01.07.2024

Трансформатор импульсный повышающий: Импульсный трансформатор: принцип работы, расчет

Содержание

Правильная намотка импульсного трансформатора

Приветствую, Самоделкины!
Как известно трансформатор — основной элемент любого источника питания. Новички радиолюбители довольно часто задаются вопросом: как правильно произвести намотку трансформатора самостоятельно? Поэтому данная инструкция (автор: Роман, YouTube канал «Open Frime TV») полностью посвящена расчету и намотке импульсного трансформатора.

Итак, давайте начнем, но не с самого трансформатора, а со схемы управления. Зачастую случается так, что люди берут любой попавшийся под руку трансформатор и начинают на нем мотать свои обмотки, при этом не задумываясь об одной мелкой, но очень важной детали, которая называется зазор.

Существует 2 основных типа схемы управления трансформатором: однотактная и двухтактная.

Из рисунка выше видно, что к двухтактным относят: мост, полумост и пуш-пул. В этих схемах зазора в сердечнике быть не должно, причем это касается не только силового трансформатора, но и ТГР.

Что касается однотактных схем, они бывают прямоходовые и обратноходовые, вот у них зазор в сердечнике должен быть обязательно, поэтому первым делом всегда необходимо более подробно ознакамливаться с тем, что вы делаете.

Для более наглядного примера в этой статье мы рассмотрим намотку 2-ух различных трансформаторов, один для двухтактной схемы, второй соответственно для однотактной.


Мотать трансформатор автор решил для готовых проектов. Первый — блок на SG3525. Схема представлена ниже.

Как видим из схемы — это полумост. Таким образом данный тип относится к разряду двухтактных схем, следовательно, как упоминалось в начале статьи — зазор в сердечнике не нужен.

С этим определились, но это еще не все. Перед намоткой необходимо произвести специальные вычисления (рассчитать трансформатор). Благо в интернете без особого труда можно найти и скачать специальные программы Владимира Денисенко для расчета трансформатора.


Благодаря автору данных программ, а их у него далеко не одна, количество самопальных блоков питания постоянно растет. Вы можете ознакомиться со всеми программами данного автора, но в примере мы разберем только две из них. Первая – это «Lite-CalcIT Расчет импульсного трансформатора двухтактного преобразователя» (Версия 4.1).

Вдаваться в подробности не будем, затронем только важные моменты. Первый — это выбор схемы преобразователя: пуш-пул, полумостовая или мостовая. Далее у нас строка выбора напряжения питания, его также необходимо указать, можно указывать или уже выпрямленное напряжение (постоянное) или просто сетевое (переменное). Ниже поле для ввода частоты преобразования. Обычно в своих проектах при расчете блоков питания автор устанавливает частоту в районе 40-50Гц, выше поднимать не нужно. Далее следует указать характеристики преобразователя. В соответствующих колонках указываем напряжение, мощность и провод, каким будет производиться намотка. Не забываем указать схему выпрямления и поставить галочку на «Использовать желаемые параметры».

Помимо этого, в программе присутствуют еще 2 важных поля для заполнения. Первое — это наличие или отсутствие стабилизации.

При включенной галочке программа автоматом накидывает пару витков на вторичку для зазора работы ШИМ.
Второе поле — это охлаждение. Если оно присутствует, то можно из трансформатора выжать больше мощности.

И последнее, но самое важное – необходимо указать какой сердечник будет использоваться при намотке данного трансформатора.


Большинство стандартных номиналов уже занесены в программу, тут остается только выбрать необходимый.
И вот, когда все поля заполнены, можно нажимать кнопку «Рассчитать».

В результате получаем данные для намотки нашего трансформатора, а именно количество витков первички и вторички совместно с количеством жил.

Необходимые расчеты произвели, можно приступать к обмотке.
Важный момент! Все обмотки мотаем в одну сторону, но начало и конец обмотки располагаем строго по схеме. Пример: допустим мы поставили начало обмотки тут (подробнее на изображении ниже), намотали необходимое количество витков и сделали вывод.


Давайте визуально представим, как течет ток. Допустим он течет так:

Тогда он потечёт по проводу в указанную сторону. А теперь мы просто поменяем начало и конец обмотки местами.

Хоть намотка и производилась справа, ток потечет в обратном направлении и это будет равносильно тому, что мы намотали обмотку влево. Таким образом по точкам на схеме можно легко проводить фазировку, главное при этом все обмотки мотать в одну сторону.

С примером разобрались, приступаем к реальной намотке. Начало обмотки у нас в этой точке (смотри изображение ниже), значит отсюда и будем мотать.


Стараемся равномерно укладывать витки, также необходимо избегать пересечение провода и различных узелков, петель и тому подобных явлений. От того как вы намотаете трансформатор зависит дальнейшая работа всего блока питания.

Мотаем ровно половину первички и делаем отвод, только не прямо на пин трансформатора, а вверх. Дальше будем мотать вторичку, а поверх неё оставшуюся первичку.


Таким образом повышается магнитная связь обмоток и уменьшается индуктивность рассеяния.

Между обмотками необходимо использовать изоляцию. Отлично подойдет вот такая из термоскотча.

А для самого последнего слоя изоляции можно использовать майларовую ленту для красоты.

Вторичная обмотка наматывается точно так же, как и первичная.

Припаиваемся к началу обмотки и равномерно виток к витку мотаем. При этом желательно чтобы вторичка поместилась в один слой. Но если же вы рассчитали на большее напряжение, то необходимо второй слой равномерно растянуть по всему каркасу.

Когда намотали слой, то опять же делаем отвод вверх и начинаем мотать вторую часть вторички. Мотается она точно так же, как и первая.


Вот тут уже стоит каким-либо образом пометить где у вас первая половина вторички и где вторая.

Следующий шаг – домотка первичной обмотки. В этом случае автор обычно оставляет себе пустой пин на печатной плате, чтобы туда можно было подключить среднюю точку первички.


Вот с этого пина и начинаем мотать оставшуюся первичку, все также равномерно.

Вот тут уже отводить вверх конец провода не стоит, можно сразу завести его на положенное место.
Затем проводим такую же операцию для оставшихся выводов.

Когда основные обмотки закончили, можно приступать к намотке дополнительных, в данном случае это обмотка самозапита. С ней все точно также, начало и конец обозначены на печатной плате, изолируем и мотаем.

Верхний слой, как уже говорилось ранее, покрываем майларовой лентой. Вот, теперь трансформатор похож на промышленный образец.

Примечание для начинающих! Как правило начинающие радиолюбители делают свои первые блоки питания не стабилизированными на микросхемах типа IR2153 и постоянно сталкиваются со следующей проблемой: мол намотал на одно напряжение, а на выходе получил другое. Перемотка результатов не дает. В чем же дело? А дело в том, что необходимо проводить измерения при нагрузке как минимум 15% от номинала. А то получается, что выходной конденсатор зарядился до амплитудного значения, собственно его вы и измеряете, и не можете понять что не так.

Намотка трансформатора обратноходового блока питания ничем не отличается от предыдущего, только для расчета будем использовать уже другую программу из того же пакета программ – «Flyback – Программа расчета трансформатора обратноходового преобразователя» (Версия 8.1).


Указываем необходимые параметры: частоту, выходные напряжения и так далее, это не столь важно. Единственный момент, заслуживающий особого внимания — это зазор в сердечнике и индуктивность первичной обмотки. Эти параметры необходимо будет как можно точнее соблюсти.



На этом все. Благодарю за внимание. До новых встреч!

Видеоролик автора:

Источник (Source)

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Как работает импульсный трансформатор, чем отличается

Импульсный трансформатор (ИТ) — это трансформатор, предназначенный для преобразования тока и напряжения импульсных сигналов с минимальным искажением исходной формы импульса на выходе.

Особенностью работы импульсных трансформаторов является то, что на их первичную обмотку поступают однополярные импульсы, которые содержат постоянную составляющую тока, поэтому сердечник работает с постоянным подмагничиванием.

Импульсные трансформаторы применяются в устройствах связи, автоматики, вычислительной техники, при работе короткими импульсами, для изменения их амплитуды и полярности, исключения постоянной.

Импульсный трансформатор в чем основные отличие от обычного

У импульсного трансформатора (ИП) в отличии от обыкновенного силового трансформатора при одинаковой мощности намного меньше потерь и незначительные габаритные размеры полученные в следствии высокочастотного преобразования.

Основные отличия:

  1. Размер — импульсного трансформатора  обратно пропорционален его рабочей частоте.
  2. Работает трансформатор импульсный от обычного в другой частоте входного напряжения.

В настоящее время большинство блоков питания выполняют на импульсных трансформаторах. Здесь снижение затрат на производство, удешевление стоимости изделия, экономия размеров и веса.

Наиболее важной функцией импульсников является стабилизация напряжения выхода в рабочем режиме.

Другой областью их использования является защита от короткого замыкания на нагрузке при холостом ходе, и защита от чрезмерного возрастания напряжения, а также перегрева устройств.

Особенности конструкций

Основной особенностью конструкции импульсных трансформаторов является малое число витков. Наиболее экономичными стали тороидальные устройства, а менее экономными – бронестержневые. См. Виды магнитопроводов 

Цилиндрическая обмотка обладает свойством малой индуктивности рассеяния, имеет простую конструкцию и технологична в изготовлении. Расположение и число слоев может быть различным, так же, как и схемы их соединений.

Виды обмоток импульсных трансформаторов

Спиральные

Применяются для трансформаторов с наименьшей индуктивностью рассеяния. Их применение целесообразно при автотрансформаторном подключении. Намотка производится тонкой и широкой фольгой или лентой.

Конические

Предназначены для снижения индуктивного рассеяния с незначительным повышением емкости обмоток. Их особенностью является толщина изоляции слоев, которая прямо зависит от напряжения между витками первичной и вторичной обмотки. Толщина изоляции повышается от начала к концу обмоток по линейной зависимости.

Цилиндрические

Имеют низкую индуктивность рассеяния, хорошую технологичность и простую конструкцию.

Потери энергии

Важной проблемой при создании конструкции импульсных трансформаторов является снижение потерь энергии и повышение его КПД.

Потери складываются из:

  • Потери от гистерезиса.
  • Магнитной вязкости.
  • Некачественная изоляция.
  • Вихревые токи.

Кроме простого расчета потерь, для магнитопровода используют высоколегированные марки стали. Это позволяет уменьшить потери и приблизить форму петли гистерезиса к форме прямоугольника. Такие материалы предназначены для обеспечения значительных параметров индукции.

Вихревые токи искусственно разъединяют. А также применяют конструкции магнитных систем с наибольшей магнитной проницаемостью. Такими способами добиваются стабильных параметров вихревого тока в магнитопроводе.

Применяемые материалы

Вид магнитного материала значительно влияет на показатели качества и работу импульсного режима. Материал изготовления сердечника магнитопровода оценивается по значениям величин, которые определяют качество свойств:

  • Удельное сопротивление применяемых материалов прибора.
  • Индукция насыщения.
  • Возможность применения самых тонких листов стали или лент.
  • Коэрцитивная сила.
Электротехническая сталь

Импульсные трансформаторы предпочтительно оснащать магнитопроводами, изготовленными из электротехнической стали марок от 3405 до 3425, которые имеют наиболее высокие значения индукции насыщения и низкие параметры коэрцитивной силы, а также наибольшее значение величины прямоугольности формы петли гистерезисного цикла. Такой материал в настоящее время приобрел большую популярность.

Пермаллой

Этот материал является прецизионным сплавом, обладающим магнито-мягкими свойствами. Он чаще всего состоит из железа и никеля, с добавлением легирующих элементов.

Ферриты

Другим очень востребованным материалом для изготовления импульсных трансформаторов, а точнее, его сердечника являются ферритовые материалы. Они имеют малую длительность трансформируемых импульсов. Такие магнитопроводы обладают повышенным удельным сопротивлением и не имеют потерь от вихревых токов. Они применяются для импульсных трансформаторов с интервалом импульсов, который измеряется несколькими наносекундами.

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

  • Первый – буква – Т,
  • Второй – буква И (импульсный) или сочетание букв ИМ. Буква И соответствует трансформаторам с длительностью входного импульса от 0,5 до 100 мкс, а ИМ – от 0,02 до 100 мкс.
  • Третий – число порядковый номер разработки.

Например: обозначение ТИ-5 – трансформатор импульсный с длительностью входного импульса от 0,5 до 100 мкс, номер разработки 5

Видео: Импульсный трансформатор

Импульсный трансформатор принцип работы

Принцип работы импульсных трансформаторов   заключается в том, что на них подаются однополярные импульсы с постоянной токовой составляющей, в связи с чем магнитопровод находится в состоянии постоянного подмагничивания. Ниже показана принципиальная схема подключения такого устройства.

схема работы импульсного трансформатора

схема работы импульсного трансформатора. Как видите, схема подключения практически идентична с обычными трансформаторами, чего не скажешь о временной диаграмме.

Временная диаграмма иллюстрирующая работу импульсного трансформатора

На первичную обмотку поступают импульсные сигналы, имеющие прямоугольную форму е(t), временной интервал между которыми довольно короткий. Это вызывает возрастание индуктивности во время интервала tu, после чего наблюдается ее спад в интервале (Т-tu).

Перепады индукции происходят со скоростью, которую можно выразить через постоянную времени по формуле: τp=L0/Rн

Коэффициент, описывающий разность индуктивного перепада, определяется следующим образом: ∆В=Вmax – Вr

  • Вmax – уровень максимального значения индукции;
  • Вr –остаточный.

Более наглядно разность индукций представлена на рисунке, отображающем смещение рабочей точки в магнитопроводном контуре ИТ.

График смещенияГрафик смещения

Как видно на временной диаграмме, вторичная катушка имеет уровень напряжения U2, в котором присутствуют обратные выбросы. Так проявляет себя накопленная в магнитопроводе энергия, которая зависит от намагничивания (параметр iu).

Импульсы тока проходящего через первичную катушку, отличаются трапецеидальной формой, поскольку токи нагрузки и линейные (вызванные намагничиванием сердечника) совмещаются.

Уровень напряжения в диапазоне от 0 до tu остается неизменным, его значение еt=Um. Что касается напряжения на вторичной катушке, то его можно вычислить, воспользовавшись формулой:

при этом:

  • Ψ – параметр потокосцепления;
  • S – величина, отображающая сечение магнитопроводного сердечника.

Учитывая, что производная, характеризующая изменения тока, проходящего через первичную катушку, является постоянной величиной, нарастание уровня индукции в магнитопроводе происходит линейно. Исходя из этого, допустимо вместо производной внести разность показателей, сделанных через определенный интервал времени, что позволяет внести изменения в формулу:

в этом случае ∆t будет отождествляться с параметром tu , который характеризует длительность, с которой протекает входной импульс напряжения.

Чтобы вычислить площадь импульса, с которым напряжение образуется во вторичной обмотке импульсного трансформатора, необходимо обе части предыдущей формулы умножить на tu. В результате мы придем к выражению, которое позволяет получить основной параметр ИТ:

Um x tu=S x W1 x ∆В

Заметим, что от параметра ∆В прямо пропорционально зависит величина площади импульса.

Вторая по значимости величина, характеризующая работу ИТ, – перепад индукции, на него влияют такие параметры, как сечение и магнитная проницаемость сердечника магнитопровода, а также числа витков на катушке:

формула

Здесь:

  • L0 – перепад индукции;
  • µа – магнитная проницаемость сердечника;
  • W1 – число витков первичной обмотки;
  • S – площадь сечения сердечника;
  • l – длинна (периметр) сердечника (магнитопровода)
  • Вr – величина остаточной индукции;
  • Вmax – уровень максимального значения индукции.
  • Hm – Напряженность магнитного поля (максимальная).

Учитывая, что параметр индуктивности импульсного трансформатора полностью зависит от магнитной проницаемости сердечника, при расчета необходимо исходить из максимального значения µа, которое показывает кривая намагничивания. Соответственно, что у материала, из которого делается сердечник, уровень параметра Вr, отображающий остаточную индукцию, должен быть минимальным.

Исходя из этого, в качестве на роль материала сердечника ИТ, идеально подходит лента, изготовленная из трансформаторной стали. Также можно применять пермаллой, у которого такой параметр как коэффициент прямоугольности, минимальный.

Высокочастотным импульсным трансформатором идеально подходят сердечники из ферритовых сплавов, поскольку этот материал отличается незначительными динамическими потерями. Но из-за его низкой индуктивности приходится делать ИТ больших размеров.

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

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.

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.

Намотка импульсного трансформатора.

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.

 

Выводы первичной обмотки скручиваем и залуживаем.

Далее надеваем сверху несколько сантиметров термоусадки и подогреваем.

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.

Похожие статьи

что это такое и где его применяют

Импульсным трансформатором называется важная деталь, широко применяемая практически во всех радиоэлектронных приборах. Это телевизоры, мониторы компьютеров, все цифровые и аналоговые устройства. Трансформатор обеспечивает передачу импульсных сигналов. Вывод по сравнению с поданной на входе формой получается с минимальным искажением. В основном работают с прямоугольными импульсами.
В статье разобраны главные принципы работы импульсных трансформаторов, приведены характеристики и различия в их устройстве. В качестве бонуса в конце статье читатель найдет видео c наглядным разбором устройства и книгу Вдовина С. С. «Проектирование импульсных трансформаторов». Интересующие подробности можно уточнить в комментариях, эксперты ответят на любые ваши вопросы.

Виды импульсных трансформаторов

Общие конструктивные схемы и классификация

Импульсные трансформаторы отличаются многообразием конструктивного исполнения. Это обусловлено их применением в широком диапазоне энергий, мощностей, напряжений, длительностей импульсов, различиями в назначении и условиях эксплуатации.
Тем не менее, несмотря на это многообразие, все конструктивные схемы ИТ можно свести к четырем основным: стержневой, броневой, бронестержневой и тороидальный. Таким образом, по конструктивным признакам ИТ можно классифицировать следующим образом:

  • стержневые;
  • броневые;
  • бронестержневые;
  • тороидальные.

Форма поперечного сечения МС у них может быть прямоугольной или круговой. Характерная конструктивная особенность ИТ – относительно малое число витков в его обмотках. По этой причине объем проводниковых материалов обмоток ИТ намного меньше объема МС и в качестве обобщающего технико-экономического показателя конструкции ИТ естественно принимать объем его МС.

Классификация импульсных трансформаторов

Классификация импульсных трансформаторов по виду сердечника и катушек.

Если принять такой показатель качества, то так как не все конструкции в этом отношении равноценны, ведь в каждой из них эффективно используется только та часть объема МС, которая заключена внутри обмоток, внешние части МС, т.е. ярма, служат только для проведения рабочего магнитного потока ИТ, а поперечное сечение постоянно по длине, то эффективность использования МС можно охарактеризовать коэффициентом использования длины λ = h/l, где под высотой обмотки h понимается суммарная высота катушек.

Максимальные значения этого коэффициента составляют: для тороидальной МС – 0.95; для стержневой – 0.6; для броневой и бронестержневой – 0.3. Таким образом, наиболее экономичны ИТ тороидального типа, относительно экономичны – стержневого и менее всего экономичны – броневого и бронестержневого.

Что такое импульсный трансформатор и как его рассчитать

Если учесть, что конструктивно и технологически стержневые, броневые и бронестержневые ИТ примерно равноценны, то следует вывод о целесообразности применения тороидальных и стержневых МС в ИТ, особенно мощных, отличающихся большим объемом МС.

Коэффициент использования длины МС можно повысить, увеличив высоту стержня или диаметр МС. Однако такие вытянутые в высоту или увеличенного диаметра конструкции имеют большие габариты, менее прочны, нетехнологичны, для них характерен повышенный расход проводниковых материалов, потери мощности в обмотках, искажения трансформированных импульсов и другие недостатки.

Тем, кому будет интересно почитать, материал в тему: малоизвестные факты о двигателях постоянного тока.

Однако наиболее важно то, что высшие функциональные показатели достигаются в конструкциях ИТ с максимальной большой площадью сечения и минимальной длиной МС. В связи с этим коэффициент использования длины МС является показателем относительным и характеризует только степень конструктивного совершенства ИТ.

Схема импульсных трансформаторов

Схема подключения импульсных трансформаторов.

Облегчает классификацию следующее соображение. Характерным признаком класса напряжения является тип и конструкция главной изоляции ИТ, в сильной степени определяющая собой и конструкцию ИТ в целом.

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

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

  • ИТ класса напряжения до 20 кВ;
  • ИТ класса напряжения до 100 кВ;
  • ИТ класса напряжения свыше 100 кВ.

В интервале напряжений 20-100 кВ обычно применяют бумажно-масляную или бумажно-пленочно-масляную изоляцию. При напряжении более 100 кВ лучшие результаты дает применение чисто масляной изоляции.

Процессы трансформации импульсов

Одним из основных элементов импульсных источников питания является импульсный трансформатор. Особенность работы данного вида трансформатора заключается в том, что на вход подается периодическая последовательность импульсов одной полярности, содержащие постоянную составляющую тока.

Принцип действия импульсного преобразователя напряжения полностью идентичен работе любого другого трансформатора, то есть к обмотке первичной катушки индуктивности подается входное напряжение Uвх, которое в полном соответствии с законом электромагнитной индукции преобразовывается на обмотке вторичной катушки в напряжение выхода Uвых с измененными параметрами.

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

Электронный трансформатор

Простая схема электронного трансформатора.

Обычно это электромагнитные сигналы после выпрямления переменного сетевого тока по полумостовым, мостовым или другим схемам, используемым в электронных преобразователях напряжения.

 

 

Особенности конструкции

Сердечники импульсных преобразователей имеют тороидальную или Ш-образную форму. При выполнении намотки импульсного трансформатора своими руками мастера предпочитают кольцевую (тороидальную) конфигурацию магнитопровода, поскольку для него не нужно специально готовить каркас и приспособление под намотку. Для изготовления сердечников используются материалы с повышенной магнитной проницаемостью типа:

  • ферритов;
  • трансформаторной кремнистой стали;
  • пермаллоя.

Ферритовые кольцевые сердечники широко распространены, дешевы и доступны. Обозначение изделия выполняется по типу К Dxdxh, где К – сокращение от слова «кольцо», D, d и h – соответственно, размеры внешнего и внутреннего диаметров кольца, высоты кольца. Размеры обозначают в мм, например, К 28×16х9.
На ферритовом основании наматываются первичная и вторичная обмотки.

Интересный материал в тему: Что нужно знать о трансформаторах тока.

Ключевой особенностью конструкции является намотка первичной обмотки против часовой стрелки, вторичной – только по часовой. При изменении направления намоток мощность устройства значительно уменьшается. Обмотки наматываются с обеих сторон кольца, на внутренней стороне – с малым числом витков, на внешней – с большим количеством витков.

Для снижения индуктивности рассеивания считают необходимым наматывать двуслойно одну обмотку, а между ее слоями помещать другую обмотку. Иногда обмотки мотают двумя проводами одновременно, тогда провода витков одной обмотки располагаются между проводами витков другой.

Как проверить устройство

После сборки ИТ, его проверяют. Методик, как проверить собранный собственноручно или приобретенный импульсный трансформатор, предостаточно. Для проверки собирают схемы с использованием частотных генераторов, осциллографов, мультиметров и других приборов, которые не только подтверждают работоспособность ИТ.

Они выполняют его тестирование в различных частотных диапазонах. В импульсном трансформаторе не допускается разомкнутое состояние вторичной обмотки, такой режим относится к категории небезопасных режимов.

Проверка импульсного трансформатора

Как проверить импульсный трансформатор.

Также должны иметь минимальную индуктивность рассеивания, динамическую емкость и сопротивление; быть достаточно прочными механически.

Он должен обладать виброустойчивостью и выдерживать воздействие значительных электродинамических сил, возникающих как в нормальном режиме работы, так и, особенно, при коротких замыканиях цепи нагрузки.

Требования высокой электрической прочности и минимальной индуктивности рассеяния взаимно противоречивы. Так как для увеличения электрической прочности необходимо увеличивать толщину и изоляции, в то время как для уменьшения индуктивности рассеяния требуется уменьшать толщину.

Изоляция проводов и обмоток

Обмотки ИТ должны удовлетворять следующим основным требованиям: быть достаточно электрически прочными, изоляция обмоток должна выдерживать без повреждений длительное воздействие номинальных рабочих напряжений и кратковременное воздействие повышенных напряжений в возможных аварийных ситуациях.

Уменьшение емкости обмоток, в свою очередь, находится в противоречии с требованием минимальной индуктивности рассеяния. Однако в большинстве случаев уменьшение индуктивности рассеяния является более важной задачей, чем уменьшения емкости.

По этим причинам размеры изоляционных промежутков обычно доводят до возможного минимума, определяемого необходимой электрической прочностью обмоток. Уменьшить емкость стремятся применением изоляционных материалов с возможно меньшей диэлектрической проницаемостью, а также за счет конструктивных факторов.

Итак, главные требования к изоляционным материалам состоят в малой диэлектрической проницаемости и пригодности для режимов с высокой напряженностью электрического поля. При больших токах и длительности импульса применяют провода более экономичного прямоугольного сечения или тонкие и широкие медные шины из фольги, иногда из нескольких слоев, проложенных изоляцией.

Как правильно изолировать провода и обмотку

Лучшие материалы для устройства

Практика конструирования ИТ показала, что лучшими изоляционными материалами, наиболее полно удовлетворяющим перечисленным требованиям, являются трансформаторное масло, кабельная и трансформаторная бумага, пропитанная трансформаторным маслом, электрокартон, пленки из фторопласта, чередующиеся со слоями бумаги, органическое стекло.

В качестве несущих элементов конструкции – бумажно-бакелитовые трубки и цилиндры, сборные каркасы из органического стекла. Фторопластмассовые пленки следует применять лишь в таких ИТ, у которых температура обмоток может превышать 95ºС.

Недостаток пленок в том, что по ним в продольном направлении легко развивается поверхностный разряд. Органическое стекло широко применяется в ИТ вследствие высоких изоляционных свойств и возможности механической обработки.

При напряжениях 100 кВ целесообразна изоляция в виде чистого трансформаторного масла. В отличие от слоистой чисто масляная изоляция в высокой степени однородна по свойствам. Это позволяет в конструкциях с ослабленным краевым эффектом практически полностью использовать высокие электроизоляционные свойства трансформаторного масла.

Что такое импульсный трансформатор и как его рассчитать

Масляная изоляция имеет и другие важные достоинства. Трансформаторное масло обладает хорошей текучестью и может свободно конвектировать в пространстве между обмотками и МС. Следствием этого, а также высокой теплоемкости масла является хороший отвод теплоты от обмоток и МС.

Диэлектрическая проницаемость трансформаторного масла примерно в два раза меньше, чем у изоляционной бумаги и электрокартона. Это позволяет во столько же раз уменьшить емкость обмоток ИТ. Важным эксплутационным достоинством масляной изоляции является также ее восстанавливаемость после кратковременных аварийных состояний (единичный пробой или искрение).

Легко осуществима также и замена масла при регламентных работах. Таким образом, при большой мощности и напряжении масляная изоляция является наиболее целесообразным типом изоляции в ИТ. Однако ее применение возможно только в специально разработанных конструкциях, в которых, обеспечена свободная циркуляция масла и отсутствуют пути для распространения поверхностного разряда.

Интересный материал для ознакомления: что такое трехфазный двигатель и как он работает.

Конструкция обмотки

Обмотки ИТ отличаются относительно небольшим числом витков. Однако напряжения на обмотках обычно измеряются десятками и сотнями киловольт, вследствие чего напряжение, приходящиеся на один виток обмотки (витковое напряжение), может составлять единицы, а в мощных ИТ – даже десятки киловольт.

Поэтому при конструировании обмоток ИТ приходится уделять особое внимание межвитковой изоляции обмоток. Для обеспечения требуемой электрической прочности межвитковой изоляции в обмотках ИТ используют провода с усиленной изоляцией, в основном марок ПЭВ-2, ПБ, ПБУ. Провода круглого сечения ПЭВ-2 обычно применяют в ИТ малой и средней мощности, а также во вторичных обмотках мощных высоковольтных ИТ.

Провода прямоугольного сечения ПБ, ПБУ, способны выдерживать межобмоточное напряжение 10 кВ, применяют в первичных обмотках ИТ средней мощности и в обеих обмотках весьма мощных ИТ.
В целом, рассматривая обмотки мощных высоковольтных ИТ, необходимо отметить следующее. Принципиальная необходимость малоискаженной трансформации весьма коротких импульсов вынуждает конструировать ИТ с очень малой индуктивностью рассеяния и емкостью обмоток.

Следовательно, с минимальным размером обмоток, в частности с минимальными размерами изоляционных промежутков. Для лучшего понимания предмета рекомендуем посмотреть видеоролик о том, как разобрать импульсный трансформатор.

Как намотать тороидальный трансформатор

При помощи наждачной бумаги стачиваем острые грани. Чтобы предотвратить пробой между первичной обмоткой и сердечником, на кольцо следует намотать изоляционную прокладку. Иногда, при изготовлении самодельных импульсных трансформаторов, радиолюбители используют фторопластовую ленту – ФУМ, которая применяется в сантехнике.

Как намотать импульсный трансформатор

Работать этой лентой удобно, но фторопласты обладают холодной текучестью, а давление провода в области острых краёв кольца может быть значительным. Во всяком случае, если Вы собираетесь использовать ленту ФУМ, то проложите по краю кольца полоску электрокартона или обычной бумаги.

При намотке прокладки на кольца небольших размеров очень удобно использовать монтажный крючок. 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. 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. 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.

Самодельный челнок для намотки трансформатора

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

Намотка обмотки

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). 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 под рукой не оказалось провода достаточного сечения, то можно намотать обмотку несколькими проводами, соединёнными параллельно. На картинке вторичная обмотка, намотанная в четыре провода.

Заключение

Надеемся, теперь вам полностью понятен принцип работы трехфазных асинхронных двигателей. Для лучшего понимания вопроса предлагаем скачать книгу Вдовина С. С. “Проектирование-импульсных-трансформаторов”.

Вся самая новая информация по этой теме, а также по теме металлоискателей, размещена также в нашей группе в социальной сети «Вконтакте». Чтобы подписаться на групу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vk.com/electroinfonet. В нашей группе можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессиональных электронщиков.

В завершение объемной статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.expertelektrik.ru

www.stoom.ru

www.topref.ru

www.sdelaitak24.ru

Предыдущая

ТрансформаторыЧто нужно знать о трансформаторах тока

Следующая

ТрансформаторыКак устроен силовой трансформатор и где его применяют?

О трансформаторе импульсном замолвите слово / Хабр

Несмотря не то, что не так давно проскакивали довольно неплохо написанные статьи о расчете трансформатора импульсного источника питания, я предложу вашему вниманию свою методику, и не просто голую методику, а максимально прозрачное описание принципов, в ней использующихся.

Картинок не будет, будет около 18 несложных формул и много текста. Всех желающих приобщиться прошу на борт.


Я хочу поведать вам о том, как расчитать такого хитрого зверя, как импульсный трансформатор обратноходового источника питания. Обратноходовик, или FlyBack — это, наверное, самая популярная топология импульсного преобразователя. По моему мнению, в ИИП есть два очень важных и тонких момента — это трансформатор и петля обратной связи. В данной статье я хочу показать один из возможных наборов несложных математических уравнений, решая которые мы можем получить данные вполне реального трансформатора для флайбэка.

В интернете, в различных авторских статьях, или в AppNotes различных производетелей, можно найти различные методики расчета, которые зачастую максимально «сжаты», так, что из формул совершенно не понятно, как они получается. Я хочу сделать упор не на точность, а на максимальную наглядность и прозрачность производимых расчетов, так чтобы вы поняли, «почему так».

Далее постараюсь писать кратко и емко, так, чтобы вы смогли сесть и посчитать сразу после прочтения статьи. Эпюры напряжений и токов в обратноходовом источнике рисовать не буду, считаю, что вы достаточно подготовлены для того, что бы такие термины, как «индуктивность рассеяния», «отраженное напряжение», «пиковое значение тока через силовой ключ», «размагничивание магнитопровода» вам понятны.

Итак, считать будем трансформатор обратноходового источника питания, без корректора коэфициента мощности, как наиболее распространенный, да и «расчётка» моя пока только под него заточена.

Отдельно сделаю примечание, что подразумевается т.н. квазирезонансный режим работы преобразователя, когда накачка энергии в трансформатор начинается сразу после полного размагничивания магнитопровода. Т.е. т.н. «коэффициент безразрывности тока» =1, т.е. как только вся энергия вытекла через вторичную обмотку(и рассеялась в снабберной цепи), сразу включаем ключ и накачиваем снова. Такой режим в последнее время очень популярен в обратноходовых источниках питания, т.к. позволяет чуток поднять КПД.

Заранее оговорюсь — нижеприведенная методика весьма груба, но она «железобетонно» работает, многократно проверена на реальных трансформаторах в реальных источниках питания.

Для начала скачайте расчетку, откройте, пробегитесь глазами. В нее уже «вбиты» значения для расчета трансформатора источника питания, с выходной мощностью 100Вт.

Расчетка: к сожалению, по какой-то неведомой мне причине, публичная ссылка не отображается.

Возможно публикация публичных ссылок противоречит правилам. Надеюсь на то, что модераторы услышат этот крик души и снизошлют на меня персональную настройку фильтра, а пока можете переписать в Эксель, или маткад, все нижеприводимые формулы и получить годный результат.

Итак, поехали. Для того, чтобы начать расчет нам потребуется задаться несколькими исходными параметрами (все они выделены зеленым цветом в расчетке), а именно:

1. Выходная мощность источника питания для которого делаем трансформатор (POUTmax).

2. Выходное напряжение источника (Uout)(1).

3. Выходное напряжение служебной обмотки (Ubias)(2).

4. Минимальное напряжение питающей сети (UACmin)(3).

5. Максимальное напряжение в сети (UACmax)(3).

6. Уровень пульсаций на фильтрующем конденсаторе сетевого выпрямителя (Urpl)(4).

7. Ожидаемый КПД трансформатора (берите 0,85 и не прогадаете) (ŋ).

8. Частота работы преобразователя (5).

9. Пиковое значение тока протекающего через ключ коммутирующий первичную обмотку (ILPRpeak) (6).

(1) Если выходные напряжения достаточно низкие- учитывайте прямое падение напряжения на диоде.

(2) В подавляющем большинстве конструкций источников питания, требуется третья обмотка, от которой будет питаться управляющая микросхема.

(3) Всегда берите с запасом, т.е. если указан диапазон 180-264, берите от 160 до 280.

(4) Этот параметр зачастую можно только угадать, берите 10% от постоянной составляющей на нем и не ошибетесь, по факту полученного рабочего прототипа «подрихтуете» расчет.

(5) Частота к преобразователях с ожиданием размагничивания сердечника- плавающая, берем «с потолка» такую, которую хотим получить при полной нагрузке.

(6) Я надеюсь вы в курсе, что форма тока треугольная, что коммутирует ключ, что такое ключ и т.п.

Итак, первая формула:

Начнем с определения индуктивности первичной обмотки, Lpr.

Lpr=(1000×2×POUTmax)/(ŋ×F×ILPRpeak^2 )     	(1)

Для упрощения я выкину КПД, и множитель 1000, который нужен только для приведения результата к микроГенри от Генри, получится нижеследующее уравнение:

Lpr=(2×POUTmax)/(F×ILPRpeak^2 )     		(1.1)

На первый взгляд совершенно непонятно как так получается. Давайте попробуем ее преобразовать. Перенеся множители справа-налево, получим.

(Lpr×ILPRpeak^2)/2=POUTmax/F       (1.2)

Преобразуем правую часть, получим:

(Lpr×ILPRpeak^2)/2=POUTmax×T	(1.3)

Итак, в левой части у нас энергия содержащаяся в индуктивности (учебник физики, если не понятно). В правой части имеем мощность которая расходуется за период работы преобразователя. Т.е. энергия запасенная в индуктивности первичной обмотки (на этапе накачки, от начала периода до размыкания ключа) равна мощности передаваемой в нагрузку за весь период T (от начала накачки, до полного исчерпания энергии в трансформаторе и начала нового импульса).

В установившемся режиме то, что закачали в трансформатор из сети, должно равняться тому, что слили в нагрузку. Т.е. все рассуждения предполагают, что наш источник уже работает, а не стартует.

Оставим-же пока эту формулу (1), мы потом воспользуемся ею в расчётке, я лишь хотел продемонстрировать как она так получается.

Теперь о параметрах. Присмотримся к формуле. Зафиксировав (выбрав на свое усмотрение) три из четырех неизвестных, мы можем получить значение четвертой.

Мощность (POUTmax), мы уже задали.

Частота, ее можно просто выбрать по своему желанию. Не мудрствуя лукаво тыкнем скажем 50кГц и не проиграем. Лезть за 150кГц не стоит, так как потери на переключение станут неоправданно высокими, да еще скинэффект, не нужно это нам во флайбэке.

Пиковое значение тока через первичную обмотку, и одновременно ключ- ILPRPeak, это параметр на нервах которого мы будем играть. Выбирая его значение ILPRPeak, мы изменяем Lpr, а вместе с ней еще много чего другого. В моей расчетке будем менять ILPRpeak и наблюдать за другими ячейками таблицы, в которых будут находится результаты других формул. Опять-же, ближе к реальности, для 100Вт источника можно задаться для начала ILPRpeak= 3…4A.

Просто попробуйте подставить в ячейку различные числа, и вы увидите, как изменятся другие производные параметры. В частности, выбирая пиковый ток «первички», мы смотрим на «отраженное» напряжение, и исходим из соображений наличествующих у нас ключей. Так же этот параметр влияет на пиковое значение тока «вторички», что тоже важно, ибо во флайбэках токи имеют форму прямоугольного треугольника, и пиковые значения в разы превышают действующие, т.е. если ток нагрузки 5А, то пиковое может быть и 50, ориентируйтесь на наличествующие диоды и потери в меди обмотки.

Вторая формула:

UDCmin=UACmin×1.41-Urpl     	(2)

Тут упрощать нечего, думаю понятно, что мы получаем самое худшее значение постоянного напряжения, с учетом просадки на буферном конденсаторе, что стоит за сетевым выпрямителем, или за ККМ.

Ton=(Lpr×ILPRpeak)/UDCmin    	(3)

В формуле (3) мы вычисляем, сколько времени должен быть открыт ключ, чтоб ток в индуктивности, при приложении к ней нашего самого худшего UDCmin вырос от нуля до желаемого ILPRpeak.

T=1/F×1000  		(4) 

Частотой мы задались ранее, период посчитали в (4). На 1000 умножаем потому, что желаемую частоту мы записали в кГц а не в 1000-х Герц.

Toff=T-Ton    	(5)

Оставшаяся часть периода, которая будет посвящена передаче энергии в нагрузку, вычисляется по формуле (5).

Q=Toff/Ton    (6)

Максимальный коэффициент заполнения для худшего напряжения в сети и максимальной просадки на фильтрующем конденсаторе вычисляем в (6).

Urv=UDCmin×Ton/Toff    	(7)

«Отраженное» напряжение. Наш трансформатор, хоть и обратноходовый, но таки трансформатор, а значит коэффициент трансформации к нему так-же применим. Если на нашей вторичной обмотке во время протекания тока через выпрямительный диод, апряжение (например) 12.7В, то через соотношение количества витков это напряжение трансформируется в первичную обмотку (ведь магнитный поток «омывает» одновременно все обмотки).

Формула (7), немного хитрая, попробуем ее «раскрутить». Получим:

UDCmin×Ton=Urv×Toff 		(7.1)

(7.1) Демонстрирует один очень важный момент, называемый в народе «равенство вольт*секундных интервалов». Возможно справедливость утверждения (7.1) не очевидна, или не сразу понятна, пока используем полученное с помощью (7) численное значение как есть, в его правомерности не сомневайтесь.

UVTmax=UACmax×1.41+Urv 	(8)

Надеюсь вы хорошо понимаете, что на обратном ходу, первичная обмотка, для постоянного напряжения, что на фильтрующем конденсаторе- просто кусок проволоки, т.е. если наш фильтрующий конденсатор все еще заряжен до 310В, то при разомкнутом силовом ключе, протекании тока через вторичную обмотку, постоянка попросту «проходит» через первичку и прикладывается к ключу, но вместе с ней, к ключу добавляется еще отраженное напряжение. И самое печальное, что оно суммируется с постоянкой. И это без учета выброса от индуктивности рассеяния, имейте это ввиду, в расчетке данное обстоятельство специально выделено красным шрифтом.

Тогда (8) показывает, какое напряжение будет приложено к силовому ключу на обратном ходу. Можно сразу прибавить к максимальному напряжению, на которое расчитан ключ, еще сверху вольт этак 200 и не ошибетесь. Макетирование покажет реальную амплитуду выброса напряжения порожденного индуктивностью рассеяния.

Теперь можем посчитать коэффициент трансформации трансформатора, например таким образом:

Kfb=Uout/Urv 	(9)

Я называю этот коэффициент трансформации «обратным», т.к. считается он задом наперед. Теперь классический коэффициент трансформации, который можно получить:

K=1/Kfb 	(10)

Далее посчитаем максимальное напряжение, которое будет приложено к выпрямительному диоду на прямом ходу преобразователя. Думаю вы хорошо понимаете, что оно будет складываться из напряжения на фильтрующем конденсаторе нагрузки, которое в рабочем режиме, можно считать постоянным, и трансформированного, через коэффициент трансформации, напряжения приложенного к первичной обмотке.

UVDmax=Uout+(VACmax×1.41)/K  	(11)

И не забываем, что выбросы от паразитных индуктивностей обмоток трансформатора, действуют и на диод в т.ч. Если речь идет о источниках с высокими выходными напряжениями, берите запас по напряжению минимум 200В. Для низковольтных, как минимум 1.5, и внимательно смотрите осциллографом на выпрямитель.

Далее.

Lsec=Lpr/K^2   (12)

Из (12) получаем индуктивность вторичной обмотки трансформатора. Правило которое используется в формуле гласит, что «индуктивности обмоток трансформатора соотносятся как квадраты их витков», т.к. выражение можно представить как:

Lsec/Lpr=N2^2/N1^2   (12.1)  ( N2^2/N1^2 =K^2)

Далее посчитаем пиковый ток вторичной обмотки. Готовьтесь получить тут достаточно большие цифры, потому, что это «обратноход», и ток у него во «вторичке» — треугольный, и пиковое значение может быть ощутимо больше тока нагрузки.

ILSECpeak=√(1000×2×POUTmax)/(F×ŋ×Lsec) 	(13)

Данная формула преобразуется точно также как и первая формула для ILPRpeak.

ILSECrms=ILSECpeak√(1-Q)/3 	(14)

В (14) вычисляется действующее значение тока через вторичную обмотку трансформатора. Обяснить почему корень из (1-Q)/3 я не могу, вероятно это можно объяснить построив эпюры и прибегнув к геометрии. Тут же прикинем и действующее значение тока первичной обмотки.

ILPRrms=ILPRmax√Q/3 	(15)

Итак, индуктивности, токи, частоты посчитали. А как выбрать магнитопровод, спросите вы, как расчитать немагнитный зазор? Для начала мы его «прикинем», основываясь на своем жизненном опыте, а «загнав» его параметры в расчетку, поглядев посчитанную индукцию, можно выбрать другой магнитопровод. Вот захотелось мне источник мощностью 100Вт, с выходным напряжением 12В. Беру я «с потолка» магнитопровод типоразмера PQ2620.

Из его Datasheet выписываю Ae, предполагаемый зазор, и Коэффициент индуктивности для данного зазора (в даташитах Epcos, часто приводится таблица со стандартными зазорами для данного магнитопровода, и значениях Al и эквивалентной проницаемости). Если-же данных о коэфициенте Al для желаемого вами зазора, нет, придется его(зазор) изготовить, намотать пробные 100 витков, и посчитать по простой формуле Al=√(L/N^2), где L- измеренное значение индуктивности на сердечнике с пропиленным вами зазором, N — количество витков, что вы набросали(рекомендую мотать пробных 100 витков).

Объяснять что Такое Ae, G, и Al не буду, предполагая, что вы и сами знаете, зачем нужен зазор в магнитопроводе, и что такое Al. Также в расчетку можно вписать эквивалентную проницаемость сердечника с зазором, но она там не используется, чисто для красоты). В формуле (16) считаем необходимое количество витков.

Npr=√Lpr/Al 	(16)

Один из самых важных параметров для трансформатора- пиковое значение потока магнитной индукции.

B=(Lpr×ILPRpeak)/(Npr×Ae) 	(17)

Превышать значение 0,3 я категорически не рекомендую, а 0,4 это уже катастрофа. Так совпало, что данный магнитопровод вроде как вполне подходит под наши нужды. Индукция меньше 0,3Тл, так и хочется его заложить под наши нужды. К сожалению, расчетка не содержит формул для расчета заполненности окна магнитопровода медью, поэтому дать по ней окончательный вердикт — нельзя.

Если же индукция больше 0,3Тл, можем или выбрать более крупный магнитопровод, или увеличить зазор. Увеличив зазор мы получим уже другое значение Al и соотв. значение потока индукции.

Вообще, жизненный опыт показывает, что лучше не лезть в зазоры более 1.5мм., ибо им свойственны свои паразитные явления, такие как выпучивание линий магнитного поля, разогрев витков находящихся вблизи зазора, до температур, при которых им может настать «хана», короче от 0.2мм до 1.5мм. Меньше 0.2- температурное расширение материала может существенно изменить параметры трансформатора. Больше 1.5мм — написал выше.

Выбирая магнитопровод, а именно сравнивая различные модели, только по поперечному сечению керна (Ae), можно упустить из виду то, что длина магнитной линии тоже влияет на Al при том-же сечении, и зазоре.

Например магнитопровод PQ2620 имеет площадь сечения керна 122мм.кв, а ETD34 только 97мм.кв., но длины магнитных линий этих магнитопроводов различны, и через ETD34 можно так-же успешно прокачать 100Вт, как и через PQ2620. Я к тому, что берите и подставляйте в расчетку все феррриты, что находятся вблизи тех размеров, что, как вам кажется, могут прокачать желаемую мощность.

После расчета магнитной индукции в расчетке идет расчет количества витков вторичной обмотки и вспомогательной обмотки, на них специально останавливаться не буду, методология та-же, что и ранее.

Я надеюсь написанное выше будет вам полезно. Разработка ИИП это огромный пласт прикладной науки, и сия «расчетка» лишь маленький листик одного из талмудов, в котором собран весь опыт человечества, но она крайне полезна в прикладном плане, для разработки простеньких «флайбэков».

Моя «расчетка» (а на самом деле не моя, а унаследованная от идейного вдохновителя) довольно примитивный инструмент, поэтому я могу порекомендовать использовать сборник программ Владимира Денисенко, что легко находятся через поисковик. Тех, кто «рубит» в «силовой» теме, и имеет что сказать- вэлкам в коменты. Любая критика приветствуется!

Что непонятно — спрашивайте, я дополню статью более детальными объяснениями.

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.

 

Повышающие импульсные преобразователи напряжения DC-DC

Казалось бы, всё просто как бублик: слепили из простых и доступных ингредиентов генератор, присовокупили к нему повышающий
трансформатор, мостик, всякие там дела… Вот, собственно, и всё — дело сделано, сказка сказана, можно закрывать тему.

— Но мы же не можем прямо тут… У нас же есть какие-то морально-этические принципы…

— Так сегодня ж понедельник!

— Понедельник, конечно, но не до такой же степени. Поэтому говорить будем много,
нудно и обстоя- тельно.

А обсудим мы на этой странице повышающие преобразователи напряжения, не омрачённые такими редко любимыми в радиолюбительских кругах
моточными изделиями, как силовые (или импульсные) трансформаторы.

Начнём с устройств, выполненных на цепях диодно-конденсаторных умножителей напряжения.



Рис.1

Простой преобразователь напряжения на одной К561ЛН2-микросхеме с минимальным числом навесных элементов можно собрать по схеме,
приведённой на Рис.1.
Преобразователь содержит задающий генератор, реализованный на первых двух инверторах КМОП микросхемы DD1, и буферного выходного
каскада, предназначенного для увеличения выходного тока преобразователя и выполненного на включённых параллельно оставшихся элементов ИМС.

Диоды VD1, VD2, а так же конденсаторы С2, С3 образуют цепь удвоения напряжения.


При указанных на схеме номиналах элементов — генератор импульсов, работает на частоте 10 кГц. При напряжении питания 10В —
выходное напряжение составляет 17В при токе нагрузки 5мА, 16В при токе 10мА, 14,5В при токе 15мА.

Значение КПД и величину выходного напряжения преобразователя можно увеличить за счёт использования в выпрямителе-умножителе напряжения
германиевых диодов, либо диодов Шоттки.


А для получения отрицательного выходного напряжения — элементы удвоителя напряжения следует включить в соответствии
с правой частью рисунка Рис.1.

Для увеличения мощности повышающих преобразователей между генератором и умножителем вводятся дополнительные
биполярные или полевые транзисторы с максимальным допустимым током, превышающим ток нагрузки.



Рис.2

Устройство, представленное на Рис.2, образуют задающий генератор, собранный на логических элементах DD1.1 и DD1.2,
буферные ступени DD1.3, DD1.4, усилители тока VT1, VT2 и выпрямитель-удвоитель напряжения на диодах VD1, VD2 и конденсаторах
С2, СЗ.


При питании преобразователя от источника постоянного тока напряжением 12 В его выходное напряжение при токе нагрузки 30 мА будет
около 22 В (напряжение пульсаций — 18 мВ).

При токе нагрузки 100 мА выходное напряжение уменьшается до 21 В, а при 250 мА — до 19,5 В.

Без нагрузки преобразователь потребляет от источника питания ток не более 2 мА.


Транзисторы VT1 и VT2 преобразователя могут быть любыми из указанных на схеме серий, а также ГТ402В или ГТ402Г, ГТ404В или ГТ404Г.
С германиевыми транзисторами выходное напряжение преобразователя будет больше примерно на 1 В.

Для получения больших выходных напряжений применяются схемы преобразователей напряжения с многокаскадными умножителями.



Рис.3

На Рис.3 приведена схема экономичного преобразователя напряжения для питания варикапов, опубликованная в журнале Радио №10, 1984,
И. Нечаевым.


«Преобразователь не содержит намоточных деталей, экономичен и прост в налаживании. Устройство состоит из генератора прямоугольных
импульсов на микросхеме DD1, умножителя напряжения на диодах VD1-VD6 и конденсаторах СЗ-С8, параметрического стабилизатора
напряжения на транзисторах VT1-VT3.

В качестве стабилитронов используются эмиттерные переходы транзисторов. Режим стабилизации наступает при токе 5…10мкА.

Помимо указанных на схеме, в преобразователе можно использовать микросхемы К176ЛЕ5 и К176ЛА9, транзисторы КТ315, КТ316 с любым
буквенным индексом, диоды Д9А, Д9В, Д9Ж. Конденсаторы С1-С7 — КЛС или KM, C8 — К50-6 или К50-3, резисторы МЛТ или ВС.

Налаживание преобразователя сводится к подбору транзисторов VT1 — VT3 с требуемым напряжением стабилизации.

При изменении напряжения питания приёмника от 6,5 до 9В потребляемый преобразователем ток увеличивается с 0,8 до 2,2мА, а выходное
напряжение — не более чем на 8…10мВ.

При необходимости выходное напряжение преобразователя можно повысить, увеличив число звеньев умножителя напряжения и число
транзисторов в стабилизаторе».

В последнее время для преобразования напряжения всё чаще применяют импульсные преобразователи с использованием индуктивных
накопителей энергии
. Такие преобразователи отличаются высоким КПД и обладают возможностью получения повышенного, пониженного
или инвертированного выходного напряжения.

Как это работает?



Рис.4

На рисунке Рис.4 (слева) изображён импульсный повышающий преобразователь напряжения, способный повышать выходное
напряжение от напряжения источника питания до величины в десятки раз превышающей его.

При замыкании ключа, выполненного на транзисторе Т, через цепь: источник питания — индуктивность — замкнутый ключ начинает протекать
ток. При этом, в связи с явлением самоиндукции, ток через индуктивность не может измениться моментально, так как в это
время идёт постепенный запас энергии (ЭДС) в магнитном поле катушки.

При размыкании ключа — ток начинает течь по другому контуру: источник питания-индуктивность-диод-нагрузка. Поскольку источник
питания и катушка в этой цепи соединены последовательно, то их ЭДС складываются. Таким образом происходит повышение напряжения.

Величина выходного напряжения подобных преобразователей малопредсказуема и зависит от нескольких факторов: сопротивления нагрузки,
добротности катушки, и энергии, которая успела запастись в ней за время замыкания ключа. Именно поэтому напряжение в цепи
без нагрузки может достигать значительных величин, порой приводящих к пробою ключевого транзистора.

Так как же регулировать напряжение на выходе таких преобразователей?

Очень просто — запасать в дросселе ровно столько энергии, сколько необходимо для того, чтобы создать необходимое напряжение на нагрузке.
Производится это посредством регулировки длительности импульсов открывающих транзистор (временем в течении которого открыт транзистор).

Уровень выходного напряжения преобразователя описывается формулой Uвых = K×Uвх/(1-D), где
D — это величина, обратная скважности, и равная отношению периода времени, когда ключ открыт, к общему периоду
импульсного сигнала, управляющего ключевым транзистором, а
К — коэффициент, прямо пропорциональный сопротивлению нагрузки и обратно пропорциональный сопротивлению открытого ключа,
а также сопротивлению потерь катушки индуктивности.

У данного типа преобразователей полярность выходного напряжения, совпадает с полярностью входного.

На рисунке Рис.4 (справа) приведена упрощённая схема инвертирующего преобразователя напряжения, имеющего полезное
свойство — работать как в режиме понижения напряжения, так и в режиме повышения.

Полярность его выходного напряжения противоположна полярности входного.

Так же как и в предыдущем случае, во время замыкания ключа Т происходит процесс накопления энергии катушкой индуктивности.
Диод Д препятствует попаданию напряжению от источника питания в нагрузку.

Когда ключ закрывается, энергия индуктивности начинает перетекать в нагрузку.
При этом ЭДС самоиндукции, направлена таким образом, что на концах катушки формируется полярность, противоположная первичному источнику
питания. Т. е. на верхнем конце обмотки катушки формируется отрицательный потенциал, на противоположном конце — положительный.

Уровень выходного напряжения равен: Uвых = K×Uвх×D/(1-D).

С теорией завязываем, резко переходим к схемам электрическим принципиальным повышающих преобразователей напряжения
с индуктивными накопителями на борту.



Рис.5

На Рис.5 приведена очень простая и красивая схема преобразователя напряжения 1,5 в 15 вольт, содержащая всего 2
транзистора, выполняющих как функцию генератора сигнала, управляющего ключевым транзистором, так и самого ключевого транзистора.

Вот что пишет автор конструкции, приведённой в зарубежном издании.

«В качестве источника используется элемент питания напряжением 1,5 В, а на выходе схемы получается напряжение 15 В.
Схема ещё хороша тем, что очень проста для повторения и не имеет дефицитных деталей.


Рассмотрим принцип работы. Итак, при замыкании тумблера SA1 на резисторе R1 возникает падение напряжения. Как следствие, через базу
транзистора VT1 потечёт ток и оба транзистора (VT1, VT2) будут находится в открытом состоянии. В начальный момент времени, на коллекторе
VT2 будет практически нулевое напряжение и через него и катушку L1 потечет нарастающий ток. Этот ток будет непрерывно увеличиваться
пока транзистор VT2 не перейдет в режим насыщения. Следствием это будет увеличение напряжения на коллекторе транзистора VT2,
что неизменно приведет к возрастанию напряжения на резисторе R2. В результате, транзистор VT1 закроется, после чего закроется и второй
транзистор VT2.

После того, как ток прекратит движение через катушку L1, на коллекторе транзистора VT2 образуется большое положительного напряжения,
которое двигаясь через диод Шоттки VD1, будет заряжать конденсатор C1. Стабилитрон VD2 в схеме преобразователя напряжения играет роль
ограничителя зарядного напряжения на конденсаторе C1 и поддерживает его на уровне 15 В.

После того, как магнитное поле катушки L1 исчезает, напряжение на транзистора VT2 падает до уровня источника питания, т. е. до 1,5 Вольт.
После чего оба транзистора переходят в открытое состояние, а через катушку L1 снова потечет нарастающий ток.


Частота работы устройства около 10 кГц. При исправных деталях и правильном монтаже, простой преобразователь напряжения начинает
работать сразу. Допускается замена деталей очень близких по характеристикам».

Много разнообразных преобразователей напряжения реализуется на базе интегрального таймера NE555.



Рис.6

Схема одного из вариантов такого преобразователя приведена на Рис.6. Для получения высоковольтных импульсов он использует
накопительный дроссель.


«На таймере DA1 собран генератор импульсов с частотой повторения около 40 кГц (она определяется сопротивлением резисторов R1, R2
и емкостью конденсатора С1). Эти импульсы поступают на транзистор VT1, работающий в режиме переключения. Когда он открыт, в катушке
индуктивности L1 накапливается энергия за счет протекающего через VTI тока. Когда транзистор закрывается, на катушке L1 возникает
импульс напряжения, амплитуда которого в несколько раз превышает напряжение питания (в авторской конструкции она была около 80 В).
Эти импульсы напряжения выпрямляются диодом VD1, а выпрямленное напряжение фильтруется, а затем стабилизируется стабилитроном VD2.

Транзистор VT1 желательно подобрать из числа предназначенных для использования в переключающих схемах. Он, в частности, должен иметь
высокое допустимое напряжение коллектор-эмиттер (не ниже 100 В). Высокое обратное допустимое напряжение должен иметь и диод VD1.

Стабилитрон VD2 — малой мощности на требуемое выходное напряжение (в авторской конструкции — на 30 В). Таймер DA1 имеет аналог
отечественного производства — КР1006ВИ1. Подробной информации о катушке индуктивности в первоисточнике нет. Отмечается лишь, что
она выполнена на незамкнутом броневом магнитопроводе из материала с высокой начальной магнитной проницаемостью медным проводом
диаметром 0,1 мм.

При налаживании конструкции может возникнуть необходимость подобрать резистор R3 по наибольшему выпрямленному напряжению».



Рис.7

«Ещё одна схема очень простого преобразователя постоянного напряжения с минимумом элементов, обеспечивающего несколько миллиампер
тока напряжением 400…425В при потребляемом токе 80…90 мА от источника 9 В, приведена на Рис.7.

На таймере NE555 выполнен мультивибратор на частоту 14 кГц. КПД устройства сильно зависит от добротности катушки индуктивностью 1 мГн.


Дроссель имеет индуктивность 1000мкГн. Толщина провода не столь важна, поскольку выходной ток схемы ничтожный. Такое устройство может
быть пригодно для тех приборов, где нужно получить повышенное напряжение, но размеры ограничены».

Достаточно часто приходится видеть устройства преобразователей на NE555 со встроенной схемой стабилизации выходного напряжения.
Однако, кто интересуется, тот знает, что импульсные преобразователи со стабилизацией гораздо лучше работают на недорогих микросхемах серии
UC384x, которые представляют из себя широтно-импульсные контроллеры и специально спроектированы для работы в преобразователях
постоянного напряжения. Схема такого устройства приведена на Рис.8.



Рис.8

L1 намотана на кольце из порошкового железа d=24мм и содержит 24 витка провода диаметром 1мм. Выходная частота работы микросхемы
при указанных номиналах элементов работы — 75-80 кГц.

Устройство было изготовлено и довольно подробно протестировано в сравнении с аналогичным преобразователем на микросхеме NE555
уважаемым Александром Сорокиным на странице форума https://www.drive2.ru/c/470856784697885156/.

Вот что пишет автор:

«Стабилизация выходного напряжения на микросхеме UC3845 работает прекрасно во всем диапазоне нагрузок.
Напряжение холостого хода в пределах нормы (19.2 вольта для ноутбука),
при 10Вт на выходе напряжение 18,94в, при 85Вт 18,8в т.е. просадка всего 0,1в и это прекрасно».

Ну и конечно не следует обходить вниманием специализированные микросхемы, представляющие собой практически готовые повышающие
DC-DC преобразователи. Примером такой ИМС является TL499A (Рис.9).



Рис.9

С помощью этого импульсного источника питания можно получить напряжение от 1,5 до 15V при выходном токе до 50мА, для питания портативной
аппаратуры от источника напряжением ЗV (два элемента «АА» или один литиевый элемент).

В основе схемы DC/DC конвертор на микросхеме TL499A. У микросхемы есть два входа, в данном случае используется только один — вывод 3,
для подачи входного напряжения с целью его повышения.

Кстати, это напряжение не обязательно должно быть ЗV, может быть и 5V, а может быть и 1,5V (при работе от одного гальванического
элемента), потому что минимальное входное
напряжение микросхемы 1,1V, а максимальное 10V. При этом выходное напряжение поддерживается стабильным.

Установка и стабилизация выходного напряжения происходит при помощи компаратора (вывод 2), наблюдающего за выходным напряжением,
которое поступает на него через делитель на резисторах R2 и R3. Подстроечным резистором R2 выставляется уровень выходного напряжения
в диапазоне от 1,5 до 15V.



 

Как сделать повышающий трансформатор

Что такое трансформатор?

Трансформатор — это статическое устройство, которое используется в электрических или электронных цепях для изменения напряжения в источнике переменного тока (AC). Он преобразует электрическую энергию из одной цепи в другую с помощью взаимной индукции между первичной и вторичной обмотками. Обычно частота входного сигнала не изменяется, но напряжение может быть увеличено или уменьшено в зависимости от необходимости..

Типы трансформаторов

Как было сказано выше, существует два основных типа трансформаторов:

  • Повышающий трансформатор: Повышающий трансформатор увеличивает выходное напряжение по отношению к входному. В трансформаторе этого типа количество витков на вторичной обмотке больше, чем количество витков на первичной обмотке.
  • Понижающий трансформатор: Понижающий трансформатор снижает выходное напряжение по отношению к входному.Этот тип трансформатора противоположен вышеуказанному, количество витков на вторичной обмотке меньше, чем количество витков на первичной обмотке.

request for quote

Детали трансформатора

Прежде чем приступить к созданию повышающего трансформатора, давайте разберемся с основными частями трансформатора:

  • Первичная обмотка — изготовлена ​​из магнитной проволоки
  • Магнитный сердечник — выбирается в зависимости от мощности и частоты входного сигнала
  • Вторичная обмотка — изготовлена ​​из магнитной проволоки

Вещи, необходимые для создания очень простого повышающего трансформатора

Перед началом строительства вам потребуются следующие компоненты:

  • Лента электроизоляционная
  • Медный провод с покрытием (т.е.е. магнитный провод)
  • Материал сердечника (например, стальной болт может использоваться в качестве сердечника)
  • Резистивный элемент (например, лампочка)
  • Источник питания переменного тока

Создание электрического повышающего трансформатора

Следующие шаги подробно объясняют процесс создания повышающего трансформатора:

  • В качестве магнитопровода трансформатора используйте большой стальной болт.Сначала проверьте болт на намагничивание, прижав его к кухонному магниту. Если магнит заедает, стальной болт можно использовать в качестве сердечника.

  • Оберните болт изолентой, чтобы изолировать обмотки от «сердечника». Разрежьте медную проволоку с покрытием на два отрезка одинаковой длины и зачистите их с концов. Использование того же провода поможет вам убедиться, что количество обмоток катушки сопоставимо.

  • Оберните два медных провода несколько раз (не менее 12 витков) вокруг концов «сердечника» (стального болта).Эти проволочные катушки будут действовать как первичная и вторичная обмотки трансформатора. Убедитесь, что оголенные концы проводов оставлены свободными. Также сохраняйте зазор между первичной и вторичной обмотками. Закрепите изолентой.

  • Теперь подключите оголенные концы вторичной катушки к контактным выводам резистивного элемента (лампы). Следите за тем, чтобы они не касались друг друга контактами лампы, потому что короткое замыкание не позволит лампочке загореться.При необходимости можно использовать изоляционную ленту, чтобы удерживать провода на месте.

  • Наконец, подключите оголенные концы первичной катушки к источнику переменного тока. Выбор источника питания переменного тока с переключателем питания, регулируемым напряжением и предохранителем на входе поможет обеспечить безопасность и изоляцию от «настенного» питания. Начните с самого низкого уровня мощности переменного тока и постепенно увеличивайте его, чтобы увидеть изменение яркости лампы. Лампочка должна загореться при включении питания.Если нет, проверьте соединения и попробуйте еще раз.

  • Если вы почувствуете запах гари, немедленно отключите концы первичной обмотки от источника питания. Однако это маловероятная ситуация, поскольку трансформатор должен обеспечивать сопротивление, достаточное для предотвращения прохождения слишком высокого тока.

  • Если вы чувствуете запах гари, проверьте, не вызвано ли короткое замыкание контактом между оголенными проводами.Закройте оголенные провода изолентой и попробуйте еще раз.

  • Обратите внимание, что яркость лампы будет увеличиваться при увеличении конфигурации. Более того, сердечник трансформатора начнет работать как электромагнит. Это можно проверить, приложив к нему металлические предметы.

Совет: Для изготовления промышленного повышающего трансформатора необходимо, чтобы вторичная обмотка имела больше витков, чем первичная.Более того, если вы хотите, чтобы у трансформатора было вдвое больше напряжения и вдвое меньше тока на вторичной обмотке, вставьте в два раза больше витков во вторичную обмотку.

Сопутствующие товары

После того, как повышающая конфигурация успешно завершена, попробуйте изменить соотношение оборотов катушки. Это позволит вам сравнить работу трансформатора в понижающем и повышающем режимах. Вы также можете протестировать обе конфигурации на разных резисторных нагрузках.

.

В магазине повышающий трансформатор высокого напряжения — суперскидки на повышающий трансформатор высокого напряжения на AliExpress

Отличные новости! Вы попали в нужное место, если хотите приобрести повышающий трансформатор высокого напряжения. К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене.Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, поскольку этот высоковольтный повышающий трансформатор станет одним из самых востребованных бестселлеров в кратчайшие сроки. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что приобрели высоковольтный повышающий трансформатор на AliExpress. Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в высоковольтном повышающем трансформаторе и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов. Мы поможем вам решить, стоит ли доплачивать за высококлассную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь. А если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. , а также ожидаемую экономию.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе. Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца. Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз.Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет. Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress.Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы согласитесь, что вы получите повышающий трансформатор высокого напряжения по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы. На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните самый лучший шоппинг прямо здесь.

.

50KV DC3.6V 6V Импульсный модуль Генератор высокого напряжения повышающий трансформатор Импульсный DC зажигание мешка высокого давления W315 | ступенчатый трансформатор | повышающие трансформаторы повышающий трансформатор постоянного тока

Особенности:
Высоковольтный модуль должен использоваться, чтобы избежать высоковольтной мощности без нагрузки, мощность должна быть отрегулирована до высоковольтной линии соответствующего расстояния, расстояние дуги высоковольтной линии, а также напряжение и емкость батареи пропорционально.
Расстояние испытательной дуги от короткого до длинного экспериментального, мощность строго запрещена за пределами самого длинного расстояния дуги, потому что энергия высокого давления не может быть выпущена, легко повреждается модуль.
Модуль питания, внутренний не должен нагреваться, поэтому может не работать долго.
Чтобы определить, может ли емкость аккумулятора управлять максимальной выходной мощностью, используется способ измерения дуги при повышении напряжения аккумулятора. Если вы можете управлять максимальной мощностью около 6 В.
Малая вместимость двух серий по 7.2 В последовательно, при измерении состояния дуги напряжение упало примерно до 4 В, чем меньше емкость нижнего напряжения. Рекомендуется использовать литий более 2000 мА, лучшее состояние с аккумулятором более 4000 мА.

Спецификация:
Входное напряжение: DC3.6V-6V
Входной ток: 0.5A-1A
Длина входного провода: 11 см
Тип высокого напряжения: импульсный тип DC
Выходное напряжение: 50кВ (обратите внимание на безопасность, когда используя)
Выходной ток: 0,05 А
Длина выхода: приблизительно 10 см
Расстояние между высоковольтным биполярным разрядом: 0.5 см -1,5 см
Размер: 60×20 мм
Количество: 1 шт.

Примечание:
Допускается погрешность в 1-3 мм из-за ручного измерения. Пожалуйста, убедитесь, что вы не возражаете, прежде чем предлагать цену
. Из-за разницы между различными мониторами изображение может не отражать фактический цвет элемента. Спасибо!

В комплект входит:
1 высоковольтный инвертор

.

повышающие трансформаторы MC объяснены

Повышающие трансформаторы для картриджей с подвижной катушкой — это наиболее загадочная и неправильно понимаемая вещь в мире Hi-Fi, и это частично объясняет, почему они так редко используются. Это большой позор, потому что использование хорошего трансформатора дает наилучшие характеристики картриджа с подвижной катушкой. Эта статья предназначена для демистификации предмета и позволяет читателю с уверенностью выбрать подходящий трансформатор.Заранее приносим свои извинения, если некоторые математические расчеты немного сбивают с толку и вызывают больше путаницы, а не меньше. Несмотря на кажущуюся сложность, выводы довольно просты, и вы можете просто перейти к нижней части страницы для получения рекомендаций.
Для получения информации о трансформаторах, специально предназначенных для картриджей Denon, щелкните здесь.

Принцип действия картриджа
Картриджи с подвижными магнитами, как следует из их названия, содержат магниты, которые перемещаются кантилевером иглы, и движение индуцирует напряжение сигнала в неподвижных катушках в непосредственной близости от магнитов.В картриджах с подвижной катушкой роли поменялись местами, поэтому теперь магниты зафиксированы, а катушки перемещаются. Большим преимуществом движущихся катушек является то, что катушки намного легче магнитов, поэтому они намного лучше реагируют на движение иглы.
Большим недостатком является то, что выходное напряжение картриджей с подвижной катушкой примерно на 20 дБ ниже, чем у подвижных магнитов, поэтому требуется дополнительное усиление на 20 дБ. Дополнительное усиление может быть обеспечено за счет фонокорректора, внешнего устройства, называемого налобным усилителем, или трансформатора.Наиболее распространенное решение — увеличить коэффициент усиления фонового каскада, но повышающие трансформаторы по-прежнему являются лучшим решением там, где стоимость не имеет значения.

зачем вообще использовать трансформатор?
Раньше было невозможно добиться хорошего отношения сигнал / шум с помощью картриджа с подвижной катушкой без повышающего трансформатора. Дополнительные 20 или 30 децибел усиления не было проблемой, но сделать это с низким уровнем шума с использованием вентилей, транзисторов или операционных усилителей было проблемой.Современные транзисторы и операционные усилители теперь могут предложить гораздо лучшее соотношение сигнал / шум, но клапанам по-прежнему обычно требуются трансформаторы для успешной работы с картриджами с подвижной катушкой с малой выходной мощностью. Альтернативой повышающему трансформатору является налобный усилитель (или предусилитель). Это транзисторный усилитель или усилитель на операционном усилителе, который увеличивает выходную мощность картриджей с подвижной катушкой до уровня подвижного магнита. Rothwell предлагает Headspace как высококачественный малошумный налобный фонарь.
Помимо шума, качество звука трансформаторов — это то, чем клянутся их защитники.Искажения, создаваемые аудиотрансформаторами, имеют совершенно другую природу, чем искажения, создаваемые транзисторным усилителем. Гармонические искажения в трансформаторах максимальны на самых низких частотах и ​​быстро падают при повышении частоты, тогда как в транзисторных усилителях искажения чаще возрастают при повышении частоты. Что еще более важно, интермодуляционные искажения в трансформаторах обычно ниже, чем в транзисторных усилителях. В результате, хотя трансформаторы не являются абсолютно свободными от искажений (нет ничего), искажения очень мягкие по сравнению с искажениями, создаваемыми многими транзисторными усилителями.Это объясняет, почему звук, производимый при использовании картриджа с подвижной катушкой с хорошим трансформатором, настолько возвышен и может создать открытую и просторную звуковую сцену с удивительным разделением инструментов.
Дело против трансформаторов — это просто дело стоимости. Транзисторы могут стоить всего несколько копеек (или меньше при покупке в достаточном количестве), тогда как трансформаторы всегда стоят намного дороже, в несколько тысяч раз, из-за дорогих материалов, используемых в сердечнике, и стоимости самого трансформатора. медные обмотки с точки зрения как материала, так и труда.

загрузка картриджа
Прежде чем рассматривать вопрос о том, как согласовать картридж с подвижной катушкой с трансформатором, стоит рассмотреть влияние различных нагрузок на картриджи с подвижной катушкой.
Когда любой источник сигнала подключен к любому сопротивлению нагрузки, делитель потенциала формируется выходным сопротивлением источника и сопротивлением нагрузки. (Выходной импеданс также известен как импеданс источника или внутренний импеданс. Импеданс нагрузки также известен как входной импеданс.) Источником сигнала может быть фонокорректор, микрофон, проигрыватель компакт-дисков, микшер и т. Д., Это не имеет значения. Нагрузкой может быть фонокорректор, смеситель, трансформатор или просто резистор — опять же, это не имеет значения. Делитель потенциала, образованный импедансами источника и нагрузки, действует как аттенюатор или предварительно установленный регулятор громкости. Если импеданс нагрузки намного больше, чем импеданс источника, затухание низкое, а эффективный предварительно установленный регулятор громкости близок к максимальному. Обычное правило для звукового оборудования в целом — подавать сигнал на нагрузку, по крайней мере, в десять раз превышающую импеданс источника, чтобы избежать каких-либо значительных потерь сигнала, и это относится как к картриджам с подвижной катушкой, так и ко всему остальному.Если импеданс нагрузки в 10 раз больше, чем импеданс источника, сигнал, потерянный «предварительно установленным регулятором громкости», будет меньше 1 дБ, то есть почти весь сигнал, генерируемый источником, доступен следующему усилителю. Любая потеря сигнала на интерфейсе источник / нагрузка обычно считается плохой, так как это ухудшает отношение сигнал / шум. Больше сигнала теряется, т. Е. Предварительно установленный регулятор громкости становится более низким, если импеданс нагрузки не на значительно выше импеданса источника.Когда импедансы источника и нагрузки равны, потеря сигнала составляет 6 дБ. Когда полное сопротивление источника в 9 раз превышает сопротивление нагрузки, потеря сигнала составляет 20 дБ. Большинство современных картриджей с подвижной катушкой имеют импеданс источника около 10 Ом, и правило «импеданс нагрузки в десять раз превышает импеданс источника» предполагает, что 100 Ом является хорошим выбором для импеданса нагрузки и вызывает потерю сигнала менее 1 дБ. Это хорошо согласуется с рекомендациями многих производителей картриджей (см. Таблицу данных ниже).Все, что выше 100 Ом, должно быть одинаково подходящим.
Меняется ли тональный баланс картриджа с импедансом нагрузки? Конечно, это так, если картридж представляет собой тип движущегося магнита, но картриджи с подвижной катушкой с малой выходной мощностью гораздо менее чувствительны к изменениям импеданса нагрузки. Пользователи иногда заявляют, что более высокие импедансы нагрузки производят более яркий звук, чем более низкие, но производители картриджей, как правило, не указывают рекомендуемые импедансы нагрузки, часто рекомендуя широкий диапазон или просто что-либо выше минимального импеданса.
Рекомендация Rothwell Audio Products соответствует Ortofon, Audio Technica и большинству других производителей картриджей — что 100 Ом является хорошим значением для большинства картриджей, и что точное значение не критично, если оно намного выше источника картриджа. импеданс.
Одно можно сказать наверняка: импеданс нагрузки , а не должен быть равен импедансу источника картриджа. Это приведет к потере сигнала на 6 дБ (когда для начала часто всего несколько сотен микровольт) и серьезно ухудшит соотношение сигнал / шум.Идея о том, что импеданс нагрузки, равный импедансу источника, обеспечивает идеальное «согласование», ошибочен и является наиболее распространенным мифом о картриджах с подвижной катушкой. Это также вызывает большую путаницу, связанную с повышающими трансформаторами и тем, как выбрать правильный для любого данного картриджа. Причины мифа о «согласованном импедансе» рассматриваются ниже.

отношение витков трансформатора и коэффициент импеданса
Коэффициент витков трансформатора — это отношение количества витков провода на первичной обмотке к числу витков провода на вторичной обмотке, а напряжение на первичной обмотке равно увеличивается (или уменьшается) в той же пропорции, что и передаточное число, и отображается на вторичной обмотке.Например, трансформатор с соотношением витков 1:10 повысит напряжение на первичной обмотке в десять раз. Однако, поскольку трансформаторы являются полностью пассивными устройствами, не имеющими источника питания для получения энергии, трансформатор не может производить дополнительную мощность, и повышение напряжения будет сопровождаться соответствующим уменьшением тока. Это то, что дает начало концепции отношения импедансов. Отношение импеданса является квадратом отношения витков и заставляет импеданс вторичной обмотки трансформатора восприниматься источником, питающим первичную обмотку, как импеданс, преобразованный в квадрат отношения витков.Сам трансформатор не имеет импеданса, скорее, импеданс с одной стороны будет выглядеть как другой импеданс с другой стороны (он работает в обоих направлениях). В случае, например, повышающего трансформатора 1:10, полное сопротивление вторичной обмотки 20 кОм будет равно сопротивлению первичной обмотки 200 Ом (20 000, разделенные на 10 в квадрате, равны 200). Повышающий трансформатор 1: 2 с нагрузкой 100 кОм на вторичной обмотке будет иметь входное сопротивление источника, управляющего первичной обмоткой, равным 25 кОм (100 кОм, разделенные на 2 в квадрате, равны 25 кОм).

Таким образом, казалось бы логичным, что картридж с выходным напряжением, например, 0,5 мВ, при использовании с повышающим трансформатором с соотношением витков 1:10, будет выдавать 5 мВ на выходе трансформатора. Да, было бы, если бы импеданс источника картриджа (также известный как его внутренний импеданс или импеданс катушки) был равен нулю. На практике с картриджами с низким импедансом около 10 Ом или меньше и трансформаторами с низким коэффициентом передачи (менее примерно 1:20) выходное напряжение трансформатора составляет , очень близко к выходному напряжению картриджа, умноженному на отношение витков, и может безопасно использоваться. как хорошее приближение первого порядка для руководства.Однако импеданс источника картриджа может быть низким, но он никогда не равен нулю, и преобразованную вторичную нагрузку необходимо учитывать для более точного анализа. Рассмотрим в качестве примера трансформатор с соотношением 1:10 и картридж с катушкой 10 Ом. Если нагрузка на вторичной обмотке трансформатора представляет собой фонокорректор MM с импедансом 47 кОм, эта нагрузка представляется картриджу как 470 Ом (47 000, разделенные на 10 в квадрате), и должна управляться катушкой на 10 Ом. Нагрузка 470 Ом и источник 10 Ом образуют делитель потенциала («предварительно установленный регулятор громкости», описанный в предыдущем разделе), при этом часть напряжения картриджа падает на его собственное внутреннее сопротивление 10 Ом.Пропорция внутреннего снижения составляет 10 / (470 + 10) = 0,0208, что совсем немного — всего 0,2 дБ. Отклонение от приближения первого порядка невелико и, вероятно, не стоит беспокоиться, но оно есть. Эффект потенциального делителя становится значительным, когда используются более высокие отношения витков с более высоким импедансом источника. Рассмотрим картридж с катушкой на 40 Ом и трансформатор с соотношением 1:30. Нагрузка 47 кОм на вторичной стороне теперь выглядит как 52 Ом с первичной стороны. При питании от источника 40 Ом делитель напряжения формируется на 52 Ом и 40 Ом.Следовательно, доля сигнала, падающего на катушку картриджа, составляет 40 / (40 + 52) = 0,43, что очень важно — почти половина напряжения, создаваемого картриджем, теряется внутри. В то время как в предыдущем примере было потеряно только 0,2 дБ, здесь потеря сигнала составляет 5 дБ, и вместо достижения напряжения сигнала на выходе трансформатора, в 30 раз превышающего выходное значение картриджа, выходное напряжение составляет всего 0,43×30 раз от выходного сигнала картриджа, т. Е. повышение напряжения всего в 13 раз, а не , а не 30 раз.Очевидно, что увеличение коэффициента трансформации трансформатора в X раз не увеличивает выходное напряжение в такой же раз. По мере увеличения отношения витков увеличение выходного напряжения становится все меньше и меньше, поскольку нагрузка на картридж становится все более и более значительной, пока не будет достигнута точка, в которой дальнейшее увеличение отношения витков фактически вызывает падение выходного напряжения.
Точка, в которой достигается максимально возможное напряжение на выходе трансформатора, возникает, когда преобразованная нагрузка равна импедансу источника.В случае вторичной нагрузки 47 кОм (обычное сопротивление нагрузки фонового каскада MM) и картриджа MC с сопротивлением 40 Ом, соотношение витков должно быть 1: 34,28, чтобы получить абсолютное максимальное выходное напряжение. Это связано с тем, что 40×34,28×34,28 = 47000
. Именно поэтому возникает ошибочное представление о том, что трансформатор должен «соответствовать» импедансу картриджа. Да, это может быть правдой, что согласование импедансов дает максимально возможное напряжение на выходе трансформатора, но в системе Hi-Fi мы , а не , ищем абсолютное максимальное напряжение от трансформатора, мы ищем напряжение подходит для подачи на следующие фонокорректоры MM и , которые мы ищем для максимальной точности воспроизведения.Это редко (если вообще когда-либо) достигается путем согласования импедансов. Напряжение сигнала, подходящее для миллиметрового фонокорректора, составляет около 5 мВ. Более высокое напряжение на фоновом каскаде уменьшит запас по уровню и увеличит искажения. Более низкое напряжение ухудшит отношение сигнал / шум. Целью повышающего трансформатора должно быть достижение 5 мВ на фоновом каскаде (с максимальной точностью).
Большая ошибка, которую чаще всего совершают при выборе трансформатора для картриджа с подвижной катушкой, заключается в том, что упускают из виду напряжение, необходимое на входе фонового каскада, и вместо этого пытаются согласовать импедансы, чтобы, например, картридж с импедансом источника 5 Ом видел Нагрузка 5 Ом на входе трансформатора.При таком подходе импеданс картриджа является наиболее важным фактором, тогда как на самом деле это должно быть выходное напряжение картриджа.

Чтобы продемонстрировать, насколько ошибочным может быть подход «согласованного импеданса», возьмем в качестве примера картридж Ortofon Vivo Red с импедансом источника 5 Ом. Чтобы «согласовать импеданс», 47000 Ом на вторичной стороне трансформатора должны выглядеть как 5 Ом на первичной стороне. Это означает, что коэффициент импеданса должен быть 9400 (потому что 47000, разделенные на 5, равны 9400) и следовательно, коэффициент витков должен быть квадратным корнем из 9400, что составляет 97.Поэтому мы должны найти повышающий трансформатор с соотношением витков 1:97. Однако выходное напряжение Vivo Red составляет 0,5 мВ, а напряжение, подаваемое на фонокорректор от трансформатора 1:97, составляет 24 мВ. Этого было бы достаточно, чтобы перегрузить большинство фоностанов и было бы далеко от оптимального. Гораздо лучший подход к поиску подходящего коэффициента трансформации — это работа с выходным напряжением картриджа. Vivo Red имеет выходную мощность 0,5 мВ, а фонокорректору требуется около 5 мВ для наилучшей работы, поэтому соотношение 1:10 будет намного лучше.Приближение первого порядка предполагает, что соотношение 1:10 даст нам 5 мВ. Верно ли это, если мы также рассмотрим импеданс источника картриджа 5 Ом и импеданс нагрузки, представленный трансформатором? Да. Трансформатор 1:10 с нагрузкой 47 кОм на вторичной обмотке представляет на патрон нагрузку 470 Ом. Делитель напряжения, образованный импедансом источника 5 Ом и отраженной нагрузкой 470 Ом, означает, что только 5 / (470 + 5) падает на внутренний импеданс картриджа, а фактическое напряжение на выходе трансформатора равно 4.95 мВ, т.е. очень близко к оценке приближенным методом. Нагрузка 470 Ом, видимая картриджем, полностью совместима с рекомендованной Ortofon нагрузкой> 10 Ом. Метод «согласования импеданса» с использованием трансформатора с соотношением 1:97 даст картриджу сопротивление нагрузки 5 Ом, что выходит за рамки рекомендаций производителя. Кроме того, по причинам, описанным ниже, трансформатор 1:97 будет иметь значительно более низкие характеристики по сравнению с трансформатором 1:10.

Теперь рассмотрим другой картридж, Dynavector Karat17D3 с катушкой на 38 Ом.Используя подход согласования импеданса, чтобы найти лучший коэффициент трансформации, мы получаем соотношение 1:35, и выход картриджа 0,3 мВ становится 5,25 мВ на выходе трансформатора. На этот раз подход «согласования импеданса», похоже, сработал хорошо, но действительно ли это лучшее соотношение витков? Может быть, нет, потому что рекомендуемая нагрузка Dynavector составляет 100 Ом, а трансформатор 1:35 даст картриджу нагрузку 38 Ом. В этом случае было бы лучше использовать более низкое передаточное число. Например, трансформатор 1:20 даст картриджу нагрузку 117.5 Ом и имеют выходное напряжение 4,5 мВ. Кроме того, трансформатор 1:20, вероятно, будет иметь лучшие характеристики, чем трансформатор 1:35, как объясняется ниже.

настоящие трансформаторы
Приведенные выше расчеты предполагают идеальные трансформаторы. Это означает, что трансформаторы намотаны проводом с нулевым сопротивлением, с нулевой емкостью между обмотками, с нулевой индуктивностью рассеяния, с бесконечной первичной индуктивностью и т. Д. И т. Д., Что дает широкую полосу пропускания, охватывающую не менее 20 Гц — 20 кГц. Однако в реальном мире мы должны жить в рамках ограничений, которые природа накладывает на нас, и работать с материалами, у которых действительно есть сопротивление, емкость и т. Д.У всех трансформаторов есть ограничения, и у трансформаторов с более высоким коэффициентом увеличения обычно больше ограничений, чем у трансформаторов с более низким коэффициентом увеличения. Это связано с тем, что более высокое соотношение требует большего количества витков провода на вторичной обмотке, а большее количество витков означает большее сопротивление и большую емкость между обмотками. Эти факторы в сочетании с любой индуктивностью рассеяния приводят к ухудшению высокочастотной характеристики трансформатора. Обычно это проявляется в виде звонка на осциллограмме (см. Ниже) и более раннего спада высоких частот.
В качестве альтернативы, чтобы сохранить высокочастотную характеристику, более высокое отношение витков может быть достигнуто за счет меньшего количества витков провода на первичной обмотке, но это снижает индуктивность первичной обмотки и ухудшает низкочастотную характеристику трансформатора. Как правило, когда все остальные факторы равны, более низкий коэффициент увеличения дает лучшую производительность, чем более высокий коэффициент увеличения. Довольно часто более низкий коэффициент увеличения, дающий только на 1 или 2 дБ меньше выходного сигнала, может дать гораздо более широкую полосу пропускания. Для получения наилучших характеристик по возможности выбирайте меньшее передаточное число.

нагрузка трансформатора
Идея о том, что оптимальная производительность достигается за счет согласования импеданса нагрузки с импедансом картриджа (показанное выше, несколько случайное), также порождает другое заблуждение — нагрузку трансформатора. Ошибочная теория, которую иногда пропагандируют на веб-сайтах и ​​форумах, гласит, что нагрузочный резистор на вторичной обмотке трансформатора можно использовать для «правильной загрузки картриджа» или «согласования трансформатора с картриджем».Это действительно очень сомнительная теория, поэтому давайте проанализируем, что происходит на самом деле. В качестве примера рассмотрим рассмотренный выше картридж Ortofon Vivo Red (полное сопротивление источника 5 Ом, выходное напряжение 0,5 мВ). Как уже было определено, трансформатор 1:10 даст нам напряжение, необходимое для фонового каскада MM, но сторонники «правильной загрузки» могут быть убеждены, что картридж лучше всего работает с конкретной нагрузкой, несмотря на то, что рекомендованная производителем нагрузка составляет что-нибудь более 10 Ом. Итак, что такое «правильная нагрузка»? Часто утверждается, что он совпадает с импедансом источника картриджа, поэтому достигается «согласование».Как показано выше, соотношение витков 1:97 будет представлять нагрузку на картридж 5 Ом, но что, если такой трансформатор не может быть найден? Что делать, если ближайший доступный трансформатор 1:36? Можно ли сделать так, чтобы «картридж правильно соответствовал»? Трансформатор с нормальной нагрузкой 47 кОм даст картриджу нагрузку 36 Ом (и даст выходное напряжение 15,8 мВ). Чтобы этот трансформатор соответствовал картриджу с импедансом нагрузки на первичной обмотке 5 Ом, можно было бы использовать нагрузку на вторичной обмотке в 6480 Ом вместо 47 кОм, обычно встречающихся на фоновом каскаде MM.Это не только создаст импеданс нагрузки для картриджа 5 Ом, но и снизит выходное напряжение до 9 мВ. Сделал ли дополнительный нагрузочный резистор систему оптимальной? Нет, это не так. Теперь картридж имеет половину минимального импеданса, рекомендованного производителем, а напряжения сигнала на фоновом каскаде MM по-прежнему достаточно, чтобы значительно уменьшить его запас по запасу прочности. Ясно, что это не оптимально, но намного лучше, чем было с трансформатором 1:36 и без дополнительного нагрузочного резистора.Любой, кто применяет эмпирический подход к оптимизации своей системы и экспериментирует с нагрузочными резисторами, основываясь на идее «согласования импеданса», как пропагандируется на некоторых веб-сайтах, может прийти к выводу (по понятным причинам), что их система теперь звучит лучше, потому что «картридж загружен правильно». На самом деле это звучит лучше, потому что фонокорректор перегружается меньше, чем был раньше. Было бы еще лучше, если бы использовался трансформатор 1:10 вместо того, чтобы пытаться заставить трансформатор со слишком высоким коэффициентом вращения «соответствовать» чему-либо, подделывая его с помощью резисторов.
Мифы о «правильной нагрузке» или «согласовании нагрузки» подпитываются случайным побочным продуктом нагрузки трансформатора дополнительным резистором — затухающим звоном, более подробно анализируемым ниже.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *