сердечника, да ещё и так, чтобы при этом число витков первичной обмотки не сильно отличалось от расчётного.
3. Если количество витков, полученное в калькуляторе, не будет отличаться более чем на 10-20% от количества, полученного в формуле для расчёта укладки, то можно смело мотать обмотку, не считая витков.
4. Правда, для такой намотки, скорее всего, понадобится выбрать магнитопровод с несколько завышенной габаритной мощностью, что я уже советовал выше.
5. 1 – кольцевой сердечник.
6. 2 — прокладка.
7. 3 – витки обмотки.
8. D – диаметр по которому можно рассчитать периметр, занимаемый витками обмотки.

На картинке видно, что при намотке «виток к витку», расчетный периметр будет намного меньше, чем внутренний диаметр ферритового кольца. Это обусловлено и диаметром самого провода и толщиной прокладки.

На самом же деле, реальный периметр, который будет заполняться проводом, будет ещё меньше. Это связано с тем, что обмоточный провод не прилегает к внутренней поверхности кольца, образуя некоторый зазор. Причём, между диаметром провода и величиной этого зазора существует прямая зависимость.

• Не стоит увеличивать натяжение провода при намотке с целью сократить этот зазор, так как при этом можно повредить изоляцию, да и сам провод.
• По нижеприведённой эмпирической формуле можно рассчитать количество витков, исходя из диаметра имеющегося провода и диаметра окна сердечника.
• Максимальная ошибка вычислений составляет примерно –5%+10% и зависит от плотности укладки провода.
• w = π(D – 10S – 4d) / d, где:
• w – число витков первичной обмотки,
• π – 3,1416,
• D – внутренний диаметр кольцевого магнитопровода,
• S – толщина изолирующей прокладки,
• d – диаметр провода с изоляцией,
• / – дробная черта.
• Как измерить диаметр провода и определить толщину изоляции – рассказано здесь.
• Для облегчения расчётов, загляните по этой ссылке: Как подружить Блокнот с Калькулятором Windows, чтобы облегчить расчёты?
• Несколько примеров расчёта реальных трансформаторов.
• ● Мощность – 50 Ватт.
• Магнитопровод – К28 х 16 х 9.
• Провод – Ø0,35мм.
• D = 16мм.
• S = 0,1мм.
• d = 0,39мм.
• w= π (16 – 10*0,1 – 4*0,39) / 0,39 ≈ 108 (витков).
• Реально поместилось – 114 витков.
• ● Мощность – 20 Ватт.
• Магнитопровод – К28 х 16 х 9.
• Провод – Ø0,23мм.
• D = 16мм.
• S = 0,1мм.
• d = 0,25мм.
• w = π (16 – 10*0,1 – 4*0,25) / 0,25 ≈ 176 (витков).
• Реально поместилось – 176 витков.
• ● Мощность – 200 Ватт.
• Магнитопровод – два кольца К38 х 24 х 7.
• Провод – Ø1,0мм.
• D = 24.
• S = 0,1мм.
• d = 1,07мм.
• w = π (24 – 10*0,1 – 4*1,07) / 1,07 ≈ 55 (витков).
• Реально поместилось 58 витков.
• В практике радиолюбителя нечасто выпадает возможность выбрать диаметр обмоточного провода с необходимой точностью.

Если провод оказался слишком тонким для намотки «виток к витку», а так часто бывает при намотке вторичных обмоток, то всегда можно слегка растянуть обмотку, путём раздвигания витков. А если не хватает сечения провода, то обмотку можно намотать сразу в несколько проводов.

Вернуться наверх к меню.

Как намотать импульсный трансформатор?

Вначале нужно подготовить ферритовое кольцо.

Для того чтобы провод не прорезал изоляционную прокладку, да и не повредился сам, желательно притупить острые кромки ферритового сердечника. Но, делать это не обязательно, особенно если провод тонкий или используется надёжная прокладка. Правда, я почему-то всегда это делаю.

1. При помощи наждачной бумаги скругляем наружные острые грани.
2. То же самое проделываем и с внутренними гранями кольца.
3. Чтобы предотвратить пробой между первичной обмоткой и сердечником, на кольцо следует намотать изоляционную прокладку.
4. В качестве изоляционного материала можно выбрать лакоткань, стеклолакоткань, киперную ленту, лавсановую плёнку или даже бумагу.
5. При намотке крупных колец с использованием провода толще 1-2мм удобно использовать киперную ленту.
6. Иногда, при изготовлении самодельных импульсных трансформаторов, радиолюбители используют фторопластовую ленту – ФУМ, которая применяется в сантехнике.
7. Работать этой лентой удобно, но фторопласты обладают холодной текучестью, а давление провода в области острых краёв кольца может быть значительным.
8. Во всяком случае, если Вы собираетесь использовать ленту ФУМ, то проложите по краю кольца полоску электрокартона или обычной бумаги.
9. При намотке прокладки на кольца небольших размеров очень удобно использовать монтажный крючок.
10. Монтажный крючок можно изготовить из куска стальной проволоки или велосипедной спицы.

Аккуратно наматываем изолирующую ленту на кольцо так, чтобы каждый очередной виток перехлёстывал предыдущий с наружной стороны кольца. Таким образом, изоляция снаружи кольца становится двухслойной, а внутри – четырёх-пятислойной.

Для намотки первичной обмотки нам понадобится челнок. Его можно легко изготовить из двух отрезков толстой медной проволоки.

Необходимую длину провода обмотки определить совсем просто. Достаточно измерить длину одного витка и перемножить это значение на необходимое количество витков. Небольшой припуск на выводы и погрешность вычисления тоже не помешает.

Пример

34(мм) * 120(витков) * 1,1(раз) = 4488(мм)

Если для обмотки используется провод тоньше, чем 0,1мм, то зачистка изоляции при помощи скальпеля может снизить надёжность трансформатора. Изоляцию такого провода лучше удалить при помощи паяльника и таблетки аспирина (ацетилсалициловой кислоты).

Будьте осторожны! При плавлении ацетилсалициловой кислоты выделяются ядовитые пары!

Если для какой-либо обмотки используется провод диаметром менее 0,5мм, то выводы лучше изготовить из многожильного провода. Припаиваем к началу первичной обмотки отрезок многожильного изолированного провода.

Изолируем место пайки небольшим отрезком электрокартона или обыкновенной бумаги толщиной 0,05… 0,1мм.

Наматываем начало обмотки так, чтобы надёжно закрепить место соединения.

Те же самые операции проделываем и с выводом конца обмотки, только на этот раз закрепляем место соединения х/б нитками. Чтобы натяжение нити не ослабло во время завязывания узла, крепим концы нити каплей расплавленной канифоли.

Если для обмотки используется провод толще 0,5мм, то выводы можно сделать этим же проводом. На концы нужно надеть отрезки полихлорвиниловой или другой трубки (кембрика).

Затем выводы вместе с трубкой нужно закрепить х/б нитью.

Поверх первичной обмотки наматываем два слоя лакоткани или другой изолирующей ленты. Это межобмоточная прокладка необходима для надёжной изоляции вторичных цепей блока питания от осветительной сети. Если используется провод диаметром более 1-го миллиметра, то неплохо в качестве прокладки использовать киперную ленту.

Если предполагается использовать выпрямитель с нулевой точкой, то можно намотать вторичную обмотку в два провода. Это обеспечит полную симметрию обмоток.

Витки вторичных обмоток также должны быть равномерно распределены по периметру сердечника. Особенно это касается наиболее мощных в плане отбора мощности обмоток.

Вторичные обмотки, отбирающие небольшую, по сравнению с общей, мощность, можно мотать как попало.

• Если под рукой не оказалось провода достаточного сечения, то можно намотать обмотку несколькими проводами, соединёнными параллельно.
• На картинке вторичная обмотка, намотанная в четыре провода.
• Вернуться наверх к меню.

Дополнительные материалы

Вернуться наверх к меню.

21 Март, 2011 (11:33) в Измерения, Источники питания, Сделай сам

Источник: https://oldoctober.com/ru/pulse_transformer/

Сборка и наладка импульсного блока питания на ir2153 ir2155 своими руками

СБОРКА И НАЛАДКА ИМПУЛЬСНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ НА IR2153 IR2155

    Практическую часть статьи рассмотрим на примере схемы №2 первой части сатьи и чтобы не перепрыгивать туда-сюда расположим здесь принципиальную схему данного блока питания:

Принципиальная схема импульсного блока питания на микросхеме IR2153 (IR2155)

    Начинать сборку все равно с чего — либо с монтажа элементов на плату, либо с изготовления моточных деталей. Мы начнем с монтажа, поэтому лучше изучить чертеж расположения деталей повнимательней, к тому же некоторые элементы отличаются от предложенных на принципиальной схеме.     Например номиналы резисторов R16 и R18 отличаются чуть ли не в полтора раза.

В данном случае номиналя этих резисторов не принципиальны и могут располоагаться в пределах от 33 кОм до 100 кОм, поскольку служать прежде всего для разрядки конденсатора С4 при снятии напряжения питания. Второстепенную роль, которую они выполняют, это формировании виртуального нуля, т.е.

создания половины первичного напряжения, что немного предпочтительней простого соеднинения С13 и С14 с шинами питания.

    Резисторы R14 и R17 — формируют небольшую задержку немного увеличивая время реакции системы защиты. Номиналы этих резисторов могут располагаться от 33 Ом до 180 Ом.

Расположение деталей импульсного блока питания

        С13 и С14 — предназначены для развязки по постоянному напряжению обмотки трансформатора, на схеме 1 мкФ, на плате 2,2 мкФ.

При частоте преобразования 60 кГц реактивное сопротивление конденсатора на 1 мкФ будет составлять Хс = 1 / 2пFC = 5,3 Ома, учитывая то, что по «схемному» вариант по переменному напряжению получается паралельное соединение, т.е. получается 2 мкФ, то реактивное сопротивление составит 2,7 Ома.

При протекании через это сопротивление тока в 2 А на конднесаторе будет условное «падение» напряжения всего в 2,7 Ома х 2 А = 5,4 В, что составляет 1,8 %. Другими словами выходное напряжение блока питания будет изменяться менее чем на 2 % под нагрузкой и без нее за счет реактивного сопротивление конденсаторов.

При использовании конденсаторов на 2,2 мкФ в качестве С13 и С14 реактивное сопротивление составляет 1,2 Ома и под нагрузкой оно изменится на 0,8 %.

Учитывая то, что напряжениесети может колебаться до 7% и это считается нормой изменения в 0,8 — 2 % врядли кто заметит, поэтому можно использовать конденсаторы от 1 мкФ до 4,7 мкФ, правда в эту плату габариты емкостей на 4,7 мкФ уже не будут слишком велики.     Сопротивление R20 может колебаться в гораздо бОльших пределах, поскольку его номинал зависит от потребляемого вентилятором принудительного охлажедения и полученным в конечном итоге выходного напряжения.

    Сомнения в итоговом напряжении не напрасны, поскольку силовой трансформатор высокочастотный и имеет небольшое количество витков, а мотать дробные части витка довольно проблематично. Для примера рассмотрим случай, когда первичная обмотка составляет 17 витков.

Прилагаемое к ней напряжение равно 155 В (после выпрямителя на VD1 получается 310 В, следовательно половина напряжение питания и есть 155 В).

Воспользуемся пропорцией Uперв / Qперв = Uвтор / Qвтор, где Uперв — напряжение на первичной обмотке, Qперв — количество витков первичной обмотки, Uвтор — напряжение вторичной обмотки, Qвтор — количество витков вторичной обмотки и выясним, какие вторичные напряжения мы можем получить:

    155 / 17 = ? / 5, где «?» — выходное напряжение. Если во вторичной обмотке у нас будет 5 витков, то выходное напряжение будет составлять 45 В, если вторичка будет 4 витка, то выходное напряжение трансформатора составит 36 В.     Как видите получить напряжение ровно 40 вольт уже проблематично — нужно мотать 4,4 витка, а реальность показывает, что использовать обмотки не кратные половине витка довольно рискованно — можно намагнитить трансформатор и потерять силовые транзисторы.

    В конечном итоге после монтажа компонентов печатная плата блока питания приобретет следующий вид:

    На плате пока нет диодных мостов, силовых транзисторов, радиатров и моточных деталей, о которых сейчас и поговорим. При изготовлении импульсных блоков питания не стоит забывать о скин эффекте, который проявляется при протекании через проводник высокочастотного сигнала.

Смысл этого эффекта заключается в том, что чем выше частота переменного напряжениея, тем меньше протекает ток через середину проводника, т.е. ток как будто стремится выйти на поверхность. Отсюда и название SKIN -кожа, шкура.

По этому для высокочастотных трансформаторов необходимое от протекающего тока сечение получают методом сложения в жгут нескольких проводников меньшего диаметра, тем самым существенно снижая скин эффект и увеличивая КПД преобразователя.     Самым популярным способом сложения проводников является витой жгут.

Определившись с длиной провода, необходимого для обмотки (одинарным проводм мотают необходимое количество витков и добавляют к полученной длине еще 15-20%) необходмое количество проводов растягиваю на эту длину а затем при помощи дрели и воротка свивают в один жгут:

    Изготовление ленточного жгута более трудоемко — провода растягивают в непосредственной близости другу к другу и склеивают полиуритановым клеем, типа «МОМЕНТ КРИСТАЛЛ». В результате получается гибкая лента, намоитка которой позоволяет добится наибольшей плотности намотки:

    Перед намоткой ферритовое кольцо следует подготовить. Прежде всего необходимо закруглить углы, поскольку они с легкостью повреждают лак на обмоточном проводе:

    Затем необходимо кольцо изолировать, поскольку феррит имеет достаточно низкое сопротивление и в случае повреждения лака на обмоточном проводе может произойти межвиитковое замыкание. В середине, на азднем плане кольцо обмотано обычной бумагой для принтера, справа — бумага пропитана эпоксидным клеем, в середине спереди — наиболее предпочтительный материал — фторопластовая пленка:

    Так же кольца можно обматывать матерчатой изолентой, но она довольно толстая и существенно сокращает размер окна, а это не очень хорошо.

    Используя в качестве сердечника ферритовое кольцо обмотку необходимо равномерно распределить по всему сердечнику, что довольно существенно увеличивает магнитную связь обмоток и уменьшает создаваемые импульсным трансформатором электро-магнитные помехи:

    Осталось выяснить каким именно проводом нужно мотать, точнее какое должно быть сечение. В обычном трансформаторе напряженность в проводнике не должна превышать 2-2,5 Ампера на 1 квадратный милиметр сечения. Если середечник тороидальный, то это значение можно увеличить до трех ампер.

Импульные трансформаторы гораздо меньше своих пятидесяти Герцовых собратьев, у них лучше охлаждение, поэтому напряженность можно увеличить до 4-5 Ампер на квадратный милиметр сечения.

Однако данный совет актуален, и то весьма условно, для стабилизированных импульсных блоков питания, поскольку в не стабилизированном варианте уже начнет сказываться падение напряжения на обмотке под нагрузкой.

    Исходя из выше сказанного можно сделать вывод, что оптимальным вариантом напряженности получается 3-4 Ампера на 1 мм кв — и греется не сильно и падение на нем не слишком большое.     Для тех, кто запамятовал напоминалка:

    Площадь круга равна произведению числа Пи на квардрат радиуса, т.е. S = п • R • R. Для примера расчитаем какое нужно сечение при протекании тока через проводник величиной 7 А.

    В наличии имеется обмоточный провод диаметром 0,8 мм, 0,5 мм и 0,35 мм. Частота преобразования равна 70 кГц.

    В таблице смотрим, какой провод лучше использовать для данной частоты:

ЧАСТОТА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ	МАКСИМАЛЬНЫЙ ДИАМЕТР ОДНОГО ПРОВОДА ДЛЯ СБОРКИ ЖГУТА
40 кГц	0,65 мм
50 кГц	0,6 мм
60 кГц	0,55 мм
70 кГц	0,5 мм
80 кГц	0,45 мм
90 кГц	0,4 мм

    Согласно таблицы провод диаметром 0,8 мм отпадает, а вот 0,5 мм и 0,35 мм можно использовать. Сечение для первого провода получаем 0,2 мм кв, для второго 0,01 мм кв, следовательно через первый провод можно пропускать 0,6…0,8 А, а через второй 0,3…

0,4 А (умножаем площадь на выбранную напряженость).     Для выяснения количества проводов делим предполагаемый ток нагрузки в 7 А на максимальный ток одного провода и получаем 7 / 0,6…0,8 = 9…12 проводов диаметром 0,5 мм и 7 / 0,3…

0,4

Источник: http://soundbarrel.ru/pitanie/IR2153_03.html

Как разобрать и намотать импульсный трансформатор

Работая над своим новым проектом у меня возникла необходимость перемотать трансформатор с ферритовым магнитопроводом от импульсного блока питания под нужные мне напряжения.

Покупать каркас и феррит мне не очень хотелось, поскольку в моей кладовке полно неисправных компьютерных блоков питания из которых легко достать необходимый для моей самоделки трансформатор.

Клея китайцы не пожалели, залили на совесть и на века…

Думали разбирать импульсный трансформатор никто не будет. Наши Кулибины все разберут, перемотают и опять соберут.

Технология разборки очень простая надо сильно нагреть ферритовый магнитопровод до 300°С, клей хорошенько размякнет и аккуратно расшатывая вытаскиваем половинки феррита из каркаса.

Делать надо быстро и аккуратно, обязательно в перчатках, не дожидаясь охлаждения магнитопровода, иначе клей снова намертво прилипнет.

Можно использовать строительный фен или положить трансформатор ферритом на сковородку. Скажу честно, пока научился расколол пять трансформаторов.

Я решил использовать паяльную станцию предварительно выставил 300°С на терморегуляторе.

Аккуратно извлеките очень хрупкий ферритовый магнитопровод из каркаса.

Кусачками откусите медные обмотки и размотайте.

Остатки медного провода следует удалить паяльником.

Готовый к намотке каркас с ферритовым магнитопроводом.Чтобы намотать новые обмотки на каркас я использую самодельный станок для намотки трансформаторов.

Второй способ разборки импульсного трансформатора

Это самый популярный и доступный способ.

Просто берем глубокую посуду нужных размеров и нагреваем в нем воду до температуры кипения.

Затем берем палочку длиной больше диаметра посуды и привязываем точно посередине медный провод или толстые нитки. Другой конец провода привязываем к контактам трансформатора.

Погружаем трансформатор в кипяток.

Важно чтобы разбираемый импульсный трансформатор не касался дна, а был бы примерно посередине. Это нужно для равномерного прогрева со всех сторон.

Ждем 10-15 минут, вынимаем изводы и аккуратно, без дополнительных усилий, разъединяем половинки сердечника. Обязательно надеваем перчатки, т.к. сердечник очень горячий.

Третий способ разборки — мощный паяльник

Я применял этот способ неоднократно.

Включаем мощный паяльник, например 100Вт, и ждем до полного прогрева.

Устанавливаем трансформатор под корпусом паяльника, там где расположен нагревательный элемент.

Для равномерного прогрева главное, чтобы не было зазора. Через 10-15 минут прогреваем другую сторону.

Потом пробуем разобрать. Если клей еще не ослаб, надо продолжать нагрев. Не следует применять силу, иначе можно сломать сердечник.

Во всех случаях надо нагревать сердечник, поэтому не забывайте о правилах безопасности.

Видео: Как разобрать импульсный трансформатор

Как намотать импульсный трансформатор

Итак, разобрали трансформатор. Далее нужно нам разобраться для чего или подо что мы будем перематывать импульсный трансформатор.

Можно перемотать трансформатор для самого блока питания ПК, делается это для того, чтобы повысить выходное напряжение, при переделке БП ПК в регулируемый.

В данном случае можно первичную обмотку оставить родной. Чаще всего, первичная обмотка импульсных трансформаторов из БП ПК разделена на две части.

То есть, сначала мотается половина первичной обмотки, потом мотаются вторичные обмотки и сверху мотается вторая половина первичной обмотки. Так же, первичные полуобмотки могут иметь экран, в виде медной фольги.

Так вот, разматывая родные вторичные обмотки, можно посчитать количество витков, далее перемотать вторичную обмотку уже на несколько витков больше и восстановить верхнюю половину первичной обмотки. Тем самым мы сэкономим лакированный провод.

Лично я при переделке блоков питания ПК в регулируемый перематываю первичную и вторичную обмотки с нуля, пересчитывая их в программе Lite-CalcIT.

При новом расчете следует учесть тот факт, что частота ШИМ у блоков питания ПК 30-36 кГц.

Приведу пример расчета и намотки импульсного трансформатора на сердечнике от БП ПК.

Скачиваем и запускаем программу Lite-CalcIT.

Вбиваем  нужные нам напряжения и диаметры обмоточных проводов. Также указываем схему преобразования и схему выпрямления.

Частота преобразования в моем случае 50 кГц, если трансформатор рассчитывается для переделки БП ПК в регулируемый, то следует указать частоту преобразования 30 кГц, иначе из-за малого количества витков, сердечник войдет в насыщение и по первичной обмотке начнет протекать очень большой ток холостого хода.

Вторичных обмотки будет две, с отводом от середины.

Номинальное напряжение указывается для одной обмотки.

В моем расчете номинальное напряжение стоит 32 Вольта, это значит, что после выпрямления, относительно среднего вывода мы получим +32 Вольта и -32 Вольта. Так как я рассчитываю трансформатор под импульсный источник питания УНЧ, то мне нужно двухполярное питание +-32 Вольта, соответственно схема выпрямления указана двухполярной, со средней точкой.

Если рассчитывать трансформатор под переделку БП ПК, то ничего в программе менять не нужно, за исключением частоты (30 кГц), то есть будем иметь также две вторичных обмотки.  Единственное, что изменится, это схема выпрямления, она будет однополярная со средней точкой.

Далее указываем габариты и другие параметры сердечника, добытого из БП ПК.

Ничего в расчете сложного нет.  В ходе него я получил следующие параметры:

•  Число витков первичной обмотки 38;
• Число витков вторичной обмотки  10+10 двумя жилами указанного провода.

38 Витков первичной обмотки в один слой не влезут на мой каркас, поэтому мотать буду в два слоя по 18 витков.

Подпаиваем к контакту провод и мотаем 18 витков, один к другому. Если смотреть на каркас сверху, то мотаю по часовой стрелке все обмотки.

Далее кладу слой изоляции. Изоляцию использую, какая есть, либо лавсановая пленка из ненужных обрезков витой пары, либо скотч.

После чего, не меняя направления, мотаем к основанию каркаса еще 18 витков, один к другому.

Припаиваем контакт.

Кладем изоляцию. Все, первичка готова.

Пример намотки первичной обмотки на частоту 30 кГц.

По расчетам я получил количество витков первичной обмотки, равное 48.  В первый слой я положил 35 витков.

Далее слой изоляции и остальные 13 витков, равномерно расположенных по всей длине каркаса.

Изолируем первичную обмотку от вторичной.

P.S. Если в один слой не влезает расчетное количество витков, то можно разделить на две равные половины, или мотать в один слой такое количество витков, которое влезет на всю длину каркаса. Остальное количество витков, которое не влезло, распределяем равномерно по всей длине каркаса сердечника.

Как намотать вторичную обмотку импульсного трансформатора

Подпаиваем два провода к выводу нашего транса от БП ПК.

Мотаем в ту же сторону, что и первичную обмотку (в моем случае по часовой стрелке), 10 витков.

Оставляем хвост и изолируем.

Далее подпаиваем еще два провода к другим контактам.

Мотаем еще 10 витков, но уже в противоположную сторону предыдущей обмотки.

Оставляем хвост.

 

Теперь давайте разберемся, если нам отвод от середины не был бы нужен, то мы мотали бы от основания до верха по часовой стрелке 10 витков, потом слой изоляции, и далее в том же направлении еще 10 витков до основания каркаса.

В принципе можно и с отводом от середины так мотать, кому как удобней короче.

P.S. Обмотки должны быть намотаны, как можно симметрично и равномерно распределены по каркасу. Если полуобмотки получаться несимметричными, то будет разное напряжение в плечах.

Едем дальше. Опять изолируем вторичку, хотя крайнюю обмотку можно не изолировать, так лучше проходит охлаждение трансформатора.

Косу, которая получилась, перед  скручиванием необходимо зачистить от лака. Далее скрутить и залудить. При желании можно надеть термоусадку.

Как намотать импульсный трансформатор своими руками? БП на IR2153. (PCBWay)

Поделиться ссылкой:

Двухтактные преобразователи (упрощенный расчет) /index php?name=ezcms&page_id=1594 – Документ

    Как видно из схем они отличаются лишь емкостями фильтров первичного питания и используемыми силовыми транзисторами. Емкость фильтров первичного питания расчитывается из отношения 1 мкФ на 1 Вт выходной мощности, а силовые транзисторя олжны иметь максимальный ток минимум на 30% больше чем ток протекающий через первичную обмотку силового трансформатора при максимальной мощности. Для большей наглядности емкости фильтров первичного питания и рекомендуемые силовые транзисторы сведены в таблицу.

Суммарная мощность блока питания	Суммарная емкость конденсаторов первичного питания	Рекомендуемые силовые транзисторы
400 Вт	400 мкФ (2 шт по 220 мкФ)	IRF840, IRF740, STP8NK80Z, STP10NK60Z
600 Вт	600 мкФ (2 шт по 330 мкФ)	IRF740, STP14NK60Z, STP10NK60Z, IRFB18N50K
1000 Вт	1000 мкФ (2 шт по 470 мкФ)	IRF740, STP14NK60Z, STP10NK60Z, IRFB18N50K
1500 Вт	1300 мкФ (2 шт по 680 мкФ)	STP14NK60Z, STP25NM50N, SPA20N60C3, STP17NK40ZPFP, IRFP450, IRFP460
2000 Вт	2000 мкФ (2 шт по 1000 мкФ)	STP25NM50N, SPA20N60C3, IRFP360, IRFP460, IRFP22N60K, SPW20N60C3
КРАСНЫЕ – корпус ТО-220, СИНИЕ – корпус ТО-247

    Несколько слов об алгоритме работы данного блока питания:
    В момент подачи сетевого напряжения 220 В емкости фильтров первичного питания С15 и С16 заражаются через резисторы R8 и R11, что не позволяет перегрузиться лиолному мосту VD током короткого замыканияполностью разряженных С15 и С16. Одновременно происходит зарядка конденсаторов С1, С3, С6, С19 через линейку резисторов R16, R18, R20 и R22, стабилизатор 7815 и резистор R21.
    Как только величена напряжения на конденсаторе С6 достигнет 12 В стабилитрон VD1 “пробивается” и через него начинает течть ток заряжая конденсатор C18 и как только на плюсовом выводе этого конденсатора будет достигнута величина достаточная для открытия тиристора VS2 он откроется. Это повлечет включение реле К1, которое своими кнтактами зашунтирует токоограничивающие резисторы R8 и R11.Кроме этого открывшийся тиристор VS2 откроет транзистор VT1 и на контроллер TL494 и полумостовой драйвер IR2110. Контроллер начнет режим мягкого старта, длительность которого зависит от номиналов R7 и C13.
    Во время мягкого старта длительность импульсов, открывающих силовые транзисторы увеличиваются постепенно, тем самым постепенно заряжая конденсаторы вторичного питания и ограничивая ток через выпрямительные диоды. Длительность увеличивается до тех пор, пока величина вторичного питания не станет достаточной для открытия светодиода оптрона IC1. Как только яркость светодиода оптрона станет достаточной для открытия транзистора длительность импульсов перестанет увеличиваться (рисунок4).

Рисунок 4. Режим мягкого старта.

    Тут следует отметить, что длительность мягкого старта ограничена, поскольку проходящего через резисторы R16, R18, R20, R22 тока не достаточно для питания контроллера TL494 и драйвера IR2110 напряжение питания этих микросхем начнет уменьшаться и вскоре уменьшиться до величины, при которой TL494 перестанет вырабатывать импульсы управления. И именно до этого момента режим мягкого старта должен быть окончен и преобразователь должен выйти на нормальный режим работы, поскольку основное питание контроллер TL494 и дрейвер IR2110 получают от силового трансформатора (VD9, VD10 – выпрямитель со средней точкой, R23-C1-C3 – RC фильтр, IC3 – стабилизатор на 15 В) и именно поэтому конденсаторы C1, C3, C6, C19 имеют такие большие номиналы – они должны удерживать величнину питания контроллера до выхода его на обычный режим работы.
    Стабилизация выходного напряжения происходит путем изменения длительности импульсов управления силовыми транзисторами при неизменной частоте – Широтно Импульсная Модуляция – ШИМ. Это возможно лишь при условии, когда величина вторичного напряжения силового трансформатора выше требуемой на выходе стабилизатора минимум на 30%, но не более 60%.

Рисунок 5. Принцип работы ШИМ стабилизатора.

    При увеличении нагрузки выходное напряжение начинает уменьшаться, светодиод оптрона ШС1 начинает светиться меньше, транзисторы оптрона закрывается, тем самым увеличивая длительность импульсов управления до тех пор, пока действующее напряжение не достигнет величины стабилизации (рисунок 5). При уменьшении нагрузки напряжение начнет увеличиваться, светодиод оптрона IC1 начнет светиться ярче, тем самым открывая транзистор и уменьшая длительность управляющих импульсов дотех пор, пока величина действующего значения выходного напряжения не уменьшиться до стабилизируемой величины. Величину стабилизируемого напряжения регулируют подстроечным резистором R26.
    Следует отметить, что контроллером TL494 регулируется не длительность каждого импулься в зависимости от выходного напряжения, а лишь среднее значение, т.е. измерительная часть имеет некотрую инерционость. Однако даже при установленных конденсаторах во вторичном питании емкостью 2200 мкФ провалы питания при пиковых кратковременных нагрузках не превышают 5 %, что вполне приемлемо для аппаратуры HI-FI класса. Мы же обычно ставим конденсаторы во вторичном питании 4700 мкФ, что дает уверенный запас на пиковые значения, а использование дросселя групповой стабилизации позволяет контролировать все 4 выходных силовых напряжения.
    Данный импульсный блок питания оснащен защитой от перегрузки, измерительным элементом которой служит трансформатор тока TV1. Как только ток достигнет критической величины открывается тиристор VS1 и зашунитрует питание оконечного каскада контроллера. Импульсы управления исчезают и блок питания переходит в дежурный режим, в котором может находиться довольно долго, поскольку тиристор VS2 продолжает оставаться открытым – тока протекающего через резисторы R16, R18, R20 и R22 хватает для удержание его в открытом состоянии.
    Для вывода блока питания из дежурного режима необходимо нажать кнопку SA3, которая своим контактами зашунтирует тиристор VS2, ток через него перестанет течь и он закроется. Как только контакты SA3 разомкнуться транзистор VT1 закроется тме самы снимая питания с контроллера и драйвера. Таким образом схема управления перейдет в режим минимального потребления – тиристор VS2 закрыт, следовательно реле К1 выключено, транзистор VT1 закрыт, следовательно контроллер и драйвер обесточены. Конденсаторы С1, С3, С6 и С19 начинают заряжаться и как только напряжение достигнет 12 В откроется тиристор VS2 и произойдет запуск импульсного блока питания.
    При необходимости перевести блок питания в дежурный режим можно воспользоваться кнопкой SA2, при нажатии на которую будут соеденены база и эмиттер транзистора VT1. Транзистор закроется и обесточит контроллер и драйвер. Импульсы управления исчезнут, исчезнут и вторичные напряжения. Однако питание не будет снято с реле К1 и повторного запука преобразователя не произойдет.
    Расположение деталей на печатной плате показано на рисунке 6. Сразу следует оговориться – этот импульсный блок питания не для начинающих, поэтому некоторые номиналы на чертеже не проставлены, чтобы более опытные смогли разобраться, а начинающих это должно остановить.

Рисунок 6. Расположение деталей на плате сетевого импульсного блока питания для усилителей мощности до 1000 Вт.
УВЕЛИЧИТЬ     СКАЧАТЬ В ФОРМАТЕ LAY

    Немного крупнее и мощнее печатная плата показанная на рисунке 7. На ней установлены диоды вторичного питания в корпусе ТО-247, а в этом корпусе есть диоды с током до 80 А и 1200 В, а так же более крупный силовой трансформатор.

Рисунок 7. Расположение деталей на плате сетевого импульсного блока питания для усилителей мощности до 1000 Вт.
УВЕЛИЧИТЬ     СКАЧАТЬ В ФОРМАТЕ LAY

    Немного о деталях:
    Силовой трансформатор мы изготавливаем на сердечниках от строчных трансформаторов телевизоров. Однако схожие параметры можно получить и на феритовых кольцах, правда частоту преобразования не стоит поднимать выше 70 кГц, поскольку даже уже на этой частоте феррит 2000 начинает греться из за внутренних потерь. В качестве дросселя групповой стабилизации мы используем сердечник от ТПИ. Обмотки распологаются встречно, как показанно на принципиальной схеме. Сечение проводников расчитывается из отношения 3-4 А на мм кв. Обмотки наматываются до заполнения окна. В случае использвания в качестве сердечника для дросселя групповой стабилизации ферритового кольца лучше использовать кольцо К40х25х11. Обмотки мотаются до уменьшения отверстия внутри до 14…16 мм. В качестве дополнительных фильтрующих индуктивностей мы используем сердечники от фильтров сетевого питания телевизоров, но эти фильтры можно намотать и на кольцах диаметром 20…25 мм. Обмотка мотается до заполнения, тем же проводом, что и дроссель групповой стабилизации.
    При необходимости получить блок питания для усилителя с двухуровневым питанием выходные напряжения блока питания следует соеденить по схеме рисунка 8.

Рисунок 8. Схема соединений выходных напряжений для усилителя с двухуровневым питанием.

   
    НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕНОСТИ ДАННЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ
    Если повнимательней расмотреть принципиальную схему, то станет ясно, что контролируется лишь напряжение силовой части. Однако с этого же силового трансформатора производится и питание самой управляющей части блока. Поэтому без нагрузки в силовой части контролируеммое напряжение достигнув своей величины сократит длительность управляющих импульсов вплоть до их полного исчезновения. Это повлечет обесточивание контроллера TL4949 и драйвера IR2110 и блок питания просто отключится.
    Поэтому данный блок питания без нагрузки отрегулировать нельзя. Для регулировки в качестве нагрузки следует все силоывые напряжения нагрузить резисторами мощностью 2 Вт и сопротивлением 4,7к…6,8к. При выходном напряжении 60…90 В это будет имитировать ток покоя усилителй мощности. При более низком выходном напряжении сопротивление следует немного уменьшить.
   
   
    Почему мощность ограничена 2000 Вт и что можно сделать для увеличения мощности можно почитать тут.

Как за час сделать импульсный блок питания из сгоревшей лампочки?

/ru/smps/

Очень похоже на квазирезонансный полумост из второго файла по теме.

Близкие темы.

Как намотать импульсный трансформатор для сетевого блока питания?

Как разобрать энергосберегающую лампу (КЛЛ)?

Энергосберегающие лампы “Vitoone” – технические данные и схема.

Схема и техническая информация по энергосберегающим лампам Osram.

Оглавление статьи.

1. Вступление.

2. Отличие схемы КЛЛ от импульсного БП.

3. Какой мощности блок питания можно изготовить из КЛЛ?

4. Импульсный трансформатор для блока питания.

5. Ёмкость входного фильтра и пульсации напряжения.

6. Блок питания мощностю 20 Ватт.

7. Блок питания мощностью 100 ватт

8. Выпрямитель.

9. Как правильно подключить импульсный блок питания к сети?

10. Как наладить импульсный блок питания?

11. Каково назначение элементов схемы импульсного блока питания?

Вступление.

В настоящее время получили широкое распространение Компактные Люминесцентные Лампы (КЛЛ). Для уменьшения размеров балластного дросселя в них используется схема высокочастотного преобразователя напряжения, которая позволяет значительно снизить размер дросселя.

В случае выхода из строя электронного балласта, его можно легко отремонтировать. Но, когда выходит из строя сама колба, то лампочку обычно выбрасывают.

Однако электронный балласт такой лампочки, это почти готовый импульсный Блок Питания (БП). Единственное, чем схема электронного балласта отличается от настоящего импульсного БП, это отсутствием разделительного трансформатора и выпрямителя, если он необходим./

В то же время, современные радиолюбители испытывают большие трудности при поиске силовых трансформаторов для питания своих самоделок. Если даже трансформатор найден, то его перемотка требует использования большого количества медного провода, да и массо-габаритные параметры изделий, собранных на основе силовых трансформаторов не радуют. А ведь в подавляющем большинстве случаев силовой трансформатор можно заменить импульсным блоком питания. Если же для этих целей использовать балласт от неисправных КЛЛ, то экономия составит значительную сумму, особенно, если речь идёт о трансформаторах на 100 Ватт и больше.

Вернуться наверх к меню

Отличие схемы КЛЛ от импульсного БП.

Это одна из самых распространённых электрических схем энергосберегающих ламп. Для предобразования схемы КЛЛ в импульсный блок питания достаточно установить всего одну перемычку между точками А – А’ и добавить импульсный трансформатор с выпрямителем. Красным цветом отмечены элементы, которые можно удалить.

А это уже законченная схема импульсного блока питания, собранная на основе КЛЛ с использованием дополнительного импульсного трансформатора.

Для упрощения, удалена люминесцентная лампа и несколько деталей, которые были заменены перемычкой.

Как видите, схема КЛЛ не требует больших изменений. Красным цветом отмечены дополнительные элементы, привнесённые в схему.

Вернуться наверх к меню

Какой мощности блок питания можно изготовить из КЛЛ?

Мощность блока питания ограничивается габаритной мощностью импульсного трансформатора, максимально допустимым током ключевых транзисторов и величиной радиатора охлаждения, если он используется.

Блок питания небольшой мощности можно построить, намотав вторичную обмотку прямо на каркас уже имеющегося дросселя.

В случае если окно дросселя не позволяет намотать вторичную обмотку или если требуется построить блок питания мощностью, значительно превышающей мощность КЛЛ, то понадобится дополнительный импульсный трансформатор.

Если требуется получить блок питания мощностью свыше 100 Ватт, а используется балласт от лампы на 20-30 Ватт, то, скорее всего, придётся внести небольшие изменения и в схему электронного балласта.

В частности, может понадобиться установить более мощные диоды VD1-VD4 во входной мостовой выпрямитель и перемотать входной дроссель L0 более толстым проводом. Если коэффициент усиления транзисторов по току окажется недостаточным, то придётся увеличить базовый ток транзисторов, уменьшив номиналы резисторов R5, R6. Кроме этого придётся увеличить мощность резисторов в базовых и эмиттерных цепях.

Если частота генерации окажется не очень высокой, то возможно придётся увеличить емкость разделительных конденсаторов C4, C6.

Вернуться наверх к меню

Импульсный трансформатор для блока питания.

Особенностью полумостовых импульсных блоков питания с самовозбуждением является способность адаптироваться к параметрам используемого трансформатора. А тот факт, что цепь обратной связи не будет проходить через наш самодельный трансформатор и вовсе упрощает задачу расчёта трансформатора и наладки блока. Блоки питания, собранные по этим схемам прощают ошибки в расчётах до 150% и выше. Проверено на практике.

Здесь подробно рассказано, как произвести самые простые расчёты импульсного трансформатора, а так же, как его правильно намотать… чтобы не пришлось подсчитывать витки.

Не пугайтесь! Намотать импульсный трансформатор можно в течение просмотра одного фильма или даже быстрее, если Вы собираетесь выполнять эту монотонную работу сосредоточенно.

Вернуться наверх к меню

Ёмкость входного фильтра и пульсации напряжения.

Во входных фильтрах электронных балластов, из-за экономии места, используются конденсаторы небольшой ёмкости, от которых зависит величина пульсаций напряжения с частотой 100 Hz.

Чтобы снизить уровень пульсаций напряжения на выходе БП, нужно увеличить ёмкость конденсатора входного фильтра. Желательно, чтобы на каждый Ватт мощности БП приходилось по одной микрофараде или около того. Увеличение ёмкости С0 повлечёт за собой рост пикового тока, протекающего через диоды выпрямителя в момент включения БП. Чтобы ограничить этот ток, необходим резистор R0. Но, мощность исходного резистора КЛЛ мала для таких токов и его следует заменить на более мощный.

Если требуется построить компактный блок питания, то можно использовать электролитические конденсаторы, применяющиеся в лампах вспышках плёночных «мальниц». Например, в одноразовых фотоаппаратах Kodak установлены миниатюрные конденсаторы без опознавательных знаков, но их ёмкость аж целых 100µF при напряжении 350 Вольт.

Вернуться наверх к меню

Блок питания мощностью 20 Ватт.

Блок питания мощностью, близкой к мощности исходной КЛЛ, можно собрать, даже не мотая отдельный трансформатор. Если у оригинального дросселя есть достаточно свободного места в окне магнитопровода, то можно намотать пару десятков витков провода и получить, например, блок питания для зарядного устройства или небольшого усилителя мощности.

На картинке видно, что поверх имеющейся обмотки был намотан один слой изолированного провода. Я использовал провод МГТФ (многожильный провод во фторопластовой изоляции). Однако таким способом можно получить мощность всего в несколько Ватт, так как большую часть окна будет занимать изоляция провода, а сечение самой меди будет невелико.

Если требуется бо’льшая мощность, то можно использовать обыкновенный медный лакированный обмоточный провод.

Внимание! Оригинальная обмотка дросселя находится под напряжением сети! При описанной выше доработке, обязательно побеспокойтесь о надёжной межобмоточной изоляции, особенно, если вторичная обмотка мотается обычным лакированным обмоточным проводом. Даже если первичная обмотка покрыта синтетической защитной плёнкой, дополнительная бумажная прокладка необходима!

Как видите, обмотка дросселя покрыта синтетической плёнкой, хотя часто обмотка этих дросселей вообще ничем не защищена.

Наматываем поверх плёнки два слоя электрокартона толщиной 0,05мм или один слой толщиной 0,1мм. Если нет электрокартона, используем любую подходящую по толщине бумагу.

Поверх изолирующей прокладки мотаем вторичную обмотку будущего трансформатора. Сечение провода следует выбирать максимально возможное. Количество витков подбирается экспериментальным путём, благо их будет немного.

Мне, таким образом, удалось получить мощность на нагрузке 20 Ватт при температуре трансформатора 60ºC, а транзисторов – 42ºC. Получить ещё большую мощность, при разумной температуре трансформатора, не позволила слишком малая площадь окна магнитопровода и обусловленное этим сечение провода.

На картинке действующая модель БП.

Мощность, подводимая к нагрузке – 20 Ватт. Частота автоколебаний без нагрузки – 26 кГц. Частота автоколебаний при максимальной нагрузке – 32 кГц Температура трансформатора – 60ºС Температура транзисторов – 42ºС

Вернуться наверх к меню

Блок питания мощностью 100 Ватт.

Для увеличения мощности блока питания пришлось намотать импульсный трансформатор TV2. Кроме этого, я увеличил ёмкость конденсатора фильтра сетевого напряжения C0 до 100µF.

Так как КПД блока питания вовсе не равен 100%, пришлось прикрутить к транзисторам какие-то радиаторы.

Ведь если КПД блока будет даже 90%, рассеять 10 Ватт мощности всё равно придётся.

Мне не повезло, в моём электроном балласте были установлены транзисторы 13003 поз.1 такой конструкции, которая, видимо, рассчитана на крепление к радиатору при помощи фасонных пружин. Эти транзисторы не нуждаются в прокладках, так как не снабжены металлической площадкой, но и тепло отдают намного хуже. Я их заменил транзисторами 13007 поз.2 с отверстиями, чтобы их можно было прикрутить к радиаторам обычными винтами. Кроме того, 13007 имеют в несколько раз бо’льшие предельно-допустимые токи.

Если пожелаете, можете смело прикручивать оба транзистора на один радиатор. Я проверил, это работает.

Только, корпуса обоих транзисторов должны быть изолированы от корпуса радиатора, даже если радиатор находится внутри корпуса электронного устройства.

Крепление удобно осуществлять винтами М2,5, на которые нужно предварительно надеть изоляционные шайбы и отрезки изоляционной трубки (кембрика). Допускается использование теплопроводной пасты КПТ-8, так как она не проводит ток.

Внимание! Транзисторы находятся под напряжением сети, поэтому изоляционные прокладки должны обеспечивать условия электробезопасности!

На чертеже изображено соединение транзистора с радиатором охлаждения в разрезе.

1. Винт М2,5.

2. Шайба М2,5.

3. Шайба изоляционная М2,5 – стеклотекстолит, текстолит, гетинакс.

4. Корпус транзистора.

5. Прокладка – отрезок трубки (кембрика).

6. Прокладка – слюда, керамика, фторопласт и т.д.

7. Радиатор охлаждения.

А это действующий стоваттный импульсный блок питания.

Резисторы эквивалента нагрузки помещены в воду, так как их мощность недостаточна.

Мощность, выделяемая на нагрузке – 100 Ватт.

Частота автоколебаний при максимальной нагрузке – 90 кГц.

Частота автоколебаний без нагрузки – 28,5 кГц.

Температура транзисторов – 75ºC.

Площадь радиаторов каждого транзистора – 27см².

Температура дросселя TV1 – 45ºC.

TV2 – 2000НМ (Ø28 х Ø16 х 9мм)

Вернуться наверх к меню

Выпрямитель.

Все вторичные выпрямители полумостового импульсного блока питания должны быть обязательно двухполупериодным. Если не соблюсти это условие, то магинтопровод может войти в насыщение.

Существуют две широко распространённые схемы двухполупериодных выпрямителей.

1. Мостовая схема.

2. Схема с нулевой точкой.

Мостовая схема позволяет сэкономить метр провода, но рассеивает в два раза больше энергии на диодах.

Схема с нулевой точкой более экономична, но требует наличия двух совершенно симметричных вторичных обмоток. Асимметрия по количеству витков или расположению может привести к насыщению магнитопровода.

Однако именно схемы с нулевой точкой используются, когда требуется получить большие токи при малом выходном напряжении. Тогда, для дополнительной минимизации потерь, вместо обычных кремниевых диодов, используют диоды Шоттки, на которых падение напряжения в два-три раза меньше.

Пример.

Выпрямители компьютерных блоков питания выполнены по схеме с нулевой точкой. При отдаваемой в нагрузку мощности 100 Ватт и напряжении 5 Вольт даже на диодах Шоттки может рассеяться 8 Ват.

100 / 5 * 0,4 = 8(Ватт)

Если же применить мостовой выпрямитель, да ещё и обычные диоды, то рассеиваемая на диодах мощность может достигнуть 32 Ватт или даже больше.

100 / 5 * 0,8 * 2 = 32(Ватт).

Обратите внимание на это, когда будете проектировать блок питания, чтобы потом не искать, куда исчезла половина мощности.

В низковольтных выпрямителях лучше использовать именно схему с нулевой точкой. Тем более что при ручной намотке можно просто намотать обмотку в два провода. Кроме этого, мощные импульсные диоды недёшевы.

Вернуться наверх к меню

Статья 2. Расчет импульсного источника питания на UC3842.

Статья 2. Расчет импульсного источника питания на UC3842.

Продолжаем тему Статья 1. Импульсный источник питания на UC3842.

В этой статье попытаемся рассчитать элементы импульсного источника питания на UC3842 под необходимые параметры. Для начала определимся зачем он нам нужен.

А нужен мне импульсный источник питания в лабораторно – испытательных целях. В будущем, этот ИИП будет немного видоизменен и дополнен возможностью регулировки выходного напряжения и силы тока, а пока рассчитаем ИИП на UC3842 под максимально возможные необходимые параметры.

Первое условие – нужное напряжение – 32 В (больше использовать не приходилось, так, что буду наедятся, что этого хватит). Второе условие – сила тока – естественно, чем больше, тем лучше. Однако будем исходить из реалий: сварочный аппарат мне не нужен, а значит посмотрим, что имеется у меня из деталей. В качестве выпрямительных диодов VD1 – VD4 буду использовать диодный мост DB207S с максимальным пропускным током 2 А. В качестве ключа установится имеющийся IRF840, по датасшиту максимальный коммутируемый им ток до 8 А, но если учесть, что он китайский, то к максимуму лучше не подходить. С силой тока разберемся по ходу.

Самым важным элементом во всей схеме ИИП на UC3842 является трансформатор. Для его расчета воспользуемся программой Flyback. Сразу приведу скрин программы с уже заполненными параметрами, а после разъясню, что откуда брать.

Основные параметры, которые необходимо ввести:

Питание. Устанавливаем точку напротив AC, и вводим значения переменного тока сети. Если установить точку напротив DС, необходимо будет ввести параметры уже выпрямленного тока после диодного моста.

Частота преобразования. Выбрана 60 кГц. Чем больше частота преобразования, тем больше энергии можно передать через один и тот же трансформатор, но нужно помнить, что и ключ устанавливать нужно мощнее. А чем мощнее ключ, тем больше емкость его затвора будет, которую необходимо зарядить, что бы открылся транзистор. А чем больше емкость, тем дольше время ее заряда. Выбрав слишком большую частоту преобразования, может случится так, что транзистор еще не успеет открыться, так как емкость затвора не успеет зарядится полностью, а драйвер его начнет уже закрывать.

Максимально допустимое напряжение на ключе – 500 В, cопротивление канала Rds – 0,85 Ом. Эти значения берем из датасшита на имеющийся у вас полевой транзистор. Вот пример для транзистора IRF840:

Не забываем, что в датасшите напряжение и сила тока указаны максимальные, к которым лучше не приближаться!

Идем дальше. Пороговое напряжение датчика тока – установлено 1 В. Это такое напряжение, формируемое на 3 выводе драйвера UC3842, при превышении которого он закрывает транзистор. Поступает оно с датчика тока R13.

Теперь задаем выходные параметры. Напряжение мне нужно 32 В, однако, я указал две обмотки по 16 В, чтобы после сформировать на выходе двух полярное питание со средней точкой (может когда сгодится). Там же указываем нужный ток Iном. У меня Iном = 5 А, чуть позже объясню почему именно такое значение выбрал.

Так же здесь указываем напряжение обмотки питания драйвера как на скриншоте в начале.

Справа, в программе, задаем параметры сердечника, на котором будем мотать трансформатор. В базе программы уже есть параметры наиболее распространённых сердечников. Я использовать буду сердечник от трансформатора с компьютерного ИИП, собственно его размеры и выбрал.

После ввода всех данных жмем кнопку «Рассчитать». И смотрим, получилось.

Параметры, которые нужны для изготовления ИИП на UC3842.

Величина немагнитного зазора – зазор между частями магнитопровода трансформатора. Программа рассчитывает полный минимальный зазор. Получился 2,071 мм. Берем чуть больше. Делим его пополам, получаем прокладки толoиной чуть более 1 мм. При сборке трансформатора устанавливаем их так как показано на картинке.

Теперь смотрим параметры обмоток.

Первичная обмотка. Необходимо мотать 42 витка в два провода диаметром 0,335 мм. Здесь так же видим амплитуду тока транзистора 4,488 А – это ток который должен «держать» транзистор. Именно из этого параметра выбран ток вторичных обмоток 5 А. Напомню, используемый ключ IRF840 китайского производства. Максимальный ток по датасшиту 8 А. В программе, в графе «вторичные обмотки, Iном» я проставлял различную силу тока, жал кнопку рассчитать и смотрел, что получится в графе амплитуда тока транзистора. Смотрел, чтоб он был ниже максимального тока по датасшину, на процентов 25-30. Так, методом научного тыка, и был получен ток вторичных обмоток 5 А.

Из расчетов берем значение сопротивления датчика тока 0,201 Ом – это сопротивление R13 и минимальную емкость буферной емкости 201 мкФ С3 и С4, вместо которых буду ставить один конденсатор на 220 мкФ.

Вторичные обмотки получились по 6 витков косичкой по 9 проводов диаметром 0,335 мм в каждой.

Обмотка питания драйвера 7 витков одним проводом диаметром 0,335 мм.

В расчетах вторичных обмотках обращаем внимание на параметр Ud – минимальное обратное напряжение выпрямительных диодов.

C трансформатором разобрались. Рассчитаем RCD клампер, цепочку С6 – R6 – VD4 – служит для сглаживания «выбросов» с трансформатора.

Ставим точу напротив имеющегося конденсатора (в моем случае 10 нФ) и жмем рассчитать. Получаем резистор сопротивлением 10,3 кОм мощностью не менее 2,259 Вт и диод FR307.

Рассчитаем частоту задающие элементы R9 и С10.

Выбираем «Обратный расчет. Заданы F и С». Указываем частоту работы 60 кГц и имеющийся конденсатор. Жмем рассчитать. Меняем емкость конденсатора до тех пор, пока сопротивление резистора не окажется наиболее подходящим. У меня получилось С10 = 15 нФ и R9 = 1,5 кОм.

Вроде бы все. Если что-то забыл спрашиваем в комментариях/на форуме.
В следующей статье опишу намотку трансформатора.

П.С. Отдельное спасибо автору программ некому “Старичку”. Не знаю кто ты, но проделанная работа действительно заслуживает уважения! 

Расчет импульсного блока питания программа. Программы расчета импульсных трансформаторов

Маленькая программа для расчёта трансформатора по данным напряжения первичной и вторичной обмоток и по величине тока вторичной обмотки. Программа бесплатная. Работает в DOS (в том числе в DOS-live CD) и в 32-х битных системах Windows 97/XP/7 – в сеансе командной строки. Для выполнения вычислений распакуйте архив и кликните на файле программы мышкой. Далее следуйте интерактивной инструкции на русском языке. Программа не инсталлируется и работает с любого носителя.

Скачать бесплатно программу расчёта трансформатора(для dos/windows(32-bit)) архив.zip 23,5кб

Скачать бесплатно программу расчёта трансформатора (для windows 7 – 64bit) архив zip 134 kb

Программа для упрощенного расчёта силового трансформатора по данным напряжения первичной и вторичной обмоток и по величине тока вторичной обмотки для Debian 6.0 GNU/Linux – i386 (686) – в других дистрах не проверял:-)

Скачать бесплатно программу расчёта трансформатора (для Linux) архив.zip 0,5mb

для запуска распакуйте файл transf в каталог /bin или в /usr/local/bin , присвойте ему права 777 командой
#chmod 777 /bin/transf или
#chmod 777 /usr/local/bin/transf

$transf в первом варианте или
$/usr/local/bin/transf во втором варианте
Более никакой справки не потребуется – вводите желаемые величины напряжений и получаете параметры трансформатора. Всё на русском языке.

Скачать программу расчёта трансформатора по данным магнитопровода – для DOS/windows 32bit архив zip 14 kb

Скачать программу расчёта трансформатора по данным магнитопровода – для windows 7/64bit архив zip 134 kb

Скачать программу расчёта трансформатора по данным магнитопровода – для Debian 6.0 GNU/Linux – i386(686) архив zip 490 kb

Справка по программе для Linux:
для запуска распакуйте файл deftransf в каталог /bin или в /usr/local/bin , присвойте ему права 777 командой
#chmod 777 /bin/deftransf или
#chmod 777 /usr/local/bin/deftransf
после чего можете запустить программу командой:
$deftransf в первом варианте или
$/usr/local/bin/deftransf во втором варианте
Более никакой справки не потребуется – вводите желаемые величины напряжений и получаете параметры трансформатора. Всё на русском языке.

сопротивления цепи параллельно соединённых резисторов:

Программа для расчёта сопротивления цепи, набранной параллельно соединёнными резисторами. Особенностью программы является возможность интерактивно добавляя сопротивления в параллельное соединение моментально получать значение общего сопротивления цепи. Ограничений или предустановок по количеству включаемых параллельно элементов нет. Работает в DOS и Windows 97/XP/7 (32-х битных) – в сеансе командной строки. Программа бесплатна. Для вычисления распакуйте архив, кликните на файле программы мышкой и следуйте инструкции на русском языке. Программа не инсталлируется и работает с любого носителя.

Скачать бесплатно программу для DOS/Windows 32-bit архив.zip 22,3 кб

Для Windows 7 – 64 bit(132 kb)

Для Linux – zip 488 kb Примечание о запуске программы для Linux:

для запуска распакуйте файл paralsop в каталог /bin или в /usr/local/bin , присвойте ему права 777 командой
#chmod 777 /bin/paralsop или
#chmod 777 /usr/local/bin/paralsop
после чего можете запустить программу командой:
$paralsop в первом варианте или
$/usr/local/bin/paralsop во втором варианте

для вычисления длины стороны квадрата равного площадью данному кругу и наоборот:

Программа для вычисления периметра и длины стороны квадрата по данным круга. Иногда приходится соединять геометрически разные изделия (например: воздуховоды круглого и квадратного сечесения), при этом требуется сохранить площадь неизменяемой. Вот эта программа и вычисляет через площадь фигуры значения сторон квадрата или длину окружности – в зависимости от того, что Вам требуется узнать. Как и предыдущие программы, она работает в DOS и Windows 97/XP/7 – 32 бит. Халява. Для вычислений распакуйте архив, ну и далее мышкой на exe… Инсталляция не требуется, работает с любого носителя.

Скачать бесплат но программу для расчёта квадрата равного по площади данному кругу архив.zip 24 кб

для вычисления площади сечения по данному диаметра и наоборот:

Программа для вычисления площади поперечного сечения по данному диаметру и для определения диаметра по данному площади поперечного сечения.
Не секрет, что принятое обозначение номинала провода имеет два типа: первый – по диаметру, второй – по площади поперечного сечения. Торгующие организации не заморачиваются переводом одного в другое и предлагают выбрать провод по площади поперечного сечения. Но часто Вам известен диаметр требуемого провода, но неизвестна его площадь поперечного сечения, а между тем и этим есть однако разница. В конечном счёте эта разница выражается в рублях и в том случае если Вы возьмёте бОльшее и переплатите, и в том – когда купленный провод не будет соответствовать реальному току и провод этот придётся покупать заново (или обменивать на большего сечения). Собсно для этого и написал я такую программку – простенько, но деньги экономит.
Программа работает в DOS & Windows 97/XP/7 – 32 bit , халява.
Для работы – распакуйте и кликните на.exe – файл.

Скачать бесплатно программу для определения площади поперечного сечения провода zip-архив 23,4 кб

для расчёта размера регулярных выплат и общей суммы выплат по кредиту:

Программа для вычисления выплат по кредиту. Иногда требуется при планировании финансовых затрат и для представления того, в какую примерно сумму уложится переплата банку.

Скачать бесплатно для Windows 7/XP программу для вычисления выплат по кредитам zip-архив 3 кб

Скачать бесплатно для Linux x86 программу вычисления выплат по кредитам (архив regpay.zip)
Инструкция для Linux

Программа для вычисления простых чисел:

Вычисление простых чисел – приятное занятие для математика. Но с технической точки зрения оказывается не всё так возможно, как представляется. Размер регистров процессора ограничен, да и частота ставит предел скорости вычисления.

Всем привет! Много лазил по сайту, а особенно по своей ветке и нашёл много чего интересного. В общем в этой статье хочу собрать всевозможные радиолюбительские калькуляторы, чтобы народ сильно не искал, когда возникнет необходимость в расчётах и проектировании схем.

1. Калькулятор расчета индуктивности – . За представленную программу говорим спасибо краб

2. Универсальный калькулятор радиолюбителя – . Опять спасибо краб

3. Программа расчёта катушек Тесла – . Снова спасибо краб

4. Калькулятор расчета GDT в SSTC – . Предоставлено [)еНиС

5. Программа для расчета контура лампового УМ – . Благодарности за информацию краб

6. Программа опознавания транзисторов по цвету – . Благодарности краб

7. Калькулятор для расчета источников питания с гасящим конденсатором – . Спасибо посетителям форума

8. Программы расчета импульсного трансформатора – . Спасибо ГУБЕРНАТОР . Примечание – автором ExcellentIT v.3.5.0.0 и Lite-CalcIT v.1.7.0.0 является Владимир Денисенко из г. Пскова, автором Transformer v.3.0.0.3 и Transformer v.4.0.0.0 – Евгений Москатов из г. Таганрога.

9. Программа для расчета однофазных, трехфазных и автотрансформаторов – . Спасибо reanimaster

10. Расчет индуктивности, частоты, сопротивления, силового трансформатора , цветовая маркировка – . Спасибо bars59

11. Программы для разных радиолюбительских расчетов и не только – и . Спасибо reanimaster

12. Помощник Радиолюбителя – радиолюбительский калькулятор – . Тема на . Спасибо Antracen , т.е. мне:)

13. Программа по расчёту DC-DC преобразователя – . Благодарности краб

Приведены образцы схем преобразования и выпрямления. На некоторых полях ввода программы и на некоторых результатах расчета, которые нуждаются в комментариях, размещены всплывающие подсказки.

Подробнее о программе

1. Основная работа в программе происходит в группе «Оптимизация».
Автоматический расчет применяется при выборе другого сердечника или при изменении любых исходных данных (за пределами группы «Оптимизация») для получения отправной точки при оптимизации намоточных данных трансформатора.

2. В группе «Оптимизация» при изменении значений с помощью стрелок старт оптимизации запускается автоматически.
Но если новое значение введено «вручную», то следует запускать оптимизацию этой кнопкой.

3. Для ШИМ-контроллеров задается частота, равная половине частоты задающего генератора микросхемы. Импульсы задающего генератора подаются на выходы по очереди, поэтому частота на каждом выходе (и на трансформаторе) в 2 раза ниже частоты задающего генератора.
Микросхемы IR2153, и подобные ей этого семейства микросхем, не являются ШИМ-контроллерами, и частота на их выходах равна частоте задающего генератора.
Не стоит гнаться за большой частотой. При высокой частоте увеличиваются коммутационные потери в транзисторах и диодах. Также при большой частоте из-за малого числа витков ток намагничивания получается слишком велик, что приводит к большому току холостого хода и, соответственно, низкому КПД.

4. Коэффициент заполнения окна характеризует, какую часть окна сердечника займет медь всех обмоток.

5. Плотность тока зависит от условий охлаждения и от размеров сердечника.
При естественном охлаждении следует выбирать 4 — 6 А/мм2.
При вентиляции плотность тока можно выбрать больше, до 8 — 10 А/мм2.
Большие значения плотности тока соответствуют маленьким сердечникам.
При принудительном охлаждении допустимая плотность тока зависит от интенсивности охлаждения.

6. Если выбрана стабилизация выходных напряжений, то первый выход является ведущим. И на него надо назначать выход с наибольшим потреблением.
Остальные выходы считаются по первому.
Для реальной стабилизации всех выходов следует применять дроссель групповой стабилизации.

7. При однополярном выпрямлении, несмотря на больший расход меди, имеет преимущество схема выпрямления со средней точкой, так как потери на двух диодах будут в 2 раза меньше, чем на четырех диодах в мостовой схеме.

8. Для правильной работы дросселя в выпрямителе после диодов перед дросселем не должно быть никаких конденсаторов! Даже маленького номинала.

В сети можно найти множество программ для расчета импульсных трансформаторов, и каждая из них имеет свои достоинства и недостатки, но, как говорится, на вкус и цвет……. Поэтому в этой статье мы остановимся на нескольких бесплатных программах, предназначенных для этих целей, которыми пользуются многие радиолюбители.

“Расчет импульсных трансформаторов. Версия 2.6”.

Одной из них является программа Владимира Денисенко “Расчет импульсных трансформаторов. Версия 2.6”. Как уже говорилось выше, она бесплатна и имеет статус свободного распространения, не требует установки.
Просто извлеките файл запуска программы из архива (Расчет ИТ(2.6.0).exe) , запустите его, и пользуйтесь на здоровье.

Вот так выглядит интерфейс программы “Расчет импульсных трансформаторов. Версия 2.6”:

Во вкладке “Показать схемы выпрямления” вы можете посмотреть возможные варианты выпрямителей, стоящих на выходе импульсного источника питания. Вкладка выглядит вот так:

Если возникают какие то вопросы, загляните во вкладку “Помощь”.

Программа “Transformer”.

Эта программа также позволяет рассчитывать трансформаторы для импульсных источников питания. Как утверждает автор, она не содержит шпионских модулей, отсутствует реклама и всплывающие окна, бесплатна.

При запуске файла “Transformer_1.0.0.1.exe” из архива, запускается мастер установки программы:

Жмем “Next”, открывается окно, где можно прописать путь, куда будет установлена программа. По умолчанию она установится в: c:\Program Files (x86)\Transformer\*.*

В этой же папке вы сможете найти документацию на программу (файл в формате *.chm), прочитать раздел “Работа с программой”, и архив с исходниками. Окно документации выглядит так:

Интерфейс программы TRANSFORMER выглядит следующим образом:

Программа “Lite – CalcIT v. 1.5”.

Следующая программа для расчета импульсных трансформаторов двухтактных преобразователей, на которую мы хотели обратить ваше внимание, называется “Lite – CalcIT”. Установки программа не требует, поэтому распакуйте папку “Lite-CalcIT(1500)” куда хотите, запускайте файл “Lite-CalcIT(1500).exe”, и пользуйтесь.

Внешний вид окна программы следующий:

Выбирайте тип сердечника, вводите исходные данные, и жмите “Рассчитать!”
К сожалению программа не содержит вкладки “Помощь” или справочной информации. Наверно автор предполагал, что программой будут пользоваться более-менее опытные радиолюбители.

Программа “ExcellentIT v.3.2”.

Бесплатная, установки не требует. Интерфейс чем то напоминает Lite-CalcIT, только здесь уже можно сохранить полученный расчет в файл формата *.sav , а в последствии открыть уже ранее сохраненные расчеты. Также полученный расчет можно сохранить в обычный текстовый файл с расширением *.txt

Программа позволяет добавлять в базу и удалять не нужные типоразмеры магнитопроводов.

Рекомендуем также

Как рассчитать трансформатор SMPS

Трансформатор SMPS становится очевидным на выходе всех преобразователей прямого режима. Преобразователи, использующие прямую, двухтактную, полумостовую и полумостовую топологии, обычно являются преобразователями прямого режима. Следовательно, при вычислении выходной индуктивности используются эквивалентные методы для любых 4 таких широко используемых топологий. Фактическое предназначение выходного дросселя – всегда сохранять мощность для нагрузки в период почти каждого цикла переключения, когда выключены силовые устройства (BJT, MOSFET или IGBT).Электрическая работа трансформатора SMPS всегда заключается в объединении прямоугольных импульсов переключения (сигналов с широтно-импульсной модуляцией с изменяющимся рабочим циклом) в постоянный ток. Конденсатор, расположенный после катушки индуктивности, сглаживает постоянный ток в постоянный ток без пульсаций.

Расчет трансформатора SMPS довольно прост. Чаще всего можно использовать самозамкнутый тороидный сердечник. Ферритовые сердечники с зазором (типы, используемые для ферритовых трансформаторов, например, ETD39), возможно, можно будет использовать без проблем.

Формула для определения выходной индуктивности:

L (мин.) = [Vin (макс.) – V (выход) x T (ВКЛ.) / 1,4 x Iout (мин.)

Vin (макс.) = Максимальное напряжение рядом с выходным выпрямителем в пределах этого конкретного выхода.
Vout = выходное напряжение.
Toff (est) = ожидаемое время включения силового устройства при максимальном входном напряжении.
Iout (мин.) = Наименьший ожидаемый ток нагрузки для достижения этого выхода.

По приведенной выше формуле определяется L (мин), которая представляет собой минимальную рекомендуемую индуктивность, ниже которой сердечник будет лишен магнитного потока при наименьшем номинальном токе нагрузки для этого конкретного выхода.

Убедитесь, что вы спланировали схему, которая позволяет работать без какой-либо нагрузки. Несомненно, вы не можете заменить ноль на Iout (min), потому что это может способствовать получению L (min) числа бесконечности. И, конечно же, это на самом деле невозможно представить, не так ли?

Это означает, что вам необходимо выбрать минимально допустимый ток.

Работайте с резисторной нагрузкой на выходе источника питания, чтобы в случае отсутствия нагрузки эта резисторная нагрузка обеспечивала минимальную нагрузку.

Iout (min) должен быть достаточно значительным, чтобы L (min) определенно не было чрезмерно большим; кроме того, он не должен быть чрезмерно массивным, что может вызвать чрезмерный дефицит мощности и, следовательно, отрицательный КПД из-за рассеивания мощности в выходном резисторе.

Обычно этот резистор называют фиктивной нагрузкой, исключительной целью которой всегда является обеспечение минимальной нагрузки, если на выходе преобразователя / источника питания почти нет другой нагрузки.

Видя, что мы понимаем минимально необходимую индуктивность, мы должны понимать количество витков, которые нужно включить в наш сердечник.2

L – индуктивность, N – количество витков. Использование M в качестве аргумента:

L = √ L / AL

Таким образом, вот формула, которая может использоваться для вычисления количества витков при определении предпочтительной индуктивности.

Иногда вы, вероятно, не знакомы с оценкой AL. Вы, возможно, не узнаете спецификацию компонента ядра, которым вы владеете, поэтому не сможете идентифицировать таблицу.

Независимо от объяснения, можно экспериментально определить оценку AL.

Сделайте несколько оборотов и определите индуктивность с помощью L-метра. После этого измерьте индуктивность для наборов с различным числом витков.

Сделайте это снова для всех этих выбранных чисел оборотов. Следовательно, определите индуктивность, например, для 5, 10, 20, 40 витков, после чего для каждого и каждого определите значение AL. Получите среднее значение AL.

Можно сделать набросок графика зависимости L от N2. Градиент наиболее эффективной линии совпадения может быть значением AL.Вы также можете математически определить градиент «линии регрессии». Выполняйте любой курс, который вы понимаете, самый быстрый.

А сейчас давайте рассмотрим конкретный пример, чтобы решить то, что вы понимали до этого момента.

Оговоримся, что наш преобразователь является полумостовым преобразователем.

Входное напряжение преобразователя будет отличаться от 150 В переменного тока (212 В постоянного тока) до 250 В переменного тока (354 В постоянного тока). Выходное напряжение преобразователя может составлять 14 В постоянного тока. Частота поворота 50 кГц.

Первичная обмотка трансформатора: 26 витков
Вторичная обмотка трансформатора: 4 + 4 витка

Формула для расчета минимальной существенной индуктивности:

L (мин) = [Vin (макс.) – V (выход) x T (ВКЛ.) / 1,4 x Iout (мин.)

Нам нужно будет оценить выходное напряжение с вторичной обмоткой трансформатора на входе 354 В постоянного тока, что может быть нашим оптимальным входным напряжением.

Считаем, что падение напряжения на выпрямительном диоде составляет 1В. Следовательно, типичное выходное напряжение во вторичной обмотке трансформатора составляет 15 В.Коэффициент трансформации трансформатора (первичный: вторичный) = 26: 4 = 6,5

Таким образом, в любое время типичное вторичное напряжение такое же, как 15 В, типичное напряжение на первичной обмотке трансформатора составляет 6,5 * 15 В = 97,5 В. В случае, если рабочий цикл составлял 100%, напряжение на первичной обмотке трансформатора могло быть 177 В (50% напряжения шины постоянного тока – с учетом полумостовой топологии). Следовательно, рабочий цикл (97,5 / 177) * 100% = 55%.

Среднее выходное напряжение на вторичной обмотке трансформатора будет 15 В, при рабочем цикле 55%. Следовательно, максимальное выходное напряжение составляет 15 В / 0.55 = 27,3 В, и тогда предполагается уменьшение диода на 1 В. Следовательно, Vin (макс.) Составляет 26,3 В.

При оптимальном входном напряжении рабочий цикл, вероятно, будет наименьшим. Это может быть любое время, когда перерыв будет самым большим.

Теперь мы определили значение рабочего цикла 55% – это фактически минимальное значение рабочего цикла. Поскольку частота переключения составляет 50 кГц, период времени составляет 20 мкс. Период выключения составляет 0,45 * 20 мкс = 9 мкс. Это наш Toff (est).

Предположим, что конкретная минимальная нагрузка будет потреблять ток 500 мА.При использовании выхода 14 В и тока 500 мА рассеиваемое на выходном резисторе электричество, вероятно, составит:

P = VI = 14 x 0,5 Вт = 7 Вт

Это определенно большая мощность! В случае согласия, обязательно используйте минимальную нагрузку 500 мА. Если вы решите довести минимальную нагрузку до 250 мА, вы уменьшите рассеиваемую мощность (см. Выше) до 3,5 Вт.

Итак, теперь мы выяснили все существенные переменные. Давайте объединим их в формулу.-6 / 1,4 x 0,25

= 316uH

Часто это минимальная ожидаемая индуктивность. Не стесняйтесь использовать индуктивность выше установленного минимального числа, учитывая, что вы правильно определили минимальную существенную индуктивность.

Допустим, мы будем использовать индуктивность 450 мкГн. Предположим, мы выбрали тороидный сердечник с оценкой AL на 64 нГн за виток в квадрате.

Начнем с того, что ожидаемая индуктивность составляет 316 мкГн, что может быть эквивалентно 316000 нГн.

Поэтому предпочтительный диапазон оборотов:

Это может быть 70 или 71 виток. Часто это для 316 мкГн.

Относительно 450 мкГн:

Сделаем примерно 84 витка.

Итак … теперь вы знаете, как рассчитать количество оборотов трансформатора SMPS в домашних условиях, и вы можете применить это простое решение, чтобы определить необходимую выходную индуктивность для любого преобразователя, в котором используются прямой, двухтактный, полумостовой или полномостовая топология. Это легко, а также. Будем надеяться, что у меня лично была возможность дать вам возможность понять без сомнения.Я хочу быть благодарен за ваши отзывы и мнения!

Калькулятор трансформатора SMPS | Дэйв Оллмон

Другой калькулятор трансформатора

Много раз мне приходилось просматривать старую документацию, чтобы понять, как намотать трансформатор. я решил поместите расчеты в веб-калькулятор. Это простой калькулятор – он просто вычисляет число оборотов. Вы должны выяснить, какого размера должна быть проволока и поместится ли она на шпульку.

Две вещи, которые вам нужно знать о трансформаторе, – это Bmax, о котором вы обычно можете догадаться без тоже много хлопот, а площадь сечения в см ² . Bmax – максимальный поток плотность, которую вы хотите в ядре. 1500G с сердечником потенциометра 3622-77 на частоте 25 кГц будет производить 0,68 Вт потерь в сердечнике. Уменьшайте Bmax по мере увеличения частоты. Не используйте тип 77 выше 100 кГц. Для типа 77 похоже, что вы не сможете насытить сердечник, если вы держите Bmax ниже 3000, но тогда эти потери в сердечнике доставит вам.От половины до одной трети более уместно. Ваши очереди count будет увеличиваться при уменьшении Bmax. Как и ваши потери на обмотке. Ae – площадь поперечного сечения, и это всегда есть в таблице данных. Если указано в мм ² разделите на 100, чтобы получить см ² .

Обратите внимание на частоту переключения. Если вы используете что-то вроде LM3524D, частота его работы в два раза больше. фактическая частота трансформатора.Если он имеет тактовую частоту 50 кГц, трансформатор работает только на 25 кГц. Если вы не примете это во внимание, вы создадите трансформатор, который будет слишком мал для частоты.

Когда я получаю частичное включение первичной обмотки, я округляю ее в большую сторону. Это безопаснее, чем округление в меньшую сторону. Более высокие обороты на первичной обмотке означает большую индуктивность и меньший ток при той же частоте. Если вы округлите, вы можете увеличьте B до точки насыщения или перегрева сердечника.Вам также нужно будет решить, нужно ли вам округляйте все вторичные обмотки, так как округление первичной обмотки изменяет количество оборотов, необходимых на вторичной обмотке.

Как спроектировать собственный трансформатор для цепей питания SMPS

Создание эффективной цепи источника питания – не менее трудная задача. Те, кто уже работал со схемами SMPS, легко согласятся, что конструкция обратного трансформатора играет жизненно важную роль в разработке эффективной схемы источника питания.В большинстве случаев эти трансформаторы недоступны в продаже с теми же параметрами, которые подходят для нашей конструкции. Итак, в этом руководстве по проектированию трансформатора мы узнаем, как построить собственный трансформатор в соответствии с требованиями нашей схемы. Обратите внимание, что это руководство охватывает только теорию, используя которую позже в другом руководстве мы построим схему SMPS 5V 2A с трансформатором ручной работы, как показано на изображении выше для практического применения. Если вы совершенно не знакомы с трансформатором, прочтите, пожалуйста, статью «Основы работы с трансформатором», чтобы лучше понять процесс.

Детали трансформатора ИИП

Конструкция трансформатора ИИП имеет различные части трансформатора , которые непосредственно отвечают за работу трансформатора. Детали , присутствующие в трансформаторе , объясняются ниже, мы узнаем важность каждой части и то, как ее следует выбирать для вашей конструкции трансформатора. Эти части в большинстве случаев остаются неизменными и для других типов трансформаторов.

Ядро

SMPS – импульсный блок питания.Свойства трансформатора SMPS сильно зависят от частоты, на которой они работают. Высокая частота переключения открывает возможности для выбора трансформаторов SMPS меньшего размера, чем высокочастотные, в трансформаторах SMPS используются ферритовые сердечники .

Конструкция сердечника трансформатора – самая важная вещь в конструкции трансформатора ИИП. Сердечник имеет другой тип A _L (коэффициент индуктивности сердечника без зазоров) в зависимости от материала сердечника, размера сердечника и типа сердечника.Популярный тип материала сердечника – это N67, N87, N27, N26, PC47, PC95 и т. Д. Кроме того, производитель ферритовых сердечников предоставляет подробные параметры в техническом паспорте, которые будут полезны при выборе сердечника для вашего трансформатора.

Вот, например, даташит популярного ядра EE25.

На изображении выше представлено описание сердечника EE25 из материала PC47 от широко популярного производителя сердечников TDK. Каждый бит информации будет необходим для конструкции трансформатора.Однако сердечники имеют прямую зависимость от выходной мощности, поэтому для ИИП разной мощности требуются сердечники разной формы и размера.

Вот список ядер в зависимости от мощности. Список основан на конструкции 0-100 Вт. Источник списка взят из документации Power Integration . Эта таблица будет полезна для выбора правильного сердечника для вашей конструкции трансформатора на основе его номинальной мощности.

Максимальная выходная мощность	Ферритовые сердечники для конструкции TIW	Ферритовые сердечники для конструкции с краевой обмоткой
0-10 Вт	EPC17, EFD15, EE16, EI16, EF15, E187, EE19, EI19	EEL16, EF20, EEL19, EPC25, EFD25
10-20 Вт	EE19, EI19, EPC19, EF20, EFD20, EE22, EI22	EEL19, EPC25, EFD25, EF25
20-30 Вт	EPC25, EFD25, E24 / 25, EI25, EF25, EI28	EPC30, EFD30, EF30, EI30, ETD29, EER28
30-50 Вт	EI28, EF30, EI30, ETD29, EER28	EI30, ETD29, EER28, EER28L, EER35
50-70 Вт	EER28L, ETD34, EI35, EER35	EER28L, ETD34, EER35, ETD39
70-100 Вт	EPC30, EFD30, EF30, EI30, ETD29, EER28	EER35, ETD39, EER40, E21

Здесь термин TIW означает Конструкция провода с тройной изоляцией .Сердечники E являются наиболее популярными и широко используются в трансформаторах SMPS. Однако сердечники E имеют несколько корпусов, таких как EE, EI, EFD, ER и т. Д. Все они выглядят как буква «E», но центральная часть различна для каждого вещества. Распространенные типы сердечников E показаны ниже с помощью изображений.

EE Core

EI Core

ER Ядро

Ядро EFD

Шпулька

Бобина – это корпус сердечников и обмоток .Катушка имеет эффективную ширину, которая важна для расчета диаметра проволоки и конструкции трансформатора. Мало того, на катушке трансформатора есть отметка , пунктирная , которая предоставляет информацию о первичных обмотках. Обычно используемая бобина трансформатора EE16 показана ниже

.

Первичная обмотка

Обмотка трансформатора SMPS будет иметь первичную обмотку и минимум одну вторичную обмотку, в зависимости от конструкции она может иметь больше вторичной обмотки или вспомогательной обмотки.Первичная обмотка – это первая и самая внутренняя обмотка трансформатора. Он напрямую подключен к первичной обмотке SMPS. Обычно количество обмоток на первичной стороне больше, чем на других обмотках трансформатора. Найти первичную обмотку трансформатора несложно; нужно просто проверить точечную сторону трансформатора для первичной обмотки. Обычно он расположен на стороне высокого напряжения МОП-транзистора .

На схеме SMPS вы можете заметить высокое напряжение постоянного тока от высоковольтного конденсатора, подключенного к первичной стороне трансформатора, а другой конец подключен к драйверу питания (внутренний вывод стока МОП-транзистора) или с отдельным стоком высокого напряжения полевого МОП-транзистора. приколоть.

Вторичная обмотка

Вторичная обмотка преобразует напряжение и ток на первичной стороне до требуемого значения. Обнаружение вторичного выхода является немного сложным, поскольку в некоторых схемах SMPS трансформатор обычно имеет несколько вторичных выходов . Однако выходная сторона или сторона низкого напряжения цепи SMPS обычно подключена ко вторичной обмотке. Одна сторона вторичной обмотки – это постоянный ток, заземление, а другая сторона подключена к выходному диоду.

Как уже говорилось, трансформатор SMPS может иметь несколько выходов. Поэтому трансформатор SMPS может также иметь несколько вторичных обмоток.

Вспомогательные обмотки

Существуют различные типы конструкции SMPS, в которых схеме драйвера требуется дополнительный источник напряжения для питания микросхемы драйвера . Вспомогательная обмотка используется для подачи этого дополнительного напряжения на схему драйвера. Например, если ваша ИС драйвера работает от 12 В, то трансформатор SMPS будет иметь вспомогательную выходную обмотку, которая может использоваться для питания этой ИС.

Изоляционная лента

Трансформаторы не имеют электрического соединения между разными обмотками. Поэтому перед намоткой различных обмоток необходимо намотать изоляционные ленты на обмотки для разделения. Типичные полиэфирные барьерные ленты используются с разной шириной для разных типов бобин. Толщина лент должна составлять 1-2 мил для обеспечения изоляции.

Этапы проектирования трансформатора:

Теперь, когда мы знаем основные элементы трансформатора, мы можем выполнить следующие шаги, чтобы спроектировать собственный трансформатор

Шаг 1 : Найдите подходящий сердечник для желаемого результата.Выберите правильные ядра, перечисленные в предыдущем разделе.

Шаг 2 : Определение первичного и вторичного витков.

Первичный и вторичный витки взаимосвязаны и зависят от других параметров. Расчетная формула трансформатора для расчета первичной и вторичной обмоток:

Где,
N _p – витки первичной обмотки,

N _с – вторичные витки,

Вмин – минимальное входное напряжение,

Vds – напряжение сток-исток Power Mosfet,

Vo – выходное напряжение

Vd – прямое падение напряжения на выходных диодах

И Dmax – это максимальный рабочий цикл.

Следовательно, первичный и вторичный витки соединены между собой и имеют отношение витков . Из приведенного выше расчета можно установить соотношение, и, таким образом, выбрав вторичные витки, можно узнать первичные витки. Хорошей практикой является использование 1 витков на выходное напряжение вторичной обмотки.

Шаг 3: Следующий этап – определение индуктивности первичной обмотки трансформатора. Это можно рассчитать по следующей формуле:

.

Где,

P ₀ – выходная мощность,

z – коэффициент распределения потерь,

n – КПД,

f _s – частота переключения,

I _p – пиковый первичный ток,

K _RP – отношение пульсаций тока к пиковому значению.

Шаг 4: Следующим этапом является определение эффективной индуктивности желаемого сердечника с зазором.

На изображении выше показано, что такое сердечник с зазором. Зазоры – это метод уменьшения индуктивности первичной обмотки сердечника до желаемого значения. Производители ядер предоставляют сердечник с зазором для желаемого рейтинга A _LG . Если значение недоступно, можно добавить проставки между сердечниками или отшлифовать его, чтобы получить желаемое значение.

Шаг 5: Следующим шагом является определение диаметра первичного и вторичного проводов. Диаметр первичных проводов в миллиметрах

Где BW _E – эффективная ширина шпульки, а N _p – количество витков первичной обмотки.

Диаметр вторичных проводов в миллиметрах –

BW _E – эффективная ширина шпульки, N _S – количество вторичных витков, а M – запас с обеих сторон.Провода необходимо преобразовать в стандарт AWG или SWG.

Для вторичного проводника больше 26 AWG недопустимо из-за увеличения скин-эффекта . В этом случае можно построить параллельные провода. При параллельной намотке проводов это означает, что когда для вторичной стороны необходимо намотать более двух проводов, диаметр каждого провода может соответствовать фактическому значению одиночного провода для облегчения намотки через вторичную сторону трансформатора. Вот почему вы можете встретить трансформаторы с двумя проводами на одной катушке.

Это все о разработке трансформатора SMPS. Из-за критической сложности, связанной с проектированием, программное обеспечение для проектирования SMPS, такое как PI Expert для интеграции питания или Viper от ST, предоставляет инструменты и превосходные инструменты для изменения и настройки трансформатора SMPS по мере необходимости. Чтобы получить более практическое представление, вы можете проверить это руководство по проектированию SMPS 5V 2A, где мы использовали PI Expert для создания собственного трансформатора, используя пункты, обсужденные до сих пор.

Надеюсь, вы поняли руководство и получили удовольствие от изучения чего-то нового. Если у вас есть какие-либо вопросы, не стесняйтесь оставлять их в разделе комментариев или размещать их на форумах для более быстрого ответа.

Как рассчитать трансформатор SMPS – Формула

Некоторые люди все еще могут быть сбиты с толку относительно того, как действуют правила для трансформаторов SMPS или обычно называемых ферритовых трансформаторов.

Ранее существовало несколько правил выбора диаметра проволоки в зависимости от используемых частот.

Зная, какой провод используется на основе частоты драйвера MOSFET, который используется сейчас, мы сначала видим, что формула определяет первичную обмотку (Np).

Описание

Npri = первичная обмотка

Vin = эффективное входное напряжение

f = частота

Bmax = максимальная плотность потока 1200-2000

Ac = эффективная площадь поперечного сечения (см. Техническое описание сердечника трансформатора каждого типа (пример EI33 = 1.19, ETD39 = 1,25).

Например, приведенная выше формула предназначена специально для двухтактной топологии.

Например, я хочу сделать инверторный трансформатор со спецификацией:

Эффективный Vinput = 12v

Минимальный Vinput = 10,5В

Максимальный выход = 330 В

Нормальный Vout = 220 В

Частота драйвера = 50 кГц или 50000 Гц

тогда первичный (Np) и вторичный (Ns) есть?

Я ранее установил Bmax, который я хочу использовать, равным 1600 (диапазон Bmax 1200-2000) и использует тип ядра EI33 с Ac 1.19

Np = (12v x100000000) / (4x50000x1600x1,19)

Np = 3,15 моих ходов до 3 ходов

еще раз проверьте значение Bmax, чтобы оно не было меньше или больше указанного выше диапазона. тогда, если я превращу раунды в 3 (Np = 3).

Bmax = (12v x100000000) / (4x50000x3x1,19)

Bmax = 1680 (все еще в диапазоне 1200-2000)

Теперь рассчитаем первичный поворот (Ns). потому что выходное напряжение может быть отрегулировано или стабилизировано путем установки процентного рабочего цикла, если есть падение входного напряжения до минимум 10.5 В, нагрузка увеличится максимум до 98% для поддержания нормальной выходной стабильности при 220 В или, по крайней мере, выше 200 В. Для этого N = 330 В / (10,5 В x 98%) = 32, поэтому

Ns = N x Np

Ns = 32 x 3

Ns = 96 витков

Чтобы оптимизировать напряжение-ток, вы можете удвоить количество проводов в соответствии с мощностью и емкостью бобины.

Предположим, вы делаете трансформатор с выходной мощностью 300 Вт, затем 300 Вт / 220 В = 1,4 А и видите провод, который можно использовать с частотой 50 кГц, в таблице AWG выше.например, используемый провод составляет 0,5 мм, затем 1,4 А / 0,5 = 2,8 или округляется вниз или вверх, чтобы получить 2 или 3 двойных провода, и, конечно, катушка должна быть в 2 или 3 раза больше используемого первичного провода, чем вторичного, потому что Vin 12 В, то 300 Вт / 12В = 25А, чтобы первичный провод трансформатора не перегревался, его необходимо соединить в несколько проводов в соответствии с мощностью катушки или емкостью катушки трансформатора.

Импульсный источник питания

– Расчет коммутирующего трансформатора на 100 кГц

Я совсем не разбираюсь в переключении трансформаторов.Какой материал я должен использовать? Я не уверен, достаточно ли ферритового сердечника E55

---

_{В приведенном ниже примере я использовал набор сердечников E55 / 28/25 и материал сердечников 3C90 только для того, чтобы сделать удар по жизнеспособности конструкции. Я не особо зацикливаюсь на цифрах; скорее я проведу вас через форму процедуры, которая приблизит вас к возможности намотать первичную обмотку. Мои цифры ниже такие же, как они получены из моего калькулятора, и я не ручаюсь за их правильность, когда впервые публикую этот ответ.Им нужна двойная проверка, и любые указанные мне ошибки приведут к исправлению этого ответа.}

---

Обычные силовые трансформаторы переменного тока (50 или 60 Гц) имеют первичную индуктивность. В конце концов, первичная обмотка – это просто катушка с проволокой, намотанная вокруг магнитного сердечника, и вы не хотите, чтобы ток, потребляемый этой индуктивностью (вторичная без нагрузки), составлял «десятки ампер». Таким образом, вы наматываете первичную обмотку с достаточной индуктивностью, чтобы остаточный ток (называемый током намагничивания) не был чрезмерным.

Если оно слишком велико, то ядро ​​насыщается, и вы попадаете в беспорядок.

То же самое для любого трансформатора, работающего на любой частоте – вы должны избегать насыщения сердечника, а именно ток намагничивания вызывает насыщение сердечника. Это не имеет ничего общего с током нагрузки, потому что магнитные поля тока нагрузки, создаваемые первичной и вторичной обмотками, уравновешиваются.

Фактически, магнитное поле в сердечнике возникает ТОЛЬКО из-за индуктивности намагничивания и тока, принимаемого этой индуктивностью из-за приложенного первичного напряжения.

Это то, что вы разрабатываете в первую очередь, а затем вторичная обмотка имеет правильное количество витков, чтобы дать вам правильное выходное напряжение в зависимости от числа витков на первичной обмотке.

Итак, вы выбрали этот базовый набор: –

Допустим, вы выбрали ядро ​​без зазора. Его значение \ $ A_L \ $ равно 8000 нГн / ход. Это означает, что 1 виток провода будет иметь индуктивность 8 мкГн. Если вы применили два витка, оно не изменится до 16 мкГн, но возрастет пропорционально квадрату витков i.е. с 2 витками получается 32 мкГн.

А какая индуктивность вам нужна?

Иногда это требует проб и ошибок. Возвращаясь к обычному трансформатору на 230 В и 50 Гц, он может иметь индуктивность намагничивания первичной обмотки (скажем) 10 Генри. Это при 50 Гц, поэтому для 100 кГц мы должны парковать мяч около 10 генри * 50/100 000 = 5 мГн.

Для этого потребуется около 25 витков, т.е. 25 в квадрате x 8 мкГн = 5 мГн. Это всего лишь предварительная оценка, чтобы увидеть, как все складывается.Следующее, что нужно вычислить, это то, какой пиковый ток намагничивания, который мы получаем, приложен к напряжению за 5 мкс. Я говорю 5 мкс, потому что это половина цикла при 100 кГц.

Мы также можем сказать, что, поскольку в схеме используется драйвер полного моста, ток будет начинаться с -Ipk и повышаться до + Ipk в течение 5 мкс. Это означает, что за 2,5 мкс ток изменяется от 0 до + Ipk. Нам известно приложенное напряжение (315 вольт постоянного тока), нам известна индуктивность шаровой опоры (5 мГн), и мы знаем закон индукции Фарадея: –

$$ V = L \ cdot \ dfrac {di} {dt} $$

Итак, \ $ \ frac {di} {dt} \ $ = 315 вольт / 5 мГн = 63 000 ампер в секунду.Мы знаем время (2,5 мкс), следовательно, пиковый ток будет 157,5 мА. Он будет чередоваться в форме треугольника между -157,5 мА и +157,5 мА.

Итак, теперь мы знаем пиковый ток (157,5 мА) и количество витков (25). Это дает нам MMF (магнитодвижущую силу) 3,9375 ат. Нам также известна средняя длина жилы (указана на картинке выше фиолетовым цветом). Итак, MMF / длина ядра говорит нам H-поле. При длине жилы (\ $ \ ell_e \ $) 123 мм, H = 32 Ат / м.

Пропитает ли это ядро?

Это можно найти, посмотрев на кривую BH для выбранного мной материала 3C90: –

Я считаю, что пиковая плотность потока будет около 250 мТл, и это нормально для этого приложения.

Однако вторичная обмотка будет иметь только около 1 витка, т.е. 315/25 = 12,6 вольт, и после выпрямления это дает около 12 вольт. Но это как раз при входном напряжении 315 вольт (~ 230 вольт переменного тока). Если вам нужно, чтобы это работало при более низких напряжениях, витки вторичной обмотки должны быть выше, и вам необходимо управлять первичной обмоткой трансформатора с помощью ШИМ, чтобы уменьшить среднее напряжение при более высоких напряжениях питания (требуется вторичная индуктивность для усреднения выходного напряжения).

В любом случае, тогда я бы начал проектировать трансформатор, я бы посмотрел на диапазон питающих напряжений, в котором выход должен оставаться регулируемым.Затем я бы посмотрел, какую микросхему ШИМ использовать для управления ею и какой выходной дроссель требуется.

Получите ли вы 1000 ВА через базовый комплект E55 / 28/25, подобный приведенному выше – на мой взгляд, это ближе к 300 ВА.

Перед «Расширенной программой проектирования трансформатора SMPS» в ExcellentIT и «Ir2153 SG3525 Программы расчета частоты для импульсных источников питания с переходниками» были представлены очень полезные программы. Программы подготовил уроженец России Владимир Денисенко с человеком, известным как русский электронщик… Проекты в области электроники, программы расчета обмотки трансформатора SMPS «программные инструменты для электроники» Дата 2019/08/04

До « Advanced SMPS Design Program » ExcellentIT и Ir2153 SG3525 Frequency Calculation Programs for Switch Mode power поставки с подъемниками »поделились очень полезными программами. Программы подготовил уроженец России Владимир Денисенко, который поделился с человеком, известным как русский электронный форум Старичок51.

Starichok51 разделяет 18 программ, пока она не была представлена ​​как очень популярный используемый русский язык. ExcellentIT был переведен на английский язык (эта работа требуется в некоторых программах) в конце очень важной программы, которая добавляла поддержку нескольких языков.

Но есть и другие языки, только английский и русский Пользователи General Turgidson Я хотел бы добавить, что я надеюсь, что переводы технических inglizcesi сделают хорошие

Я расскажу вам, как добавить новый язык, прежде всего, вариант видео – это программы на нескольких языках по ходу работы

Booster Boost Buck-Boost Converter Кольцо сердечника трансформатора постоянного тока Повышающий / понижающий калькулятор

Превосходный IT-импульсный импульсный источник питания сердечников трансформатора Калькулятор

Обратный трансформатор Калькулятор кольцевого сердечника

Программа расчета прямого преобразователя трансформатора

Программа расчета индуктивного кольца

Программа аналогичного характера, но была в бизнесе, выполненная человеком, потому что я изучил много программ, чем простой, но до сих пор подробное дополнение можно настроить или можно использовать нестандартные значения, настройка приятна.. «Кольцевые» версии «для порошкового материала» перевод назывался «порошок», вероятно, для другого типа сердечника, но я не уверен…

Импульсные источники питания для импульсных источников питания Многие люди, имеющие дело с крупнейшим сорунудом, это трансформатор, катушка много людей, в том числе и я, что программы для расчетов пригодятся

источник: kazus.ru/forums/showpost.php?p=234370 альтернативная ссылка:

СПИСОК СКАЧИВАНИЙ ФАЙЛОВ (в формате TXT) : ССЫЛКИ-22853.zip

Расчет трансформатора для обратного импульсного источника питания (Flyback) / Sudo Null IT News

Популярность обратноходовых источников питания (IPR, Flyback) в последнее время значительно возросла из-за простоты и дешевизны этого схемного решения – на рынке Нередко можно встретить интегральные схемы, включающие в себя почти всю высоковольтную часть такого источника, пользователю нужно только подключить трансформатор и собрать низковольтную часть по типовым схемам.Для расчета трансформаторов существует также большое количество программного обеспечения – от универсальных программ до специализированных программ производителей интегральных схем.

Сегодня я хочу поговорить о ручном расчете импульсного трансформатора. «Зачем это нужно?» Читатель может спросить. Во-первых, ручной расчет трансформатора подразумевает полное понимание процессов, происходящих в источнике питания, чего часто не бывает, если начинающий радиолюбитель рассчитывает трансформатор в специальном ПО.Во-вторых, ручной расчет позволяет выбрать оптимальные параметры источника (и иметь представление, какой параметр в каком направлении нужно менять для достижения заданного результата) еще на этапе разработки.

Итак, приступим. Блок-схема ИПР представлена ​​на рис. 1. Он состоит из следующих основных функциональных блоков: выключателя Sw, трансформатора T1, выпрямителя выходного напряжения VD1 и C2, фильтра высокочастотных помех C1 и демпфера Snb.

Рис.1

Такой источник работает следующим образом (см. Упрощенные графики на рис.2): в начальный момент времени t0 переключатель Sw размыкается, подавая входное напряжение Uin на первичную обмотку трансформатора T1. В это время напряжение на нижнем выводе обмотки I (точка а) равно нулю (относительно провода отрицательного входного напряжения), ток в обмотке I начинает линейно возрастать, а напряжение пропорционально коэффициенту трансформации T1. (UoutInv) появляется на обмотке II. Но полярность этого напряжения оказывается отрицательной (вверху выходной цепи обмотки II, точка b), поэтому диод VD1 закрыт и напряжение на выходной конденсатор С2 не проходит.В интервале Ton (от t0 до t1) ток через обмотку I линейно увеличивается до значения Imax, а энергия сохраняется внутри трансформатора T1 в виде магнитного поля.

Рис. 2

В момент времени t1 переключатель Sw резко замыкается, ток через обмотку I прекращается и в ней появляется ЭДС самоиндукции, направленная так, чтобы продолжать остановленный ток. В этот момент источником напряжения становится сама обмотка I. Это связано с тем, что энергия в катушке индуктивности хранится в форме тока (на самом деле, в форме магнитного поля, но она пропорциональна току, протекающему через катушку, поэтому формула энергии в катушке A = LI² / 2 ), но по закону сохранения энергии она не может исчезнуть бесследно, она должна куда-то уйти.Следовательно, ток в катушке не может прекратиться мгновенно, поэтому катушка сама становится источником напряжения, причем любой амплитуды (!) – так что сразу после замыкания ключа ток Imax продолжается. Это первая важная особенность индуктора с резким прекращением тока в катушке, он становится источником напряжения любой амплитуды, пытаясь поддерживать остановившийся в нем ток, как по направлению, так и по амплитуде . Что такое амплитуда? Достаточно большой, чтобы, например, отключить высоковольтный переключатель или образовать искру в свече зажигания автомобиля (да, он использует это свойство индукторов зажигания автомобиля).

Все, что было описано выше, произошло бы, если бы обмотка I была единственной обмоткой трансформатора Т1. Но у него все еще есть обмотка II, индуктивно соединенная с I. Следовательно, в момент t1 в ней также появляется ЭДС, направленная так, что в точке b есть плюс по отношению к земле. Эта ЭДС открывает диод VD1 и начинает заряжать конденсатор C2 током I2max. Те. заряд конденсатора С2 и передача энергии нагрузке происходит в тот момент времени, когда переключатель Sw замкнут. Вот почему блоки питания, построенные на этом принципе, называются flyback – поскольку нет прямой передачи энергии от высоковольтной части к низковольтной части, энергия сначала накапливается в трансформаторе, а затем передается потребителю. .

В интервале времени от t1 до t2 ток вторичной обмотки I2, линейно убывающий от I2max до 0, поддерживает магнитное поле внутри катушки в соответствии с законом сохранения энергии и не допускает напряжения на первичной обмотке (т.к. они индуктивно связаны), чтобы вырасти до неконтролируемого значения.Напряжение на обмотке I в этот момент становится равным выходному напряжению, умноженному на коэффициент трансформации Т1. Однако полярность этого напряжения такова, что оно добавляется к входному напряжению Uin и применяется к закрытому ключу Sw. Те. на закрытый ключ Sw подается напряжение, превышающее входное! Это также важная особенность прав интеллектуальной собственности, о которой следует помнить.

В момент времени t2 энергия, запасенная в трансформаторе T1, заканчивается, диод VD1 закрывается, напряжение в точке b становится равным нулю, в точке a входное напряжение, и все процессы в схеме останавливаются до t3, когда весь цикл повторяется с самого начала. В то же время в интервалах времени t0-t1 и t2-t4 нагрузка питается исключительно за счет энергии, запасенной выходным конденсатором C2 .

Описанный режим работы ИПР называется режимом прерывистых токов – т.е. в течение интервала Toff (t1-t3) вся энергия, запасенная в трансформаторе T1, передается нагрузке, поэтому в момент t3 ток через первичную обмотку I начинает возрастать с нуля. Также существует режим непрерывного тока, когда в момент t3 часть энергии все еще остается в трансформаторе T1, а ток через обмотку I в момент t3 не начинается с нуля.У этого режима есть свои особенности, преимущества и недостатки, о которых мы поговорим в следующий раз.

Итак, каковы основные особенности ИПР в режиме разрывного тока? Напишем основные моменты:

1. Передача энергии от источника к потребителю в ИПР не идет напрямую, энергия сначала сохраняется в трансформаторе, а затем передается нагрузке. Это однозначно определяет фазировку первичной и вторичной обмоток, а также делает необходимым использование на выходе блока только однополупериодного выпрямителя.Также отсюда следует неявный вывод 2, который, как показала моя личная практика, к сожалению, не до конца понимают даже достаточно опытные конструкторы блоков питания.
2. Максимальная мощность, которую IPR может дать нагрузке, среди прочего, ограничена максимальным количеством энергии, которое может хранить трансформатор! А это, в свою очередь, определяется конструктивными особенностями сердечника и не зависит от обмоток и количества их витков (в статье ниже я рассмотрю этот «парадокс» отдельно и приведу математические доказательства).Эта функция ограничивает использование IPR там, где требуется большая выходная мощность.
3. Низковольтная цепь ИПР состоит из диода, конденсатора и, возможно, дополнительных фильтрующих элементов. Однако в ИПР сначала всегда диод, потом идет конденсатор и больше ничего.
4. В установившемся режиме работы IPR количество энергии, полученной первичной обмоткой I трансформатора T1 за время Ton, равно (без потерь) количеству энергии, отдаваемой обмоткой II за время Тофф.Поскольку скорость приема или возврата энергии катушкой определяется напряжением на ней, соотношение между напряжением «заряда» и «разряда» точно определяется интервалами Toff и Ton. То есть фактически в наиболее сложном режиме работы блока рабочего цикла (рабочий цикл, D), равный Ton / (Ton + Toff), определяет отношение обратного напряжения на обмотке I к напряжению питания Uin. Этот пункт будет более подробно объяснен ниже.
5. Согласно закону сохранения энергии, ток I2max, подаваемый обмоткой II нагрузке в момент времени t1, численно равен току Imax, протекающему в первичной обмотке, умноженному на отношение количества витков в обмотке I к количество витков в обмотке II (пояснение ниже).
6. Импульсное значение тока I2max значительно превышает средний выходной ток блока питания (в 2,5 раза и более), поэтому значительная мощность может рассеиваться на выпрямительном диоде VD1. Именно эта функция ограничивает использование IPR там, где требуются большие выходные токи.
7. То же (высокое значение импульсного тока) относится ко вторичной обмотке II.
8. Обратное напряжение на диоде VD1 в несколько раз превышает выходное напряжение. Это связано с тем, что обычно обратное напряжение на первичной обмотке (прямое для диода) выбирается в несколько раз ниже входного, следовательно, вход (обратный для диода) после преобразования в несколько раз выше, чем на выходе.

Пояснение к пункту 4. Из физики запомнилась формула для катушки индуктивности:

U (t) = L * (dI (t) / dt) ,

что означает, что напряжение на катушке прямо пропорционально ее индуктивность, умноженная на скорость изменения в ней тока. Что это нам дает? Прежде всего, тем, что если мы приложим к катушке постоянное напряжение U, то скорость изменения тока в ней будет постоянной. Это позволяет переписать формулу для постоянного напряжения без дифференциалов:

U = L * (ΔI / Δt) ,

и это в соответствии с этой формулой графика тока на рис.2 прямо. Далее, если подать на катушку напряжение Uin на время Ton, ток в ней увеличится до значения

Imax = Uin * Ton / L

Теперь мы хотим (в наиболее нагруженном рабочем режиме), чтобы вся энергия катушки, которую мы только что набрали, передается нагрузке в течение интервала Toff, то есть в момент времени t3 ток в катушке должен упасть до нуля. Здесь для простоты представим, что мы одновременно подаем и снимаем напряжение / ток с одной и той же катушки I; позже я объясню, почему такое предположение возможно.Мы вычисляем, какое напряжение мы можем «разрядить» катушку, чтобы ток достиг нуля в момент времени t3:

Udis = L * Imax / Toff ,

Подставим и упростим:

Udis = L * Uin * Ton / ( L * Toff) = Uin * Ton / Toff

т.е. напряжение, до которого мы должны «разряжать» катушку в моменты, когда клавиша Sw замкнута, зависит только от входного напряжения и интервалов «заряд» – «разряд». . Вспомните формулу рабочего цикла D:

D = Ton / (Ton + Toff),

, таким образом:

Udis = Uin * D / (1 – D)

Но, напряжение, до которого мы «разряжаем» в катушке находится обратное напряжение, возникающее в первичной обмотке в моменты замыкания ключа.Те. мы получили, что он зависит только от входного напряжения и продолжительности цикла D и определяется по формуле:

Uinv = Uin * D / (1 – D)

При работе в реальных условиях значение рабочий цикл D будет меняться в зависимости от входного напряжения и нагрузки источника питания. Примет максимальное значение D при минимальном входном напряжении и максимальной выходной мощности – такой режим работы считается наиболее сложным, и это максимальное значение D задается при проектировании агрегата.Что будет в те моменты, когда входное напряжение блока будет выше или нагрузка будет неполной? D будет принимать меньшие значения, потому что при более высоком напряжении энергия быстрее «накапливается» в первичной обмотке или (в случае меньшей нагрузки) вам просто нужно «хранить» меньшее количество энергии. В любом случае обратное напряжение на первичной обмотке всегда будет одинаковым, потому что оно жестко связано с выходным напряжением, а оно, в свою очередь, стабилизируется схемой. Итак,

Usw = Umax + Umin * D / (1 – D)

Это важный момент при разработке IPR, потому что обычно максимальное обратное напряжение на ключе является исходным параметром, т.е.е. максимальный рабочий цикл D также является начальным значением . На практике обычно используются следующие максимальные значения D: 25% (1/4), 33% (1/3) и реже 50% (1/2). Как вы понимаете, в последнем случае максимальное обратное напряжение на ключе будет равно удвоенному минимальному входному напряжению, что усложняет выбор полупроводникового прибора. Меньшие максимальные значения D, в свою очередь, уменьшают максимальную мощность при том же токе Imax, усложняют процесс управления клавишей Sw и снижают устойчивость агрегата.

Почему мы применили здесь предположение, что мы одновременно подаем энергию и снимаем ее с первичной обмотки I, и что в действительности произойдет, когда энергия будет снята с обмотки II? Такой же. Напряжение на выводах любой обмотки трансформатора пропорционально скорости изменения магнитного поля в сердечнике (а поле пропорционально току, поэтому напряжение пропорционально скорости изменения тока). Следовательно, не имеет значения, с какой обмотки мы будем брать энергию, если мы будем делать это с той же скоростью, магнитное поле в трансформаторе будет одинаково уменьшаться, и такое же напряжение будет подаваться на выводы первичной обмотки.Но какое напряжение нужно «разряжать» вторичную обмотку, чтобы энергия отводилась с той же скоростью? Для этого сначала необходимо учитывать ток во вторичной обмотке.

Пояснение к пункту 5. Пусть обмотка I имеет N1 витков, а обмотка II – N2. Магнитное поле создается током, проходящим через каждую катушку катушки, т.е. оно пропорционально произведению I * N. Тогда мы получаем Imax * N1 = I2max * N2 (предполагая, что обе обмотки намотаны в абсолютно одинаковых условиях. ), отсюда начальный ток вторичной обмотки:

I2max = Imax * N1 / N2

Итак, ток во вторичной обмотке будет в N1 / N2 раз больше, чем в первичной.Но при каком напряжении мы должны «разрядить» вторичную обмотку, чтобы израсходовать всю энергию, запасенную в трансформаторе в момент t3? Очевидно, мы должны делать это с точно такой же скоростью; те. в каждый отдельный момент времени трансформатор теряет одно и то же значение энергии dA (t). Но в первом случае dA (t) = Udis * I1 (t) * dt (получается из A = W * T, W = U * I), а теперь будет dA (t) = Uout * I2 (t ) * dt. Приравниваем эти две функции:

Uout * I2 (t) = Udis * I1 (t), поэтому в самом начале «разряда» мгновенные мощности разряда должны быть равны:

Uout * I2max = Udis * Imax ,

Uвых = Uдис * Imax / I2max = Udis * Imax / (Imax * N1 / N2) = Uдис * N2 / N1

Т.Чтобы израсходовать всю энергию трансформатора в момент t3, мы должны «разрядить» вторичную обмотку II до напряжения Udis * N2 / N1, в то время как ток разряда будет линейно падать с Imax * N1 / N2 до нуля. Таким образом, мы установили зависимость между выходным напряжением блока, количеством витков в обмотках и обратным напряжением на первичной обмотке трансформатора.

На этом чисто теоретическая часть заканчивается, и можно переходить к практике. Первый вопрос, который, скорее всего, возникает у читателя в данный момент, – с чего вообще начать разработку прав интеллектуальной собственности? Ниже я приведу рекомендуемую последовательность действий.Начнем с ситуации, когда трансформатор планируется изготовить полностью самостоятельно (жестких ограничений на это нет).

1. Определяем выходные напряжения и токи источника питания.
2. Увеличиваем выходное напряжение на величину, падающую на диоды выпрямителя (VD1). Лучше всего использовать справочную информацию, но в первом приближении можно взять 1 В для обычных кремниевых диодов и 0,3 В для диодов Шоттки. Особую точность следует соблюдать, когда ИПР имеет несколько выходных обмоток с разным напряжением, т.к. стабилизировать напряжение можно только на одной из них.
3. Считаем полную выходную мощность трансформатора.
4. Рассчитанную входную мощность блока мы считаем Pin = Pout / 0,8 (здесь мы берем КПД блока 80%).
5. Определяем частоту преобразования F. Обычно выбирается частота от 20 кГц до 150 кГц. Частоты ниже 20 кГц могут быть слышны человеческим ухом (устройство будет «пищать»), частоты выше 150 кГц накладывают более серьезные ограничения на элементную базу, также увеличиваются коммутационные потери для полупроводников (ключ и диоды).Увеличение частоты преобразования позволяет уменьшить габариты трансформатора, наиболее распространенный частотный диапазон для ИПР: с 66 до 100 кГц.
6. Рассчитываем максимальное входное напряжение, с которого нам придется работать. Обычно рассчитывается как выпрямленное сетевое напряжение + 20%, то есть Umax = U сеть * 1,7 (391 В для сети 230 В). Конденсатор входного фильтра (в данном случае не менее 400 В) также должен быть рассчитан на это напряжение.
7. Рассчитываем минимальное входное напряжение, от которого нам придется работать.Обычно он рассчитывается как минимально допустимое рабочее напряжение -20% за вычетом падения напряжения на конденсаторе фильтра за полупериод входного напряжения. Для сети 230 В и емкости конденсатора входного фильтра из расчета не менее 1 мкФ на 1 ватт нагрузки можно принять (в среднем) значение Umin = 220 В. Если мы представим, что напряжение на конденсаторе вообще не снижается от одного полупериода входного напряжения к другому, то Umin можно принять 260V.
8. Рабочий цикл D определяем исходя из максимально допустимого обратного напряжения на ключе (рассчитывается по формуле Uinv = Umax + Umin * D / (1 – D)).
9. Рассчитаем количество энергии, которое должно быть передано вторичной обмотке за один импульс: Aimp = Pin * 1s / F = Pin / F.
10. Решаем систему уравнений для самых сложных условий эксплуатации: A = LImax² / 2, Umin = LImax * F / D, получаем L = Umin² * D² / (2 * Aimp * F²), Imax = Umin * D / (L * F) – это будет требуемая индуктивность первичной обмотки и максимальный ток, протекающий через него.
11. На основе полученного Imax выберите ключ.
12. Если Imax оказалось немного больше, чем может дать имеющийся (выбранный) ключ, измените начальные параметры – увеличьте D (насколько это возможно исходя из допустимого обратного напряжения ключа), увеличьте емкость конденсатора фильтра, чтобы поднять Умин. На первый взгляд это может показаться удивительным, но максимальный ток в первичной обмотке не зависит от частоты – если все подставить в формулы, получим Imax = 2 * Pin / (Umin * D). На основе этой формулы можно было рассчитать максимальный ток на шаге 8 (сразу после выбора D), но было бы трудно объяснить, откуда такой расчет.
13. Если значение Imax все еще оказывается выше допустимого значения и его нельзя увеличить никаким образом, следует рассмотреть конструкцию IPR в режиме постоянного тока.
14. Исходя из необходимой индуктивности первичной обмотки и максимального тока в ней, подбираем сердечник трансформатора, рассчитываем необходимый зазор и количество витков первичной обмотки (формулы будут приведены ниже в статье).
15. По формуле N2 = Uout * N1 * (1 – D) / (Umin * D) рассчитываем количество витков вторичной обмотки.
16. Среднеквадратичное значение токов в обмотках трансформатора определяем по формуле Irms = Imax * SQRT (D / 3), исходя из которой рассчитываем диаметр провода, необходимый для намотки. Чаще всего в импульсных источниках питания используется плотность тока от 2 до 5 А / мм².
17. Намотаем трансформатор по всем правилам обмоточных трансформаторов для ИПР.
18. Чтобы убедиться, что обмотка правильная, мы измеряем индуктивность первичной обмотки.

Теперь немного посмотрим на сам трансформер и его конструкцию. Традиционно для импульсных источников питания трансформатор выполняется на каком-либо сердечнике из материала с высокой магнитной проницаемостью. Это позволяет за одно и то же количество витков обмоток значительно увеличить их индуктивность, т.е. уменьшить количество витков для достижения заданной индуктивности, и, следовательно, уменьшить размеры обмотки. Однако использование сердечника добавляет недостатки – из-за магнитного гистерезиса в сердечнике часть энергии теряется, сердечник нагревается, а потери в сердечнике увеличиваются с увеличением частоты (еще одна причина, из-за которой частота преобразования не может быть значительно увеличена. ).Добавление сердечника также вводит новое ранее необъявленное ограничение – максимально допустимую магнитную индукцию Bmax. На практике это проявляется в том, что если вы увеличите ток через обмотку, в определенный момент времени, когда ток достигнет определенного максимального значения, сердечник станет насыщенным, и дальнейшее увеличение тока не вызовет увеличение магнитного потока по-прежнему. Это, в свою очередь, приведет к тому, что «относительная индуктивность» обмотки резко упадет, что вызовет еще более быстрое увеличение тока через нее. На практике, если не предусмотреть защиту ключа Sw OIP от ввода сердечника в насыщение, ключ просто сгорит от перегрузки по току . Поэтому во всех схемах IPR, за исключением простейших блокирующих генераторов, применяется управление током с помощью ключа Sw и раннее замыкание ключа при достижении максимально допустимого тока через первичную обмотку.

Насколько велико максимальное значение магнитной индукции? Для наиболее распространенного материала сердечника – феррита – он считается равным 0.3Т. Это среднее значение, оно может отличаться для каждого конкретного материала, поэтому здесь неплохо обратиться к справочнику. Также она зависит от внутренней температуры и, как вы, наверное, уже догадались, с ее повышением уменьшается. Если вы разрабатываете IPR, предназначенный для работы в экстремальных условиях, когда внутренняя температура может достигать 125 градусов, уменьшите Bmax до 0,2T.

Основная формула, которую вам придется использовать при расчете трансформаторов, – это индуктивность обмотки в соответствии с ее размерами:

L = (μ0 * μe * Se * N²) / le , где

μ0 – абсолютная магнитная проницаемость вакуума, 4πе-7,
мкэ – эффективная магнитная проницаемость сердечника,
Se – эффективная площадь поперечного сечения магнитопровода, м².
N – количество витков
le – длина средней магнитопровода сердечника, м

Плотность потока магнитной индукции в сердечнике:

B = (μ0 * μe * I * N) / le , где

I – ток через обмотку, А

Таким образом, исходя из максимально допустимой плотности магнитного потока, максимально допустимый ток для обмотки будет:

Imax = (Bmax * le) / (μ0 * μe * N)

А теперь еще один очень важный момент – на практике, если подставить реальные данные трансформатора в приведенные выше формулы, то окажется, что максимально допустимый ток в первичной обмотке в несколько раз меньше того, что мы нужно! Те.ядро будет введено в насыщение еще до того, как мы сможем «накачать» в него требуемую энергию Aimp. Так что же делать, чтобы не увеличивать габариты трансформатора до неприличных значений?

Нет. В сердечнике должен быть немагнитный зазор! Введение немагнитного зазора значительно снижает эффективную магнитную проницаемость сердечника, позволяя пропускать через обмотки гораздо больший ток. Но, как вы понимаете, для достижения необходимой индуктивности обмотки потребуется большее количество витков.

Рассмотрим формулы для сердечника с зазором. Эффективная магнитная проницаемость сердечника с зазором:

мкэ = le / g , где

г – общая толщина зазора, м.

Следует отметить, что эта формула действительна только в том случае, если результирующее значение μe намного меньше исходной магнитной проницаемости (в несколько раз), а g намного меньше, чем размер сердечника в поперечном сечении. Итак, рассмотрим формулу индуктивности обмотки на сердечнике с зазором:

L = (μ0 * Se * N²) / г Формула

от введения зазора стала только проще.Максимально допустимый ток через обмотку:

Imax = (Bmax * g) / (μ0 * N)

Ну и последняя формула, которую можно вывести самостоятельно. Размер зазора для заданного тока:

г = (I * μ0 * N) / Bmax

Теперь сделаем интересный вывод. Как вы помните, энергия, запасенная в катушке, выражается формулой A = LI² / 2. Итак, какая максимальная энергия может храниться в некотором абстрактном ядре? Подставьте данные в формулы.

Amax = (μ0 * Se * N²) * (Bmax * g) ² / ((μ0 * N) ² * 2g) = Se * g * Bmax² / 2μ0

Теперь вы можете быть удивлены, но максимум энергия, которая может храниться в сердечнике, какие бы обмотки на нем не намотались! Но это логично, ведь энергия выражается в магнитном поле, а обмотки только позволяют изменять ее в ту или иную сторону! Количество витков в обмотках определяет только скорость, с которой магнитная индукция может достигать своего максимального значения при заданном приложенном напряжении, но это максимальное значение определяется только конструкцией сердечника!

Этот вывод имеет большое значение при разработке IPR на унифицированных ядрах .Если перед вами стоит именно такая задача, то, в первую очередь, необходимо рассчитать, какое максимальное количество энергии выбранное ядро ​​может «поглотить» за один импульс, чтобы понять, подходит ли оно для мощности вашего блока. Как известно, в этом случае максимальную мощность блока можно увеличить только за счет увеличения частоты преобразования – чем чаще мы качаем энергию Amax от входа к выходу, тем большую мощность мы можем получить в результате.

Также из полученной формулы видно, что количество энергии, которое может «уместиться» в сердечнике, прямо пропорционально немагнитному зазору! Это позволяет использовать небольшие сердечники при высоких мощностях за счет увеличения в них зазора.Ограничением теперь будут только физические размеры – увеличение зазора вызывает уменьшение магнитной проницаемости, что требует большего количества витков.

А теперь вернемся к блок-схеме ИПР на рис. 1. В нем остались два блока, о которых я ничего не говорил – это конденсатор С1 и демпфер Snb.

Конденсатор C1 предназначен для заземления выходной части блока на высоких частотах. Дело в том, что любой трансформатор, даже намотанный по всем правилам экранами, имеет какую-то межобмоточную емкость.Прямоугольное высокочастотное напряжение огромной амплитуды из точки а проходит через эту емкость в выходную цепь блока. Конденсатор С1, имеющий емкость, намного превышающую емкость трансформатора Т1, заземляет выход блока на высоких частотах. Величину емкости этого конденсатора в ИПР чаще всего выбирают в районе 2 нФ, напряжение порядка киловольт. Если предполагается жесткое заземление выхода блока (например, используется только розетка с заземлением), C1 можно не указывать.

Потребность в Snabber Snb также проистекает из несовершенства трансформатора Т1, но совершенно другого рода. Несмотря на то, что обмотки I и II индуктивно связаны друг с другом, это соединение не 100%. В схемотехнике ИПР принято говорить, что обмотка I состоит из двух последовательно соединенных частей, при этом первая полностью индуктивно соединена с обмоткой II, а вторая полностью изолирована от нее. Эта вторая часть обмотки I называется «индуктивностью рассеяния».

Когда в момент t1 ток в первичной обмотке (обеих ее частях) резко прекращается, индуктивность рассеяния также пытается его продолжить. А поскольку он не подключен ни к какой другой обмотке, он генерирует импульс высокого напряжения, подаваемый на закрытый ключ Sw. Энергия этого импульса во много раз меньше полезной энергии Aimp (чем лучше трансформатор, тем меньше в целом), но ее может хватить, чтобы повредить ключ (в случае биполярного транзистора, например, он хватит на лавинный срыв).Чтобы защитить ключ от этого импульса, он гасится на специальном схемном растворе.

Рис. 3

Самым простым вариантом является демпфер УЗО, состоящий из диода, конденсатора и резистора (см. Рис. 3). Возникающее на обмотке I обратное напряжение открывает диод VD и начинает заряжать конденсатор C. В результате вся энергия импульса передается конденсатору. Между импульсами конденсатор разряжается через резистор R. То есть энергия, взятая из рассеивающей индуктивности, в конечном итоге превращается в тепло на резисторе R, поэтому мощность этого резистора должна быть значительной (достигает единиц ватт).Преимуществом демпфера является простота его схемы и то, что часть энергии от конденсатора C может быть перекачана обратно в трансформатор T с помощью медленного диода VD, но эти процессы уже несколько сложнее, чем наша простая статья. Главный недостаток демпфера в том, что на нем тоже падает полезная мощность! В конце концов, рабочее обратное напряжение первичной обмотки Vinv также заряжает конденсатор до этого значения, т.е. полезная мощность Uinv² / R тратится впустую.

Глушитель – схемное решение, лишенное этого недостатка.Это последовательно соединенный быстрый диод VD1 и мощный и быстрый стабилитрон VD2. Когда рассеивающая индуктивность генерирует свой высоковольтный импульс, она открывает диод VD1, размыкает стабилитрон VD2, и энергия импульса рассеивается на нем. Стабилитрон VD2 выбран с более высоким напряжением пробоя, чем обратное напряжение Uinv, поэтому он не рассеивает полезную мощность блока. К недостаткам подавителя можно отнести более высокий уровень электромагнитных помех, связанных с резким открытием и закрытием полупроводниковых приборов.

Что будет, если этот высоковольтный импульс ничем не погасить? В случае биполярного ключа, скорее всего, в нем произойдет лавинный пробой и блок питания переключится в режим котла. Современные полевые транзисторы устойчивы к лавинному пробою и позволяют рассеивать определенное количество энергии на стоке (это описано в документации), следовательно, такой транзистор может работать без демпфера или супрессора – сам транзистор будет играть его роль.Более того, я встречал несколько дешевых китайских блоков питания, в которых это было сделано. Однако я настоятельно не рекомендую этот режим работы, так как он еще больше снижает надежность устройства. Ограничительный диод (стабилитрон) очень дешев и рассчитан на колоссальную импульсную мощность (600 Вт, 1,5 кВт), так почему бы не использовать его по назначению?

Также из вышесказанного следует еще один вывод. Независимо от того, решите ли вы использовать демпфер или глушитель, обратное напряжение на замкнутом ключе будет даже выше рабочего расчетного значения Usw! Об этом следует помнить при выборе ключа.

Обычно современные ключевые транзисторы и микросхемы имеют допустимое обратное напряжение 600-800 вольт. При Umax = 391V, Umin = 220V обратное напряжение на ключе Usw будет иметь следующие значения (в зависимости от D): D = 25%, Usw = 464B; D = 33%, Usw = 501B; D = 50%, Usw = 611B. Это означает, что для ключей с максимальным обратным напряжением 600 В следует выбирать только D = 33% или меньше. Для ключей с обратным напряжением 700В можно выбрать D = 50%.

Ну а в конце статьи приведу простой пример расчета IPR.Предположим, мы хотим сделать простой блок питания, который позволяет нам получать на его выходе 12В 1А. Рассчитываем по баллам:

1. Мощность блока 12В 1А.
2. Перед выходным диодом (будем использовать обычный кремний) должно быть 13В.
3. Выходная мощность трансформатора 13Вт.
4. Расчетная входная мощность блока Pin = 13 / 0,8 = 16 Вт.
5. F = 100 кГц.
6. Umax = 391В.
7. Umin = 220В (емкость конденсатора входного фильтра – 22мкФ).
8. D = 33%, Uinv = 110V, Usw = 501V. Мы остановимся на ключах с обратным напряжением 600В.
9. Aimp = 16/100000 = 1,6e-4J = 160 мкДж.
10. L = 1.65e-3HH = 1.65mH, Imax = 0.44A
11. Подбираем сердечник, рассчитываем параметры обмотки и зазор.

А теперь для сравнения рассчитываем тот же ИПР для случая, когда допустимое сетевое напряжение может быть в пределах 85-230В. Какие отличия?

1. Umax = 391B
2. Umin = 85B (емкость конденсатора фильтра необходимо увеличить до 47 мкФ)
3. D = 60%, Uinv = 128V, Usw = 519V.Мы остановимся на ключах с обратным напряжением 600В.
4. Aimp = 16/100000 = 1,6e-4J = 160 мкДж.
5. L = 813 мкГн, Imax = 0,63 A

Отметим, что параметры максимального тока через переключатель изменились не так существенно – с 0,44А до 0,63А, индуктивность уменьшилась вдвое, но очень существенно расширился диапазон допустимых входных напряжений.