Currently set to Index
Currently set to Follow

Импульсный трансформатор: принцип работы, расчет

Содержание
  1. Общие конструктивные схемы и классификация
  2. Схема генератора импульсов регулируемой ширины
  3. Схема испульсного источника питания
  4. Сетевой импульсный источник питания
  5. Принцип работы импульсного трансформатора
  6. Процессы трансформации импульсов
  7. Особенности конструкции
  8. Как проверить устройство
  9. Процедура намотки
  10. Преимущества и недостатки
  11. Расчет импульсного трансформатора
  12. Расчет и намотка импульсного трансформатора
  13. Механизм действия и виды устройств
  14. Структурная схема и описание работы основных узлов ИБП
  15. Входные цепи
  16. Высоковольтный выпрямитель и фильтр
  17. Инвертор
  18. Выпрямитель
  19. Фильтр
  20. Цепи обратной связи
  21. Схемы импульсных блоков питания
  22. Входной фильтр
  23. Сетевой выпрямитель и сглаживающий фильтр
  24. Инвертор или блок ключей
  25. Силовой трансформатор
  26. Выходной выпрямитель и фильтр, стабилизатор
  27. Применяемые материалы
  28. Электротехническая сталь
  29. Пермаллой
  30. Ферриты
  31. Изоляция проводов и обмоток
  32. Что такое потери энергии импульсного трансформатора?
  33. Материалы для изготовления импульсного трансформатора
  34. Что такое критерий осуществимости импульсного трансформатора
  35. Коррекция искажений формы импульса
  36. Сфера применения импульсных трансформаторов
  37. Основные требования
  38. Как рассчитать и намотать импульсный трансформатор для полумостового блока питания?
  39. Выбор типа магнитопровода.
  40. Получение исходных данных для простого расчёта импульсного трансформатора.
  41. Как выбрать ферритовый кольцевой сердечник?
  42. Как рассчитать число витков первичной обмотки?
  43. Как рассчитать диаметр провода для первичных и вторичных обмоток?
  44. Особенности намотки импульсных трансформаторов.
  45. Импульсный трансформатор: принцип работы одного импульса в 2 такта
  46. Однотактная схема импульсного блока питания: состав и принцип работы
  47. Двухтактная схема импульсного блока питания: 3 варианта исполнения
  48. 3 схемы силовых каскадов двухтактных ИБП
  49. Видео: Как работает импульсный трансформатор / трансформатор своими руками / демонстрация
  50. Как выбрать ферритовый кольцевой сердечник?

Общие конструктивные схемы и классификация

Импульсные трансформаторы отличаются разнообразием конструкции. Это связано с их применением в широком диапазоне энергий, мощностей, напряжений, длительностей импульсов, различий в назначении и рабочих условий.
Однако, несмотря на такое разнообразие, все конструктивные схемы ИТ можно свести к четырем основным: стержневой, броневой, армированной стержневой и тороидальной. Поэтому по конструктивным особенностям ИТ можно классифицировать следующим образом:

  • аукцион;
  • бронированный;
  • броневой стержень;
  • тороидальный.

Форма их поперечного сечения может быть прямоугольной или круглой. Конструктивная особенность ИТ – относительно небольшое количество витков в его обмотках. По этой причине объем токопроводящих материалов обмоток ИТ намного меньше объема МК, и естественно принять объем его МК в качестве обобщающего технико-экономического показателя ИТ-проекта.

Классификация импульсных трансформаторов
Классификация импульсных трансформаторов по типу сердечника и катушек.

Если взять такой показатель качества, так как не все конструкции в этом отношении равнозначны, так как в каждой из них фактически используется только та часть объема МК, заключенная внутри обмоток, внешних частей МК, то есть ярма служат только для проведения магнитного рабочего потока ИТ, а поперечное сечение постоянное по длине, поэтому эффективность использования МС можно охарактеризовать коэффициентом использования длины λ = h / l, где обмотка высота h – общая высота витков.

Максимальные значения этого коэффициента: для тороидального МК – 0,95; на аукционе – 0,6; для бронированных и бронированных стрел – 0,3. Поэтому самый дешевый ИТ тороидального типа, относительно дешевый – стержневой и меньше всего дешевый – броневой и броневой стержень.

Что такое импульсный трансформатор и как его рассчитать
Если учесть, что конструктивно и технологически стержни, армированные и армированные стержни примерно эквивалентны, то следует, что целесообразно использовать тороидальные МК и ИТ-стержни, особенно мощные с большим объемом МК.

Использование длины MS может быть увеличено за счет увеличения высоты стержня или диаметра MS. Однако такие конструкции, вытянутые по высоте или с большим диаметром, имеют большие размеры, менее прочные, низкотехнологичные, характеризуются повышенным расходом токопроводящих материалов, потерями мощности в обмотках, искажением преобразованных импульсов и другими недостатками.

Для желающих почитать материал по теме: малоизвестные факты о двигателях постоянного тока.

Однако самое главное – максимальные функциональные характеристики достигаются в ИТ-структурах с максимальной площадью поперечного сечения и минимальной длиной SM. В связи с этим коэффициент использования длины МС является относительным показателем и характеризует лишь степень конструктивного совершенства ИТ.

Схема импульсного трансформатора
Схема подключения импульсного трансформатора.

Следующее соображение облегчает классификацию. Характеристикой класса напряжения является тип и конструкция основной IT-изоляции, которая в значительной степени определяет саму себя и конструкцию IT в целом.

Так, в ИТ на напряжение до 20 кВ можно использовать сухую изоляцию из слоистых диэлектриков, в некоторых случаях – воздушную при нормальном давлении.

Будет интересно➡ Устройство тороидального трансформатора и его преимущества

Поэтому, несмотря на некую условность, целесообразно ввести такую ​​классификацию по классу напряжения, чтобы значения напряжения отражали конструктивные особенности изоляции, т.е в следующем виде:

  • Класс напряжения IT до 20 кВ;
  • Класс напряжения IT до 100 кВ;
  • Класс напряжения IT выше 100 кВ.

В диапазоне напряжений 20-100 кВ обычно используют бумажно-масляную или бумажно-пленочно-масляную изоляцию. При напряжении выше 100 кВ наилучшие результаты достигаются при использовании чисто масляной изоляции.

Схема генератора импульсов регулируемой ширины

Симметричные биполярные импульсы регулируемой длительности позволяют получить генератор импульсов по схеме рис. 1. Устройство может быть использовано в схемах автоматического регулирования выходной мощности импульсных источников питания. На микросхеме DD1 (K561LE5 / K561 LAT) собран генератор прямоугольных импульсов с скважностью 2.

Симметрия генерируемых импульсов достигается регулировкой резистора R1. Рабочую частоту генератора (44 кГц) при необходимости можно изменить подбором емкости конденсатора С1.

Схема формирования импульса

Рис. 1. Схема формирователя симметричных биполярных импульсов регулируемой длительности.

Компараторы напряжения смонтированы на элементах ДА1.1, ДА1.3 (К561КТЗ); на DA1.2, DA1.4 – ключи выхода. На входы ключей компаратора DA1.1, DA1.3 прямоугольные импульсы поступают в противофазе через RC-диодные цепочки (R3, C2, VD2 и R6 ,, VD5.

Заряд конденсаторов C2, C3 происходит экспоненциально через R3 и R5 соответственно; разрядка – практически мгновенно через диоды VD2 и VD5. Когда напряжение на конденсаторе C2 или C3 достигает порога включения компараторов DA1.1 или DA1.3 соответственно, включаются и резисторы R9 и R10, а также управляющие входы DA1.2 и DA1 .4 переключатели подключаются к положительному полюсу источника питания.
Поскольку переключатели включены в противофазе, такое переключение происходит строго поочередно, с паузой между импульсами, что исключает возможность протекания тока через переключатели DA1.2 и DA1.4 и преобразовательные транзисторы, управляемые их, если в цепи переключения питания используется генератор биполярных импульсов.

Равномерная регулировка длительности импульса осуществляется одновременной подачей пускового (начального) напряжения на входы компараторов (конденсаторы С2, С3) от потенциометра R5 через диодно-резистивные цепи VD3, R7 и VD4, R8. Уровень ограничения управляющего напряжения (максимальная ширина выходных импульсов) устанавливается подбором резистора R4.
Нагрузочный резистор можно подключить по мостовой схеме – между точкой соединения элементов DA1.2, DA1.4 и конденсаторов Ca, Cb. Импульсы от генератора также можно подавать на транзисторный усилитель мощности.
При использовании генератора биполярных импульсов в схеме импульсного источника питания в резистивный делитель R4, R5 следует включать регулирующий элемент – полевой транзистор, фотодиодную оптопару и т.д., что позволяет при уменьшении / увеличении токовой нагрузки , чтобы автоматически регулировать ширину генерируемого импульса, тем самым контролируя выходную мощность преобразователя.
В качестве примера практической реализации импульсных источников питания приведем описания и схемы некоторых из них.

Схема испульсного источника питания

Импульсный источник питания (рис. 2) состоит из выпрямителей сетевого напряжения, задающего генератора, формирователя прямоугольных импульсов регулируемой длительности, двухкаскадного усилителя мощности, выходных выпрямителей и схемы стабилизации напряжения.

Основной генератор выполнен на микросхеме типа К555ЛАЗ (элементы DDI .1, DDI .2) и генерирует прямоугольные импульсы с частотой 150 кГц. На элементах DD1.3, DD1.4 собран триггер RS, на выходе которого частота половина – 75 кГц. Блок управления длительностью импульсов переключения реализован на микросхеме К555ЛИ1 (элементы DD2.1, DD2.2), длительность регулируется оптопарой U1.
Выходной каскад импульсного формирователя импульсов установлен на элементах DD2.3, DD2.4. Максимальная мощность на выходе формирователя импульсов достигает 40 мВт. Предварительный усилитель мощности выполнен на транзисторах VT1, VT2 типа КТ645А, а оконечный на транзисторах VT3, VT4 типа КТ828 и более современных. Выходная мощность каскадов соответственно 2 и 60… 65 Вт.
Схема стабилизации выходного напряжения собрана на транзисторах VT5, VT6 и оптопаре U1. Если напряжение на выходе блока питания ниже нормального (12 В), стабилитроны VD19, VD20 (KC182 + KC139) закрыты, транзистор VT5 закрыт, транзистор VT6 открыт, ток ограничен резистор R14 протекает через светодиод (U1.2) оптопары; сопротивление фотодиода (U1.1) оптопары минимально.

Сигнал, снимаемый с выхода элемента DD2.1 и поступающий на входы схемы совпадений DD2.2 напрямую и через регулируемый элемент задержки (R3 – R5, C4, VD2, U1.1), из-за его малой постоянной время он почти одновременно поступает на входы схемы согласования (поз. DD2.2).

На выходе этого элемента формируются большие управляющие импульсы. На первичной обмотке трансформатора Т1 (выходы элементов DD2.3, DD2.4) формируются биполярные импульсы регулируемой длительности.

Схема импульсного источника питания

Рис. 2. Схема импульсного блока питания.

Если по какой-либо причине напряжение на выходе БП повышается выше нормы, ток начинает течь через стабилитроны VD19, VD20, транзистор VT5 приоткрывается, VT6 закрывается, уменьшая ток через светодиод оптопары U1. 2.

Это увеличивает сопротивление фотодиода оптопары U1.1. Уменьшается длительность управляющих импульсов и уменьшается выходное напряжение (мощность). При закорачивании нагрузки светодиод оптопары гаснет, сопротивление фотодиода оптопары максимальное, а длительность управляющих импульсов минимальна. Кнопка SB1 предназначена для запуска цепи.
При максимальной длительности положительный и отрицательный управляющие импульсы не перекрываются во времени, так как между ними есть временной интервал из-за наличия резистора R3 в формирующей цепи.

Это снижает вероятность прохождения токов, протекающих через относительно низкочастотные выходные транзисторы конечного каскада усилителя мощности, которые имеют длительное время для поглощения избыточных носителей в базовом переходе. Выходные транзисторы смонтированы на оребренных радиаторах площадью не менее 200 см ^ 2. В принципиальных схемах этих транзисторов желательно устанавливать сопротивления 10… 51 Ом.
Каскады усиления мощности и схема формирования биполярных импульсов питаются от выпрямителей, выполненных на диодах VD5 – VD12 и на элементах R9 – R11, C6 – C9, C12, VD3, VD4.
Трансформаторы Т1, Т2 изготавливаются на ферритовых кольцах К10х6х4,5 ЗОООМН; TZ – K28x16x9 ZOONM. Первичная обмотка трансформатора Т1 содержит 165 витков провода ПЭЛШО 0,12, вторичная – 2 × 65 витков ПЭЛ-2 0,45 (обмотка двухпроводная).

Первичная обмотка трансформатора Т2 содержит 165 витков провода ПЭВ-2 0,15 мм, вторичная – 2 × 40 витков того же провода. Первичная обмотка трансформатора ТЗ содержит 31 виток продетого в кембрик провода МГШВ сечением 0,35мм ^ 2, вторичная обмотка – 3х6 витков провода ПЭВ-2 1,28мм (параллельное соединение). При подключении обмоток трансформатора нужно правильно их фазировать. Начала обмоток показаны на рисунке звездочками.
Источник питания работает в диапазоне изменения напряжения 130… 250 В. Максимальная выходная мощность при симметричной нагрузке достигает 60… 65 Вт (стабилизированное напряжение положительной и отрицательной полярности 12 S и стабилизированное напряжение переменного тока с частотой 75 кГц, снята со вторичной обмотки трансформатора Т3)… Пульсации напряжения на выходе блока питания не превышают 0,6 В.
При установке источника питания сетевое напряжение на него подается через развязывающий трансформатор или феррорезонансный стабилизатор с выходом, изолированным от сети. Всякая пайка в источнике разрешена только при полном отключении устройства от сети.

Последовательно с выходным каскадом на время установки прибора рекомендуется зажигать лампу накаливания мощностью 60 Вт 220 В. Эта лампа защитит выходные транзисторы в случае ошибок установки. Оптопара U1 должна иметь напряжение пробоя изоляции не менее 400 В. Работа устройства без нагрузки не допускается.

Сетевой импульсный источник питания

Импульсный источник питания (рис. 3) предназначен для телефонов с автоматической идентификацией линии или для других устройств с потребляемой мощностью 3… 5 Вт, питаемых напряжением 5… 24 В.

Блок питания защищен от коротких замыканий на выходе. Нестабильность выходного напряжения не превышает 5% при изменении напряжения питания от 150 до 240 В и тока нагрузки в пределах 20… 100% от номинального значения.
Управляемый генератор импульсов выдает сигнал частотой 25… 30 кГц на базе транзистора VT3.
Дроссели L1, L2 и L3 намотаны на магнитопроводах типа К10х6х3 из пресспермаллоя МП140. Обмотки индуктивности L1, L2 содержат 20 витков провода ПЭТВ диаметром 0,35 мм и расположены каждая на своей половине кольца с зазором между обмотками не менее 1 мм.

Дроссель L3 обмотан проводом ПЭТВ диаметром 0,63 мм, повернуть за витком в один слой по внутреннему периметру кольца. Трансформатор Т1 выполнен на ферритовом магнитопроводе М2000НМ1 В22.

Принципиальная схема сетевого импульсного блока питания

Рис. 3. Схема коммутационного сетевого блока питания.

Его обмотки наматываются на откидной каркас, по очереди ниткой ПЭТВ и пропитываются клеем. Первый намотан в несколько слоев обмотки I, содержащей 260 витков провода 0,12 мм. Этим же проводом наматывают обмотку экрана с выводом (показан пунктирной линией на рис. 3), затем наносят клей БФ-2 и оборачивают его слоем лакот-кани.

Обмотка III намотана проволокой 0,56 мм. Для выходного напряжения 5 В он содержит 13 витков. Обмотка II наматывается последней. Содержит 22 витка провода 0,15… 0,18 мм. Между чашками есть немагнитное пространство.

Принцип работы импульсного трансформатора

Принцип работы импульсного трансформатора - изображение 36

  • Принцип работы импульсного трансформатора
  • Основная функция
  • Механизм действия и виды устройств
  • Импульсный трансформатор: принцип действия и функциональные характеристики
  • Преимущества импульсного трансформатора
  • Импульсные схемы питания

Принцип работы импульсного трансформатора - изображение 37

Современные электронные и электрические устройства имеют довольно сложную структуру.

Их эффективная и безотказная работа обеспечивается большим количеством компонентов.

Один из них – импульсный трансформатор, принцип действия которого основан на активном преобразовании электрического тока.

Процессы трансформации импульсов

Одним из основных элементов импульсных источников питания является импульсный трансформатор. Особенность этого типа трансформатора в том, что на вход подается периодическая последовательность импульсов одинаковой полярности, содержащая постоянную составляющую тока.

Принцип работы импульсного преобразователя напряжения полностью идентичен работе любого другого трансформатора, то есть на обмотку первичного индуктора подается входное напряжение Uin, которое в полном соответствии с законом электромагнитной индукции преобразуется на вторичной обмотке катушки в выходное напряжение Uout с измененными параметрами.

Коэффициент трансформации напряжения определяется соотношением витков обмотки импульсного трансформатора для каждой катушки. Однако, в отличие от обычных трансформаторов, работающих с синусоидальными гармониками стандартной частоты 50 Гц, на вход IT подаются импульсы длительностью несколько десятков мкс, что соответствует частотам в пределах десятков кГц.

Электронный трансформатор
Простая схема электронного трансформатора.

Обычно это электромагнитные сигналы после выпрямления переменного тока сети через полумосты, мосты или другие схемы, используемые в электронных преобразователях напряжения.

Особенности конструкции

Сердечники импульсных преобразователей бывают тороидальными или W. При намотке импульсного трансформатора своими руками мастера отдают предпочтение круговой (тороидальной) конфигурации магнитопровода, так как нет необходимости специально подготавливать корпус и устройство для обмотка. Для изготовления сердечников используются материалы с более высокой магнитной проницаемостью, такие как:

  • ферриты;
  • трансформатор из кремнистой стали;
  • пермаллой.

Сердечники с ферритовыми кольцами широко доступны, недороги и легко доступны. Обозначение изделия осуществляется по типу K Dxdxh, где K – сокращение от слова «кольцо», D, d и h – размеры внешнего и внутреннего диаметров кольца, высота кольца соответственно. Размеры указаны в мм, например K 28x16x9.
Первичная и вторичная обмотки намотаны на ферритовой основе.

Ключевой особенностью конструкции является то, что первичная обмотка намотана против часовой стрелки, а вторичная обмотка – только по часовой стрелке. При изменении направления обмоток мощность устройства значительно снижается. Обмотки намотаны с двух сторон кольца, внутри – с малым числом витков, снаружи – с большим числом витков.

Для уменьшения индуктивности рассеяния считается необходимым удвоить одну обмотку и поместить другую обмотку между ее слоями. Иногда обмотки наматывают сразу двумя проводами, поэтому провода от витков одной обмотки лежат между проводами от витков другой.

Как проверить устройство

После сборки ИТ проверяется. Существует множество методик управления самобранным или покупным импульсным трансформатором. Для проверки схемы собираются с использованием генераторов частоты, осциллографов, мультиметров и других устройств, которые не только подтверждают работоспособность ИТ.

Они тестируют его в различных частотных диапазонах. В импульсном трансформаторе не допускается разомкнутое состояние вторичной обмотки, этот режим относится к разряду небезопасных режимов.

Управление импульсным трансформатором
Как проверить импульсный трансформатор.

Кроме того, он должен иметь минимальную индуктивность рассеяния, динамическую емкость и сопротивление; быть механически достаточно сильным.

Он должен быть устойчивым к вибрациям и выдерживать воздействие значительных электродинамических сил, возникающих как при нормальной работе, так и, особенно, при коротких замыканиях цепи нагрузки.

Требования к высокой диэлектрической прочности и минимальной индуктивности рассеяния противоречат друг другу. Поскольку для увеличения диэлектрической прочности необходимо увеличивать толщину и изоляцию, а для уменьшения индуктивности рассеивания необходимо уменьшать толщину.

Процедура намотки

Если провод входной или выходной катушки не подходит для дальнейшей эксплуатации, трансформатор можно перемотать. Для этого выбирается провод с двойной или тройной изоляцией, который необходимо наматывать на жилу.

Операция выполняется в следующем порядке:

  • провод первичной обмотки наматывается после приваривания входного контакта. Катушки намотаны равномерно и плотно;
  • выходной конец провода припаян в нужном месте;
  • утеплитель наносится в несколько слоев;
  • вторичная обмотка намотана, с приваркой входного и выходного концов.

Чтобы устройство нормально работало, нить наматывают равномерно, исключая узлы и перекручивания. Количество оборотов устанавливается исходя из расчета, выполняемого исходя из характеристик устройства.

Преимущества и недостатки

Использование импульсных трансформаторов объясняется следующими преимуществами:

  • высокие показатели выходной мощности;
  • уменьшенный вес и габариты;
  • высокий КПД, благодаря снижению потерь энергии;
  • более низкая цена при сопоставимых характеристиках;
  • высокая надежность благодаря наличию схем защиты.

Импульсный трансформатор в разобранном виде
Импульсный трансформатор в разобранном виде

Уменьшение массы достигается за счет увеличения частоты импульсов. Это приводит к уменьшению объема конденсаторов и простоте схемы выпрямления.

Повышение эффективности гарантируется снижением потерь энергии.

Уменьшение размеров связано с уменьшением количества используемых материалов. Это основная причина удешевления данной продукции. Еще одним преимуществом небольшого размера является возможность использования устройства в небольших электротехнических изделиях.

Недостатки связаны со сложностью ремонта из-за отсутствия высокочастотных помех в цепи гальванической развязки, из-за конструктивных особенностей и принципа работы устройства.

Для предотвращения воздействия высокочастотных помех часто приходится прибегать к использованию специальных средств защиты при использовании оборудования, для которого такие факторы нежелательны. В некоторых случаях из-за помех использование импульсных трансформаторов невозможно.

Расчет импульсного трансформатора

Рассмотрим, как нужно рассчитывать ИТ. Отметим, что эффективность устройства напрямую зависит от точности расчетов. Например, возьмем обычную схему преобразователя, в которой используется тороидальный ИТ.

Схема преобразователя
Схема преобразователя

В первую очередь нам необходимо рассчитать уровень мощности ИТ, для этого воспользуемся формулой: P = 1,3 x Pn.

Значение Рн показывает, сколько энергии будет потреблять нагрузка. Далее рассчитываем общую мощность (Rgb), она не должна быть меньше мощности нагрузки:

Параметры, необходимые для расчета:

  • Sc – отображает площадь поперечного сечения тороидального сердечника;
  • S0 – площадь его окна (как он выглядит, это и предыдущее значение показаны на рисунке);

Основные параметры тороидального сердечника
Основные параметры тороидального сердечника

  • Vmax – максимальная пиковая индукция, она зависит от типа используемого ферромагнитного материала (справочное значение взято из источников, описывающих характеристики марок феррита);
  • f – параметр, характеризующий частоту преобразования напряжения.

Следующим шагом является определение количества витков первичной обмотки Тр2:

(результат округляется)

Значение UI определяется выражением:

UI = U / 2-Ue (U – напряжение питания преобразователя; Ue – уровень напряжения, подаваемого на эмиттеры транзисторных элементов V1 и V2).

Приступим к расчету максимального тока, проходящего через первичную обмотку ИТ:

Параметр 0,8, это тот КПД, с которым должен работать наш преобразователь.

Диаметр провода, используемого в обмотке, рассчитывается по формуле:

Осталось рассчитать выходную обмотку ИТ, то есть количество витков провода и его диаметр:

Если у вас возникли проблемы с определением основных параметров ИТ, вы можете найти в Интернете тематические сайты, позволяющие рассчитать любые импульсные трансформаторы в режиме онлайн.

Расчет и намотка импульсного трансформатора

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

Моя задача такова, мне нужен трансформатор с двумя вторичными обмотками, каждая из которых должна иметь отвод от центра. Значение напряжения на вторичных обмотках должно быть + -50В. Ток будет 3А, что составит 300Вт.

Расчет импульсного трансформатора.

Для начала загрузим программу расчета импульсного трансформатора Lite-CalcIT самостоятельно и запустим ее.

Выбираем схему преобразования: полумост. Это зависит от схемы переключения питания. В статье «Импульсный блок питания усилителя низкой частоты на ir2153 мощностью 300Вт» схема преобразования полумостовая.

Напряжение питания указано как постоянное. Минимум = 266 Вольт, номинал = 295 Вольт, максимум = 325 Вольт.

Указываем тип контроллера ir2153, частота генерации 50кГц.

Стабилизация на выходе – нет Принудительное охлаждение – нет.

Диаметр проволоки указываем какой есть в наличии у меня 0,85 мм. Учтите, что мы указываем не сечение, а диаметр провода.

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

Схема выпрямления биполярная со средней точкой.

Указанные мною напряжения (50 Вольт) означают, что две вторичные обмотки, каждая из которых имеет отвод от центра и после выпрямления, будут иметь + -50 В по отношению к средней точке. Многие подумали бы, что они указали 50В, а это значит, что относительно нуля на каждом плече будет 25В, нет! Получим по 50 В в каждую ногу относительно центрального провода.

Далее подбираем параметры сердечника, в моем случае это «R» – тороидальный сердечник размером 40-24-20 мм.

Нажмите кнопку «Рассчитать!». В результате получаем количество витков и количество жил первичной и вторичной обмоток.

Обмотка импульсного трансформатора.

Итак, вот мое кольцо размером 40-24-20мм.

Теперь его нужно заизолировать каким-то диэлектриком. Каждый выбирает себе диэлектрик, это может быть крашенная ткань, тканевая лента, стекловолокно и даже скотч, который лучше не использовать для намотки трансформаторов. Говорят, что скотч разъедает эмаль нити, я не могу подтвердить этот факт, но я нашла еще один негативный аспект скотча. В случае перемотки трансформатор сложно разобрать, и весь провод становится клеем из ленты.

Я использую майларовую ленту, которая не плавится, как полиэтилен, при высоких температурах. Где мне найти эту лавсановую ленту? Все просто, если есть обрубки экранированной витой пары, разобрав их, вы получите лавсановую пленку шириной около 1,5 см. Это самый идеальный вариант, диэлектрик получается красивым и качественным.

Приклеиваем лавсан к сердцевине малярным скотчем и начинаем обматывать кольцо в пару слоев.

Далее наматываем основное устройство, в моем случае 33 витка проводом диаметром 0,85 мм с двумя жилами (меня успокоили). Оберните по часовой стрелке, как показано на изображении ниже.

Сворачиваем и красим выводы первичной обмотки.

Затем сверху кладем несколько сантиметров термоусадочной пленки и разогреваем.

Следующим шагом будет повторная изоляция пары слоев диэлектриком.

Теперь начинаются самые “недоразумения” и множество вопросов. Как заворачивать? Нить или две? Обмотку нужно класть в один слой или в два?

В ходе своих расчетов я получил две вторичные обмотки с касанием от центра. Каждая обмотка содержит 13 + 13 витков.

Мы наматываем двумя сердечниками в том же направлении, что и первичная обмотка. В итоге было 4 выхода, два выхода и два входа.

Теперь подключаем один из выходных выводов к одному из входящих. Главное не запутаться, иначе окажется, что вы подключите один и тот же провод, то есть замкнете одну из обмоток. И ваш импульсный блок питания сгорит при запуске.

Мы соединили начало одной нити с концом другой. Луженая. Наденьте термоусадочную пленку. После этого снова оборачиваем лавсановой пленкой.

Напомню, что мне понадобились две вторичные обмотки, если вам нужен трансформатор с одной вторичной обмоткой, то на этом закончите. Таким же образом наматываем вторую вторичную обмотку.

После этого снова оборачиваем верх лавсановой пленкой, чтобы крайняя упаковка плотно прилегала и не раскручивалась.

В итоге у нас получился такой аккуратный пончик.

Поэтому любой трансформатор может быть сконструирован и намотан с двумя или одной вторичной обмоткой, с отводом от центра или без него.

Механизм действия и виды устройств

Принцип работы импульсного трансформатора - изображение 40

Работу импульсного трансформатора обеспечивает пара катушек, соединенных магнитопроводом и имеющих обмотки различной конфигурации.

Количество витков обмотки определяет мощность получаемой на выходе электрической энергии.

В цепь первичной обмотки поступают униполярные импульсные сигналы. Он также обнаруживает прямоугольные импульсы с коротким временным интервалом. Затем такие же импульсы отражаются на вторичной обмотке. Принцип отражения является основополагающим в работе всех ИТ.

Трансформаторы могут иметь разную конструкцию.

В зависимости от типа обмотки различают следующие типы устройств:

  • тороидальный,
  • штырь,
  • бронированный
  • бронированный ствол.

Структурная схема и описание работы основных узлов ИБП

Конструктивная схема генератора импульсов сложнее, чем у трансформаторного источника. Чтобы понять принцип работы импульсного блока питания в целом, необходимо отдельно разобрать работу каждого узла.


Блок-схема импульсного блока питания.

Входные цепи

Входные цепи предназначены для защиты сети от перегрузки в случае сбоя питания и от импульсных помех, возникающих во время работы устройства. Например, рассмотрим фильтр и защиту промышленного компьютера SMPS.


Входные цепи генератора импульсов MAV-300W-P4.

Предохранитель на 5 А перегорает при превышении номинального тока в аварийной ситуации в источнике питания. Для защиты от перенапряжения предусмотрен варистор V1. В штатном режиме это не влияет на работу устройства. При скачке сети от отверстия резко увеличивается ее сопротивление, увеличивается ток через варистор. Это приведет к срабатыванию предохранителя.

Термистор THR1 отрицательного сопротивления изначально имеет высокое сопротивление и ограничивает ток, заряжая конденсаторы фильтра высоковольтного выпрямителя. Затем термистор нагревается протекающим по нему током, его сопротивление уменьшается, но к тому времени конденсаторы уже будут заряжены. Конденсаторы CX1, C11, C12, CY3 и синфазная индуктивность FL1 защищают сеть от синфазных и дифференциальных помех.

Высоковольтный выпрямитель и фильтр

Выпрямитель высокого напряжения обычно строится по традиционной двухполупериодной мостовой схеме и не имеет особых характеристик. Если в преобразователе используется полумостовая схема, то фильтр состоит из двух последовательно соединенных конденсаторов – так формируется средняя точка с напряжением, равным половине питающего.


Участок схемы генератора импульсов с высоковольтным выпрямителем D1-D4 и емкостным делителем напряжения C1-C2.

Иногда резисторы ставят параллельно конденсаторам. Они нужны для разгрузки контейнеров после отключения электроэнергии.

Инвертор

Преобразование постоянного напряжения в импульсное происходит с помощью инвертора на полупроводниковых переключателях (часто на транзисторах). Открывая и закрывая ключи, они подают на обмотку импульсы напряжения. Этот метод производит своего рода переменное напряжение (униполярное), которое можно обычным способом преобразовать в напряжение другого уровня.


Схемы транзисторных инверторов.

Простейшая схема преобразователя постоянного тока в импульс – несимметричная. Для его реализации понадобится минимум элементов. Недостаток такого агрегата в том, что с увеличением мощности резко увеличиваются габариты и вес трансформатора. Это связано с принципом работы такого преобразователя. Он работает в двух циклах: во время первого открыт транзистор, энергия накапливается в индуктивности первичной обмотки. Во время второго накопленная энергия передается нагрузке. Чем больше мощность, тем больше индуктивность, тем больше должно быть витков в первичной обмотке (в результате увеличивается количество витков во вторичных обмотках).

Двухтактная схема со средней точкой (push-pull) лишена этого недостатка. Первичная обмотка трансформатора разделена на две секции, которые попеременно подключены ключами к отрицательной шине. На рисунке красная стрелка показывает направление тока для одного цикла, а красная стрелка – для другого. Обратной стороной является необходимость иметь удвоенное количество витков в первичной обмотке, а также наличие перенапряжений в момент переключения. Их амплитуда может достигать двукратного значения питающего напряжения, поэтому необходимо использовать транзисторы с соответствующими параметрами. Назначение этой схемы – преобразователи низкого напряжения.

При перемычке инвертора выбросы отсутствуют. Мост состоит из четырех транзисторов, диагональ которых включает первичную обмотку трансформатора. Открытые транзисторы попарно:

  • первая петля – вверху слева и внизу справа;
  • вторая петля – нижний левый и верхний правый.

Обмотка подключается к плюсу источника питания одним выводом, затем другим. Недостаток – использование 4 транзисторов вместо двух.

Компромиссным вариантом считается использование полумостовой схемы. Здесь один конец первичной обмотки включен, а другой подключен к делителю из двух конденсаторов. В этой схеме также нет скачков напряжения, но используются только два транзистора. Недостатком такого решения является то, что на первичную обмотку подается только половина питающего напряжения. Вторая проблема заключается в том, что при создании мощных источников увеличивается емкость конденсаторов делителя и их стоимость становится нецелесообразной.

Если ИИП построен по схеме с настройкой параметров методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), то в большинстве случаев управление ключами осуществляется не напрямую микросхемой ШИМ, а через промежуточный узел – драйвер. Это связано с повышенными требованиями к прямоугольности управляющих сигналов.


Фрагмент схемы промышленного импульсного источника – полумостовой инвертор на транзисторах Q1, Q2 управляется через промежуточный узел на транзисторах Q8, Q9 и трансформатор T1.

В схемах всех преобразователей используются как полевые, так и биполярные транзисторы, а также IGBT, сочетающие в себе свойства обоих типов.

Выпрямитель

Преобразованное напряжение во вторичных обмотках необходимо выпрямить. Если требуется выходное напряжение более +12 В, можно использовать обычные мостовые схемы (например, в высоковольтной части).


Схема импульсного блока питания с выходным напряжением до 30 вольт и двухполупериодного мостового выпрямителя.

Если напряжение низкое, полезно использовать двухполупериодные схемы средней точки. Их преимущество в том, что падение напряжения происходит только на одном диоде за каждый полупериод. Это уменьшает количество витков в обмотке. С этой же целью используются диоды Шоттки и группы на них. Недостатком такого решения является более сложная конструкция вторичной обмотки.


Схема выпрямителя со средней точкой и прохождением через нее тока.

Фильтр

Выпрямленное напряжение необходимо фильтровать. Для этого используются как традиционные конденсаторы, так и катушки индуктивности. Для используемых частот преобразования дроссели небольшие, легкие, но работают эффективно.


Схема фильтрующих цепей выходных каналов импульсного блока питания ЭВМ.

Цепи обратной связи

Цепи обратной связи используются для стабилизации и регулирования выходного напряжения, а также для ограничения тока. Если источник не стабилизирован, у него нет этих цепей. Для устройств со стабилизацией тока или напряжения эти схемы выполнены на постоянных элементах (иногда с возможностью регулирования). Для регулируемых источников (лаборатория и т.д.) элементы управления включены в обратную связь для корректировки параметров в режиме онлайн.

Блок питания компьютера также имеет схему управления и формирования служебных сигналов (Power_good, Stand By и так далее).

Схемы импульсных блоков питания

Схема переключения питания содержит пять необходимых блоков плюс обратная связь.

Принцип работы импульсного трансформатора - изображение 100

Вариант импульсного блока питания с выходным напряжением 5 В и 12 В и разной полярностью

Входной фильтр

Принцип работы импульсного трансформатора - фото 101

Более простая схема входного фильтра

Используются специальные конденсаторы – типа X. Конденсаторы X были специально разработаны для этой цели. Они выдерживают мгновенные скачки напряжения в киловольтах (до 2,5 кВ), тем самым подавляя межфазные помехи (противофазные помехи). Индуктивность представляет собой ферритовый сердечник со спиральными окрашенными медными проводами. Он индуцирует токи, которые нейтрализуют мешающие токи.

Приведенная выше схема входного фильтра для импульсного источника питания не устраняет помехи, возникающие между фазой и землей (корпусом) или между нейтралью и корпусом. Для их нейтрализации в схему добавлены два конденсатора Y-типа (выдерживающие скачки напряжения до 5 кВ). Особая конструкция Y-конденсатора обеспечивает разрыв цепи, а не короткое замыкание в случае отказа.

Оба типа конденсаторов (X и Y), которые устанавливаются во входные фильтры, изготовлены из специальных негорючих материалов, так как они могут нагреваться до очень высоких температур и стать причиной пожара. Именно в этом, а также в конструктивных особенностях кроется причина их дороговизны (по сравнению с обычными).

Принцип работы импульсного трансформатора - фото 102

Схема компенсации всех видов помех

Но для правильной работы этой схемы требуется рабочий грунт. Его необходимо подключить к корпусу блока питания. Незаземленный корпус блока питания будет запитан приблизительно от 110 В. Ток будет очень небольшим, но контакт будет ощущаться.

Сетевой выпрямитель и сглаживающий фильтр

Как упоминалось выше, выпрямитель предварительно выпрямляет синусоидальную волну. Если установлен диод, он прерывает нижние полуволны (отрицательные.

Принцип работы импульсного трансформатора - изображение 103

Сравнение однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей.

В простейшем случае выпрямитель представляет собой диод Шоттки, но также можно использовать диодный мост с параллельно подключенным конденсатором. Для диодных мостов часто используют обычные диоды типа 1N4007, но все же лучше установить все те же диоды Шоттки. Они «быстрее», поэтому вы можете получить лучшие результаты.

Принцип работы импульсного трансформатора - фото 104

Различные схемы фильтров разной степени сложности

Диод устанавливается в блоки питания для недорогого оборудования. На его выходе напряжение принимает форму положительных полуволн, которые идут с некоторыми интервалами. На выходе диодного моста пульсации намного меньше, поэтому такой выпрямитель устанавливается для устройств, требующих большей мощности. Пульсирующее напряжение с выхода диод / диодный мост подается на конденсатор (он должен быть рассчитан на напряжение 270-400 В), который создает «зубцы» из полуволн. Здесь мы уже получаем более-менее стабильное постоянное напряжение.

Инвертор или блок ключей

В следующем блоке выпрямленное напряжение преобразуется в импульсы. Частота импульсов высокая – от 10 до 50 кГц. Реализовать эти блоки можно двумя способами: с помощью микросхем, основанных на осцилляторе (генераторе блоков).

Принцип работы импульсного трансформатора - фото 105

Еще одна блок-схема ИИП

Во втором случае используется пара транзисторов, которые включаются поочередно, формируя на выходе последовательность импульсов. Частота переключения задается генератором. Такие схемы есть сейчас, но большинство из них реализовано на микросхемах.

Принцип работы импульсного трансформатора - фото 106

Пример схемы транзисторного инвертора

Если есть микросхема, зачем ограждать огород из нескольких десятков частей. Кроме того, требуемый тип микросхемы широко распространен и недорог. Это так называемые ШИМ-контроллеры (TL494, UC384x, DH321, TL431, IR2151, IR2153 и др.). К этим микросхемам достаточно добавить пару полевых транзисторов и несколько мелких деталей, и мы получим необходимый инвертор.

Принцип работы импульсного трансформатора - изображение 107

Схема SMPS с ШИМ-контроллером для обратноходовых и полумостовых преобразователей

Контроллер PWM отлично адаптируется к любому типу схемы. Он совместим со схемами обратного хода, полумостового и мостового выпрямителей. Конечно, количество элементов разное, но все они простые и недорогие.В обратных схемах транзисторы должны быть рассчитаны на напряжение большее, чем подаваемое на входе.

Принцип работы импульсного трансформатора - фото 108

Устройство источника импульсного напряжения с ШИМ и двухтактным контроллером и мостовым выпрямителем

Импульсные источники питания в осветительных приборах, энергосберегающие лампы и светодиоды, электронные балласты для люминесцентных ламп (ЭПРА) построены по полумостовым схемам. Мостовые схемы используются в более мощных агрегатах. Например, при инверторной сварке.

Есть и более «серьезные» контроллеры, которые параллельно с работой проверяют параметры входного и выходного напряжения и в случае неисправности просто прекращают работу. Поскольку этот компонент обычно самый дорогой в импульсном блоке питания, это очень хорошо. Заменив неисправные детали (обычно резисторы или конденсаторы) получаем исправный агрегат.

Силовой трансформатор

Трансформаторная сборка на блоке питания – одна из самых стабильных. Этот блок содержит небольшую группу элементов, которые нейтрализуют импульс тока, возникающий на обмотках трансформатора при изменении полярности.

Эта группа называется «демпферная».

Принцип работы импульсного трансформатора - фото 109

Рассматриваемый блок обведен красным, а демпфер – зеленым

Трансформатор – один из самых надежных элементов. У него редко бывают проблемы. Он может быть поврежден из-за отказа инвертора. В этом случае через обмотку протекает слишком сильный ток, который разрушает трансформатор.

Принцип работы импульсного трансформатора - фото 110

Блок-схема силового трансформатора для ИИП

Все работает следующим образом:

  • В первом цикле импульсного источника питания ключ VT1 (полевой транзистор с наведенным каналом n-типа) открыт. Ток течет по первичной обмотке трансформатора, заряд накапливается в сердечнике.
  • На втором такте ключ замыкается, ток течет во вторичную обмотку через диод VD2.
  • При включении первичной обмотки происходит выброс, вызванный несовершенными деталями. Вот тут-то и пригодится демпфер. Его задача – поглотить этот пик, так как напряжение может быть довольно большим и может повредить транзистор переключателя, что приведет к неработоспособности схемы. Пиковый ток протекает через первичную обмотку трансформатора, диод VD1, через резистор R1 и емкость C2.
  • Потом полярность снова меняется, кнопка BT1 срабатывает.

Номинальные характеристики подбираются исходя из параметров трансформатора. Подборка сложная, поэтому описывать ее нет смысла. И еще: не все схемы имеют демпфер, но его наличие повышает надежность и стабильность импульсного блока питания.

Несколько слов о диодах, используемых в демпферах. Это может быть обычный диод, подобранный исходя из параметров, но схемы с стабилитроном более надежны. Также может быть вариант без резистора и емкости, но с подавителем, переключенным на противоположное (на схеме ниже).

Принцип работы импульсного трансформатора - фото 111

Супрессор – это защитный диод, принцип работы аналогичен стабилитрону, только уравниваются импульсный ток и рассеиваемая мощность. Он может быть асимметричным и симметричным.

Выходной выпрямитель и фильтр, стабилизатор

В дешевых блоках питания используется самый простой и дешевый способ стабилизации – обратная связь на пассивных элементах. На схеме ниже это два резистора R6 и R7, подключенные к вспомогательной обмотке силового трансформатора. Не очень надежный из-за влияния между обмотками, но простой и дешевый.

Принцип работы импульсного трансформатора - фото 112

Простой способ стабилизировать

Второй вариант стабилизатора выходного напряжения выполнен на стабилизаторе VD9 и оптроне HL1. Выходное напряжение – это сумма падения напряжения на стабилитроне и напряжения на оптроне. Это чуть более надежная схема для ИИП средней мощности.

Принцип работы импульсного трансформатора - фото 113

Стабилизация выхода ИИП с помощью стабилитрона и оптопары

Наиболее стабильными выходными индикаторами являются схемы SMPS со стабилизатором TL431.

TL431 – это интегральная схема для трехконтактного регулируемого параллельного регулятора напряжения с улучшенной температурной стабильностью. С внешним делителем TL431 способен стабилизировать напряжение от 2,5 до 36 В при токе до 100 мА.

ИБП, в которых используется микросхема TL431, более сложны, но надежны. В таких схемах может быть подстроечный переменный резистор, позволяющий изменять выходное напряжение в небольшом диапазоне. Обычно подстройка составляет не более 20%, иначе схема может быть нестабильной.

Принцип работы импульсного трансформатора - изображение 114

Схема со стабильным выходным напряжением

Если нет необходимости в регулировке выходного напряжения, лучше заменить резистор отсечки на нормальный, так как переменные менее надежны.

Применяемые материалы

Тип магнитного материала существенно влияет на показатели качества и работу в импульсном режиме. Материал для изготовления сердечника магнитопровода оценивается исходя из значений величин, определяющих качество свойств:

  • Удельное сопротивление материалов, используемых в устройстве.
  • Индукция насыщения.
  • Его можно использовать с тончайшими стальными листами или ремнями.
  • Коэрцитивная сила.

Электротехническая сталь

Импульсные трансформаторы предпочтительно оснащаются магнитопроводами из электротехнической стали качества 3405-3425, которые имеют самые высокие параметры индукции насыщения и низкие параметры коэрцитивной силы, а также наибольшее значение ортогональности формы цикла гистерезиса. Такой материал сейчас приобрел большую популярность.

Пермаллой

Этот материал представляет собой прецизионный сплав с магнитомягкими свойствами. Чаще всего он состоит из железа и никеля с добавлением легирующих элементов.

Ферриты

Еще одним очень популярным материалом для изготовления импульсных трансформаторов, а точнее его сердечника, являются ферритовые материалы. У них короткая трансформируемая длительность импульса. Такие магнитопроводы имеют более высокое сопротивление и не имеют потерь на вихревые токи. Они используются для импульсных трансформаторов с интервалом между импульсами, измеряемым в несколько наносекунд.

Система обозначения и маркировки импульсных трансформаторов включает в себя следующие элементы:

  • Первая буква – Т,
  • Второй – буква I (импульс) или сочетание букв IM. Буква I соответствует трансформаторам с длительностью входного импульса от 0,5 до 100 мкс, а IM – от 0,02 до 100 мкс.
  • Третий – серийный номер разработки.

Например: обозначение ТИ-5 – импульсный трансформатор с длительностью входного импульса от 0,5 до 100 мкс, № разработки 5.

Изоляция проводов и обмоток

Обмотки IT должны соответствовать следующим основным требованиям: быть достаточно электрически стойкими, изоляция обмотки должна выдерживать без повреждений длительное воздействие номинальных рабочих напряжений и кратковременное воздействие более высоких напряжений в возможных аварийных ситуациях.

Уменьшение емкости обмоток, в свою очередь, противоречит требованию минимальной индуктивности рассеяния. Однако в большинстве случаев снижение индуктивности рассеяния важнее, чем уменьшение емкости.

По этим причинам габаритные размеры обычно уменьшаются до минимально возможного, определяемого необходимой электрической жесткостью обмоток. Они пытаются уменьшить емкость за счет использования изоляционных материалов с минимально возможной диэлектрической проницаемостью, а также из-за конструктивных факторов.

Поэтому основные требования к изоляционным материалам – низкая диэлектрическая проницаемость и пригодность для режимов с высокой напряженностью электрического поля. При больших токах и длительностях импульсов используются более дешевые провода прямоугольного сечения или тонкие и широкие медные шины из фольги, иногда из нескольких слоев, проложенных с изоляцией.

Как правильно заизолировать провода и обмотки

Что такое потери энергии импульсного трансформатора?

Снижение потерь энергии и повышение эффективности – важная задача в ИТ-проектировании. Общие потери суммируются:

  • потери из-за гистерезиса;
  • вихревые токи;
  • потери, связанные с несовершенной изоляцией между листами;
  • магнитная вязкость.

Помимо упрощенного расчета и завышения значений значительных потерь, что компенсирует отказ в обосновании потерь и вносит грубые просчеты в расчет, используются высоколегированные стали и жемчуг. В связи с этим, чтобы уменьшить потери, делается попытка приблизить формы статического кольца гистерезиса к прямоугольной форме. Эти материалы используются для достижения высоких значений индукции.

Вихревые токи разделяются искусственно и с помощью секций с высокой или даже максимальной магнитной проницаемостью, предусмотренных в конструкции магнитной системы (МС). Таким образом получают более или менее удовлетворительное стабильное значение вихревого тока в стальных листах MC.

Материалы для изготовления импульсного трансформатора

Тип магнитного материала влияет на показатели качества и характеристики импульсного режима. Оценка материала проводится с точки зрения ценностей и показателей и включает следующие показатели качества:

  • индукция насыщения;
  • коэрцитивная сила;
  • удельное сопротивление материалов устройства;
  • возможность использования тончайших стальных полос или листов.

К желаемой электротехнической стали для создания ИТ относятся марки: 3405 – 3408 и 3421 – 3425. Сталь 3425 имеет наибольшую индукцию насыщения и низкую коэрцитивную силу, наибольшую ортогональность петли гистерезиса. Чаще всего используется.

Пермаллой (прецизионный сплав), обладающий магнитомягкими свойствами, обычно состоит из никеля и железа, обычно обрабатываемых компонентами сплава.

Ферриты – еще один необходимый для ИТ материал с короткой длительностью преобразованного импульса; эти МК обладают необычно высоким сопротивлением и полным отсутствием потерь на вихревые токи. Они используются для ИТ с диапазоном импульсов, величина которых определяется во временном интервале наносекунд.

Что такое критерий осуществимости импульсного трансформатора

Создание ИТ зависит от модифицированных трансформатором импульсных искажений и параметров схемы трансформатора, а также от самого ИТ. Пропорциональное уменьшение удлинения фронта импульса приводит к значительному уменьшению амплитуды напряжения в верхней части импульса и наоборот.

Нелинейные значения сопротивления помогают уменьшить импульсные искажения по фронту и по величине, что крайне нежелательно. Искажение света необходимо до минимума, это связано с уменьшением значения коэффициента дисперсии, решение этой проблемы в выборе подходящего ИТ с наименьшим коэффициентом дисперсии. Выведен критерий выполнимости при определении параметров схемы трансформатора. Желательно наличие трансформаторной схемы с индуктивной реакцией.

Коррекция искажений формы импульса

Не всегда удается подобрать ИТ так, чтобы искажение формы импульса не превышало допустимых пределов. В этом случае для коррекции формы импульса вводятся двухполюсные корректирующие устройства или демпфирующие фильтры, состоящие из резисторов с низким сопротивлением. Это исключает перенапряжение на передней панели. Для этих целей может использоваться запирающий диод, полярность которого выбирается исходя из полярности выброса на фронте импульса.

Импульсный трансформатор считается самым важным элементом электронной схемы и наиболее ответственным за ее хорошее функционирование. Он чрезвычайно надежен и почти никогда не выходит из строя. Расчет трансформатора индивидуален для всех схем. Его вторичная обмотка должна быть замкнута на нагрузку потребителя, разомкнутое состояние относится к опасному режиму. Рабочие параметры и каскад напряжения полностью зависят от сборки трансформатора, что сказывается на качестве схемы электронного устройства.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то упустил. Взгляните на карту сайта, я буду рад, если вы найдете еще что-нибудь полезное на моем сайте.

Сфера применения импульсных трансформаторов

Основное назначение ИТ – работа в импульсных устройствах – это: генераторы на триодах, магнетронах, газовых лазерах и других устройствах. IT также используется в качестве дифференцирующего трансформатора.

В сфере ИТ почти все электронное оборудование, включая телевизоры и компьютерные мониторы, требуется для импульсных источников питания. Одна из важных функций – использование для стабилизации выходного напряжения в рабочем режиме устройств.

Они служат для защиты потребителя от короткого замыкания в режиме ХХ (без нагрузки) и защиты устройства от перенапряжения или перегрева корпуса устройства.

Основные требования

  1. Функциональные возможности – определение значений всех электрических параметров (мощность, напряжение и тип импульса)
  2. Эксплуатационные требования: надежность и высокая перегрузочная способность, устойчивость к механическим повреждениям и климатическим условиям, повышенное электрическое сопротивление.
  3. Технико-экономические требования: малые габариты и небольшие потери, трудозатраты при производстве зависят от свойств, требуемых для области использования.

Как рассчитать и намотать импульсный трансформатор для полумостового блока питания?

Выбор типа магнитопровода.

Наиболее универсальными магнитопроводами являются сердечники брони W-образной и чашеобразной формы. Их можно использовать в любом импульсном блоке питания, благодаря возможности установки зазора между частями сердечника. Но мы намотаем импульсный трансформатор для двухтактного полумостового преобразователя, сердечник которого не нуждается в зазоре, а потому вполне подойдет кольцевой магнитопровод. /

Для сердечника кольца делать каркас и делать намоточное устройство не обязательно. Единственное, что нужно сделать, это сделать простой шаттл.

На рисунке изображен магнитный ферритовый сердечник 2000НМ.

Размер кольцевой магнитной цепи можно определить по следующим параметрам.

См. Также: электрическая батарея. Строение и принцип работы.

D – внешний диаметр кольца.

d – внутренний диаметр кольца.

Вернитесь в верхнюю часть меню.

Получение исходных данных для простого расчёта импульсного трансформатора.

Помню, когда иностранцы еще не приватизировали наши электросети, я строил импульсный источник питания. Работа затянулась до вечера. Во время нескольких последних тестов было внезапно обнаружено, что ключевые транзисторы стали очень сильно нагреваться. Оказалось, что напряжение в сети ночью поднялось до 256 вольт!

Конечно, 256 Вольт – это многовато, но руководствоваться ГОСТ 220 + 5–10% тоже не стоит. Если выбрать максимальное напряжение сети 220 В + 10%, тогда:

242 * 1,41 = 341,22 В (учитывать значение амплитуды).

341,22 – 0,8 * 2 ≈ 340В (вычесть падение на выпрямителе).

Определите приблизительное значение индукции по таблице.

Пример: 2000НМ – 0,39Т.

Частота генерации самовозбуждающегося преобразователя зависит от многих факторов, в том числе от величины нагрузки. Если вы выберете 20-30 кГц, вы вряд ли ошибетесь.

Предельные частоты и значения индукции диффузных ферритов.

Как выбрать ферритовый кольцевой сердечник?

Вставляем данные предлагаемой магнитопровода и данные, полученные в предыдущем абзаце, в модуль вычислителя для определения общей мощности сердечника.

Не стоит выбирать размер сквозного кольца при максимальной мощности нагрузки. Маленькие кольца заворачивать не так уж и удобно, да и витков придется наматывать еще много.

Если в корпусе будущей конструкции достаточно свободного места, можно выбрать кольцо с заведомо большей габаритной мощностью.

В моем распоряжении оказалось кольцо М2000НМ типоразмера К28х16х9мм. Я ввел входные данные в модуль калькулятора и получил общую мощность 87 Вт. Для моего 50-ваттного БП этого более чем достаточно.

Запустите программу. Выбрать «Расчет преобразователя полуавтоматической коробки передач с задающим генератором».

Чтобы калькулятор не «ругался», заполните нулями окна, не используемые для расчета вторичной обмотки.

Вернитесь в верхнюю часть меню.

Как рассчитать число витков первичной обмотки?

Вводим исходные данные, полученные в предыдущих пунктах, в виде калькулятора и получаем количество витков первичной обмотки. Изменяя размер кольца, степень феррита и частоту генерации преобразователя, можно изменить количество витков первичной обмотки.

Следует отметить, что это очень и очень упрощенный расчет импульсного трансформатора.

Но свойства нашего замечательного самовозбуждающегося источника питания таковы, что преобразователь сам подстраивается под параметры трансформатора и величину нагрузки, изменяя частоту генерации. Так, при увеличении нагрузки и попытке трансформатора войти в насыщение частота генерации увеличивается и работа нормализуется. Таким же образом компенсируются незначительные ошибки в наших расчетах. Я пытался изменить количество витков одного и того же трансформатора более чем в полтора раза, как это отражено в примерах ниже, но не смог найти каких-либо существенных изменений в работе блока питания, кроме смены генерации частота.

Как рассчитать диаметр провода для первичных и вторичных обмоток?

Диаметр провода первичной и вторичной обмоток зависит от параметров мощности, введенных в модуль. Чем выше ток намотки, тем больше требуется диаметр провода. Ток первичной обмотки пропорционален «; Мощность трансформатора»;.

Особенности намотки импульсных трансформаторов.

Обмотка импульсных трансформаторов, в частности трансформаторов на кольцевых и тороидальных магнитопроводах, имеет некоторые особенности.

Дело в том, что если одна обмотка трансформатора неравномерно распределена по периметру магнитопровода, отдельные участки магнитопровода могут стать насыщенными, что может привести к значительному снижению мощности блока питания и даже привести к его неудача.

Казалось бы, можно просто посчитать расстояние между отдельными витками катушки, чтобы витки обмотки точно уместились в один или несколько слоев. Но на практике наматывать такую ​​обмотку сложно и утомительно.

Мы пытаемся завернуть в «ленивую упаковку». И в этом случае самый простой способ – намотать однослойную обмотку «по очереди».

Что для этого нужно?

необходимо подбирать провод такого диаметра, чтобы он одним слоем подходил «виток к витку» в окне существующего кольцевого сердечника, а также чтобы количество витков первичной обмотки не сильно отличалось из того, что рассчитано.

Если полученное в калькуляторе количество витков не отличается более чем на 10-20% от количества, полученного в формуле расчета стека, можно смело наматывать обмотку, не считая витков.

правда, для такой обмотки, скорее всего, придется выбирать магнитопровод с немного завышенной общей мощностью, которую я уже рекомендовал выше.

1 – кольцевидное ядро.

D – диаметр, по которому можно рассчитать периметр, занимаемый витками обмотки.

На изображении видно, что при намотке «от поворота к повороту» расчетный периметр будет намного меньше внутреннего диаметра ферритового кольца. Это связано с диаметром самой проволоки и толщиной полосы.

Фактически, фактический периметр, который будет заполнять провод, будет еще меньше. Это связано с тем, что обмоточный провод не прилегает к внутренней поверхности кольца, образуя определенный зазор. Кроме того, существует прямая зависимость между диаметром проволоки и размером этого зазора.

Нет необходимости увеличивать натяжение провода при намотке, чтобы уменьшить этот зазор, так как это может повредить изоляцию и сам провод.

Используя приведенную ниже эмпирическую формулу, можно рассчитать количество витков на основе диаметра существующего провода и диаметра центрального окна.

Максимальная погрешность расчета составляет примерно –5% + 10% и зависит от плотности нити.

w – количество витков первичной обмотки,

Импульсный трансформатор: принцип работы одного импульса в 2 такта

Правило № 5: Импульсный трансформатор для источника питания передает каждый импульс ШИМ через два преобразования электромагнитной энергии.

Во время преобразования электрической энергии в магнитную энергию и обратно в электрическую энергию пониженного напряжения обеспечивается гальваническое разделение первичных входных цепей от вторичной выходной цепи.

Каждый импульс тока ШИМ, приходящий на кратковременное размыкание силового транзистора, протекает через замкнутую цепь первичной обмотки трансформатора.

Его энергия расходуется:

  1. сначала о намагничивании сердечника магнитопровода;
  2. затем на его размагничивание протеканием тока через вторичную обмотку и дополнительную зарядку конденсатора.

Как работает импульсный трансформатор

Согласно этому принципу каждый ШИМ-импульс от первичной сети заряжает накопительный конденсатор.

Генераторы ИБП могут работать как с простой, так и с более сложной двухтактной конструкцией.

Однотактная схема импульсного блока питания: состав и принцип работы

На стороне 220 В размещены: предохранитель, выпрямительный диодный мост, сглаживающий конденсатор, биполярный транзистор, колебательный контур и коллекторный токовый контур, а также обмотка импульсного трансформатора.

Схема электронного генератора

Несимметричная схема импульсного источника питания создается для передачи мощности 10 ÷ 50 Вт, не более. Из него делают зарядные устройства для мобильных телефонов, планшетов и других цифровых гаджетов.

В выходной цепи трансформатора используется выпрямительный диод D7. Его можно переключить вперед, как показано на изображении, или наоборот, что важно учитывать.

При прямом пуске импульсный трансформатор накапливает индуктивную энергию и передает ее выходной цепи на подключенную нагрузку с задержкой.

Если диод снова включен, преобразование энергии из первичной цепи во вторичную происходит во время закрытого состояния транзистора.

Несимметричная схема ИБП известна своей простотой конструкции, но большими амплитудами напряжения, приложенными к виткам первичной обмотки импульсного трансформатора.

Их защита осуществляется дополнительными цепями резисторов R2 ÷ R4 и конденсаторов С2, С3.

Двухтактная схема импульсного блока питания: 3 варианта исполнения

Повышенный КПД и меньшие потери мощности – неоспоримые преимущества этих ИБП перед однотактными моделями.

Самый простой вариант полноволновой техники показан на изображении.

Полноволновая схема

Если к нему еще подключить два диода и сглаживающий конденсатор, то на этом же трансформаторе получается биполярная схема.

Биполярный источник питания

Это распространено в усилителях мощности и работает по принципу обратного хода. В нем меньшие токи протекают через каждый конденсатор, обеспечивая больший ресурс конденсаторов во время работы.

Срок службы электролитических конденсаторов в ИБП можно продлить, заменив большую мощность на несколько композитных компонентов. Ток будет распределен по всем, что приведет к меньшему нагреву. И отвод тепла от каждого в отдельности лучше.

Схема прямоточного источника питания имеет в своей конструкции дроссель, выполняющий функцию накопителя энергии. Для этого два диода направляют входящие импульсы ШИМ на его вход с одинаковой полярностью.

Схема источника питания с прямым потоком

Индуктивность этих устройств выполнена в больших размерах и устанавливается отдельно внутри платы ИБП. Завершите работу накопительного конденсатора.

Это хорошо видно из верхней формы волны, показанной на осциллограмме выпрямления того же блока без индуктивности и с индуктивностью.

Как работает удушение

Схема прямого толкания используется в мощных источниках питания, например, внутри компьютера.

В нем диоды Шоттки занимаются выпрямлением тока. Они используются по причине:

  • снижение падения напряжения при прямом подключении;
  • и улучшенная производительность при обработке высокочастотных импульсов.

3 схемы силовых каскадов двухтактных ИБП

В порядке сложности исполнения генераторы ведут себя согласно:

  • полумост;
  • напольное покрытие;
  • или двухтактный принцип построения выходного каскада.

Импульсный источник питания полумостового типа: обзор

Конденсаторы С1, С2 собраны последовательно с емкостным делителем. На него подается постоянное напряжение питания и переходы коллектор-эмиттер транзисторов Т1, Т2.

Полумостовая схема

Первичная обмотка трансформатора Тр2 подключена к средней точке емкостного делителя и транзисторов. С его вторичной обмотки снимается выходное напряжение генератора, которое пропорционально входному сигналу TP1, который преобразуется в базы T1 и T2.

Полумостовой ИБП работает при нагрузках от нескольких ватт до киловатт. Его недостаток – возможность повреждения элементов при перегрузках, что требует применения сложных защит.

Мост импульсного источника питания: краткое объяснение

Вместо емкостного делителя предыдущей технологии здесь работают транзисторы Т3 и Т4. Они открываются попарно вместе с T1 и T2: (пара T1-T4), (пара T2-T3).

Мостовая схема

Напряжение на переходах эмиттер-коллектор в закрытых транзисторах не выше напряжения питания, а на обмотке w1 TP3 увеличивается до значения источника питания U. За счет этого увеличивается значение КПД.

Мостовую схему сложно настроить из-за сложности настройки цепей управления транзисторами Т1 ÷ Т4.

Двухтактная схема: важные особенности

Первичная обмотка вывода ТП2 имеет центральный вывод, на который подается положительный потенциал источника питания, а его минус – в середине вторичной обмотки Т1.

Двухтактная схема

Во время прохождения полупериода колебаний срабатывает один из транзисторов Т1 или Т2 и соответствующая часть полуобмотки трансформатора.

именно здесь достигается максимальная эффективность, низкий уровень пульсаций и низкий уровень шума. Амплитудное значение импульсного напряжения на любой половине обмотки w1 TP2 достигает значения U пит.

ЭДС самоиндукции добавляется к напряжению перехода коллектор-эмиттер каждого транзистора и повышается до стока 2U. Следовательно, T1 и T2 должны быть выбраны на 600 ÷ 700 вольт.

Наиболее популярна двухтактная схема ключевой ступени. Используется в самых мощных преобразователях.

Видео: Как работает импульсный трансформатор / трансформатор своими руками / демонстрация

Как выбрать ферритовый кольцевой сердечник?

Подобрать примерный размер ферритового кольца можно с помощью калькулятора для расчета импульсных трансформаторов и справочника по ферритовым магнитным цепям.

Вставляем данные предлагаемой магнитопровода и данные, полученные в предыдущем абзаце, в модуль вычислителя для определения общей мощности сердечника.

Не стоит выбирать размер сквозного кольца при максимальной мощности нагрузки. Маленькие кольца заворачивать не так уж и удобно, да и витков придется наматывать еще много.

Если в корпусе будущей конструкции достаточно свободного места, можно выбрать кольцо с заведомо большей габаритной мощностью.

В моем распоряжении оказалось кольцо М2000НМ типоразмера К28х16х9мм. Я ввел входные данные в модуль калькулятора и получил общую мощность 87 Вт. Для моего 50-ваттного БП этого более чем достаточно.

Запустите программу. Выбрать «Расчет преобразователя полуавтоматической коробки передач с задающим генератором».

Чтобы калькулятор не «ругался», заполните нулями окна, не используемые для расчета вторичной обмотки.

Оцените статью
radiochipi.ru
Adblock
detector