импульсные источники питания

Трансформатор для двухтактного ИБП

Трансформатор для двухтактного ИБП.

Для статьи: "Двухтактный ИБП своими руками"

     Трансформатор Тр2 можно намотать на ферритовом кольце, на Ш – образном сердечнике или на сердечнике  другой формы.

Сердечник трансформатора подбирается по требуемой мощности на выходе инвертора.

    Есть много различных формул и разных программ по расчету ферритовых трансформаторов для импульсных источников питания.   Я перепробовал различные способы расчета ферритовых трансформаторов. Не буду вдаваться в их достоинства и недостатки. Каждый выбирает свой вариант расчета ферритового сердечника для импульсного блока питания.

     Вот некоторые мои рассуждения по этому поводу.
     Во первых: рекомендуемые к использованию, в результате расчетов, ферритовые сердечники (кольца, Ш-образные, броневые) не всегда имеются в наличии в торговых точках.
     Во вторых: тот ферритовый магнитопровод, что мы можем достать, как правило, не имеет никаких обозначений на корпусе о его магнитной проницаемости.
     Вот и получается, что все с таким трудом проведенные выкладки и расчеты количества витков в обмотках ферритового трансформатора, из за неопределенности в магнитной проницаемости феррита, теряют ценность.

      Я подошел к подбору выходного ферритового трансформатора с чисто практической стороны.
     Из технической литературы приведу таблицу  ферритовых колец для использования в качестве высокочастотный трансформаторов.
В этой таблице дан размер магнитопровода, его поперечное сечение по сердечнику, размер окна.
     Произведение площадей, сечения магнитопровода и окна, дает возможность определить его габаритную мощность на частоте в 20 килогерц.
На другой частоте соответственно и мощности будут другие.
Ферритовые сердечники будут работать и на более высокой частоте, но увеличатся потери в магнитопроводе и КПД трансформатора уменьшится. Но ничего, для нашего случая частота автогенератора не превысит 45 — 50 КГц, это нормально.
     В нашем случае нужно подобрать ферритовый сердечник на мощность свыше 20 ватт. У меня есть ферритовое кольцо снятое со старой аппаратуры вполне подходящее под наш случай. Его размер: К28×18х8 (наружний диаметр 28, внутренний 18, толщина 8 мм.).
По таблице его габаритная мощность свыше 200 ватт, что более чем достаточно  для данного устройства. Не нужно стремиться брать ферритовое кольцо меньших размеров, это якобы уменьшает габариты устройства. Ничего подобного.
     Чем больше окно кольца, тем удобнее расположить в нем витки и не нужно стеснять себя в диаметре провода. Чем больше диаметр провода в первичной и вторичной обмоток, тем меньше потерь в проводах и стабильнее выходное напряжение. К тому же, с увеличением сечения магнитопровода,  уменьшается количество витков на вольт, то есть будет меньше витков во всех обмотках.
     Количество витков на 1 вольт у ферритового трансформатора зависит от сечения сердечника магнитопровода.
  Известная формула для определения количества витков на вольт при расчете обмоток трансформатора изготовленного из стальных листов и работающего на частоте 50 герц:
n = 50  /S
Где: n – количество витков на вольт;
S – площадь поперечного сечения сердечника в см. кв.

     Для расчета количества витков на вольт ферритового трансформатора на частоты свыше 20 килогерц, я применяю  немного видоизмененную формулу:

       n = 0,7 / S;
где: S – площадь поперечного сечения ферритового сердечника в см. кв...
Площадь поперечного сечения выбранного нами кольца К28×18х8 будет:
S = (D — d) / 2 x l = (28 — 18) / 2 x 8 = 10 / 2 x 8 = 40 мм. кв. или 0,4 см. кв..
Количество витков на 1 вольт выбранного мной ферритового магнитопровода:
n = 0,7 / S = 0,7 / 0,4 = 1,75 витка на 1 вольт.

     Тогда количество витков первичной обмотки трансформатора Тр2 будет:
w1 = n x U1 = 1,75 х 145 = 253,75 витка. Примем 254 витка.
Диаметр провода 0,25 0,35 мм. Чем больше диаметр провода, тем мощнее будет ИБП, но все должно быть в разумных пределах.
     Вторичная обмотка состоит из двух полуобмоток w2-1 и w2-2, каждая из которых рассчитана на полное выходное напряжение.
 Количество витков в каждой вторичной полуобмотке:
w2-1 = w2-2 = n x U2 = 1,75 х 15 = 26,25 витка.
С учетом падения напряжения на диодах Д9, Д10 количество витков во вторичной обмотке примем: w2-1 = w2-2 = 28 витков. Диаметр провода 0,6 — 0,7 мм.
     Напряжение обратной связи в обмотке w3 должно быть достаточным для работы генератора.  Для трансформатора Тр1 оно должно быть 6,5 вольт.
Количество витков в обмотке связи  w3 = n x 6,5 = 1,75 x 6,5 = 11,3 витка. Примем: w3 = 12 витков. Диаметр провода 0,3 мм.
     Трансформатор Тр2 будем мотать на ферритовом кольце по схеме приведенной на рисунке.

На рисунке показана последовательность намотки ферритового трансформатора.

     Ферритовое кольцо (рис. а) необходимо обмотать лакотканью или лучше  фторопластовой лентой (рис. б).
Поверх мотается первичная обмотка w1. На начало и конец провода, для жесткости, надевается хлорвиниловая трубочка и провод вместе с трубочкой закрепляется нитками.
     Витки обмотки необходимо равномерно распределить по всей длине кольца (рис.в).
 Для этого нужно заранее поверхность кольца разделить на секторы. Например на четыре сектора. Тогда в каждом секторе будет по 254 витка / 4 = 63,5 витков. Равномерно и последовательно намотав один сектор, переходим ко второму, еще 63,5 витка и т.д.

Идеальный случай, это  намотать обмотку виток к витку, что вряд ли получится.
     Начало и конец проводов обмотки не должны касаться друг друга, между ними надо сохранить промежуток в 2-3 мм... Это делается для избежания пробоя между витками начала и конца первичной обмотки.
     Намотка на кольцо производится с помощью самодельного челнока, который можно изготовить из медной проволоки, по форме как на рисунке.

     Предварительно рассчитав необходимую длину провода (количество витков в обмотке умноженное на длину одного витка, плюс длину выводов) с небольшим запасом, наматываем  на челнок.  Закрепляем начало провода обмотки , провод вместе с трубочкой, нитками на кольце и мотаем при помощи челнока.  При намотке провода на кольцо необходимо следить, чтобы провод не скручивался и не образовывались «барашки». Нужно запастись большим терпением и тогда все получится.
     Сначала процедура намотки кольца будет проходить с трудом, но по мере накопления опыта, работа ускорится.
     Поверхность намотанной первичной обмотки w1 необходимо обмотать лентой шириной 8 — 10 мм. из лакоткани или лучше фторопласта (рис. г).
     Далее мотается вторичная обмотка w2. Две полуобмотки w2-1 и w2-2 мотаются одновременно двумя проводами.
     Нужно определить длину каждого провода для w2-1 и w2-2. Предварительно измеряется длина одного витка, а затем умножается на количество витков, плюс 10 сантиметров на длину выводов, плюс запас 20 см.
       Провод для вторичной обмотки толстый и мотается без челнока, одновременно двумя проводами. Начала двух проводов закрепляются нитками, а затем виток за витком, двумя проводами продеваются в кольцо. Между началами и концами вторичных полуобмоток нужно оставить на кольце свободным расстояние 5-6 мм. В этот зазор  разместить витки обмотки w3
 Нужно стараться меньше гнуть провода и чтобы они оба не переплетались между собой.
     Необходимо так же равномерно распределить количество витков вторичной обмотки по всему кольцу, т.е. разбить количество витков на четыре сектора, как и в случае первичной обмотки. Необходимо мотать так, чтобы намотка уложилась в один ряд по всей длине, как на рисунке д).
Конец одной полуобмотки (w2-1) спаять с началом другой полуобмотки (w2-2). Получится полная обмотка w2 с выводом посередине (рис. д).
     Обмотка обратной связи w3 мотается на первичную обмотку в одном слое с вторичной w2. Мотать ее поверх обмотки w2 нельзя, так как это может повлиять на режим автогенерации.

УДАЧИ ВАМ!!!!

Двухтактные Импульсные Блоки Питания

Двухтактные ИБП



style="display:inline-block;width:728px;height:90px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="2660907582">


♥     Наибольшее распространение получили двухтактные источники вторичного электропитания, хотя и имеют более сложную электрическую схему по сравнению с однотактными. Они позволяют получать на выходе значительно большую выходную мощность при высоком КПД.
Схемы двухтактных преобразователей-инверторов имеют три вида включения ключевых транзисторов и первичной обмотки выходного трансформатора: полумостовая, мостовая и с первичной обмоткой имеющей отвод от середины.

♥     Полумостовая  схема построения ключевого каскада.
Ее особенностью является включение первичной обмотки выходного трансформатора в среднюю точку емкостного делителя С1 — С2.


♥     Амплитуда импульсов напряжения на переходах транзисторов эмиттер-коллектор Т1 и Т2 не превышает Uпит величины питающего напряжения. Это позволяет использовать транзисторы с максимальным напряжением Uэк до 400 вольт.
В то же время напряжение на первичной обмотке трансформатора Т2 не превышает значения Uпит/2, потому, что снимается с делителя С1 — С2 (Uпит/2).
Управляющее напряжение противоположной  полярности подается на базы ключевых транзисторов Т1 и Т2 через трансформатор Тр1.

♥     В мостовом преобразователе емкостной делитель (С1 и С2) заменен транзисторами Т3 и Т4. Транзисторы в каждом полупериоде открываются попарно по диагонали (Т1, Т4) и (Т2, Т3).

Напряжение на переходах Uэк закрытых транзисторов не превышает напряжения питания Uпит. Но напряжение на первичной обмотке трансформатора Тр3 увеличится и будет равно величине Uпит, что повышает КПД преобразователя. Ток же через первичную обмотку трансформатора Тр3 при той же мощности, по сравнению с полумостовой схемой, будет меньше.
Из за сложности в наладке цепей управления транзисторов Т1 – Т4,  мостовая схема включения применяется редко.

♥     Схема инвертора с так называемым пушпульным выходом наиболее предпочтительна в мощных преобразователях-инверторах. Отличительной особенностью в данной схеме является то, что первичная обмотка выходного трансформатора Тр2 имеет вывод от середины. За каждый полупериод напряжения поочередно работает один транзистор и одна полуобмотка трансформатора.
♥     Данная схема отличается наибольшим КПД, низким уровнем пульсаций и слабым излучением помех. Достигается это за счет уменьшения тока в первичной обмотке и уменьшения рассеиваемой мощности в ключевых транзисторах.
Амплитуда напряжения импульсов в половине первичной обмотки Тр2 возрастает до значения Uпит, а напряжение Uэк на каждом транзисторе достигает значения 2 Uпит (ЭДС самоиндукции + Uпит).
Необходимо использовать транзисторы с высоким значением Uкэmах, равным 600 – 700 вольт.
Средний ток через каждый транзистор равен половине тока потребления от питающей сети.

Обратная связь по току или по напряжению.

♥     Особенностью двухтактных схем с самовозбуждением является наличие обратной связи (ОС) с выхода на вход, по току или по напряжению.

♥     В схеме обратной связи по току обмотка связи w3 трансформатора Тр1 включена последовательно с первичной обмоткой w1 выходного трансформатора Тр2. Чем больше нагрузка на выходе инвертора, тем больше ток в первичной обмотке Тр2, тем больше обратная связь и больше базовый ток транзисторов Т1 и Т2.
Если нагрузка меньше минимально допустимой, ток обратной связи в обмотке w3 трансформатора Тр1 недостаточен для управления транзисторами и генерация переменного напряжения срывается.
Иными словами, при пропадании нагрузки — генератор не работает.

 ♥     В схеме обратной связи по напряжению обмотка обратной связи w3 трансформатора Тр2 соединена через резистор R с обмоткой связи w3 трансформатора Тр1. По этой цепи осуществляется обратная связь с выходного трансформатора на вход управляющего трансформатора Тр1 и далее в базовые цепи транзисторов Т1 и Т2.
♥     Обратная связь по напряжению слабо зависит от нагрузки. Если же на выходе будет очень большая нагрузка (короткое замыкание), напряжение на обмотке w3 трансформатора Тр2 снижается и может наступить такой момент, когда напряжение на базовых обмотках w1 и w2 трансформатора Тр1 будет недостаточно для управления транзисторами. Генератор перестанет работать .
При определенных обстоятельствах это явление может быть использовано как защита от короткого замыкания на выходе.
♥     На практике широко применяются обе схемы с обратной связью ОС как по току, так и по напряжению.

Двухтактная схема инвертора с ОС по напряжению

♥     Для примера, рассмотрим работу наиболее распространенной схемы преобразователя-инвертора – полумостовой схемы.
Схема состоит из нескольких независимых блоков:

      • — выпрямительный блок – преобразует переменное напряжение 220 вольт 50 Гц в постоянное напряжение 310 вольт;
      • — устройство запускающих импульсов – вырабатывает короткие импульсы напряжения для запуска автогенератора;
      • — генератор переменного напряжения – преобразует постоянное напряжение 310 вольт в переменное напряжение прямоугольной формы высокой частоты 20 – 100 КГц;
      • — выпрямитель – преобразует переменное напряжение 20 -100 КГц в постоянное напряжение.

♥     Сразу после включения питания 220 вольт начинает работать устройство запускающих импульсов, представляющий из себя генератор пилообразного напряжения (R2, С2, Д7). От него запускающие импульсы поступают на базу транзистора Т2. Происходит запуск автогенератора.
♥     Ключевые транзисторы открываются поочередно и в первичной обмотке выходного трансформатора Тр2, включенной в диагональ моста (Т1,Т2 – С3,С4), образуется переменное напряжение прямоугольной формы.
С вторичной обмотки трансформатора Тр2 снимается выходное напряжение, выпрямляется диодами Д9 — Д12 (двухполупериодное выпрямление) и сглаживается конденсатором С5.
На выходе получается постоянное напряжение заданной величины.
♥     Трансформатор Т1 используется для передачи импульсов обратной связи от выходного трансформатора Тр2 на базы ключевых транзисторов Т1 и Т2.

♥     Двухтактная схема ИБП имеет ряд преимуществ перед однотактной схемой:

    • — ферритовый сердечник выходного трансформатора Тр2 работает с активным перемагничиванием (наиболее полно используется магнитный сердечник по мощности);
    • — напряжение коллектор – эмиттер Uэк на каждом транзисторе не превышает напряжение источника постоянного тока в 310 вольт;
    • — при изменении тока нагрузки от I = 0 до Imax, выходное напряжение изменяется незначительно;
    • — выбросы высокого напряжения в первичной обмотке трансформатора Тр2 очень малы, соответственно меньше уровень излучаемых помех.

♥     И еще одно замечание в пользу двухтактной схемы!!

Сравним работу двухтактного и однотактного автогенераторов с одинаковой нагрузкой.
♥     Каждый ключевой транзистор Т1 и Т2 за один такт работы генератора используется всего половину времени (одну полуволну), вторую половину такта «отдыхает». То есть вся вырабатываемая мощность генератора, делится пополам между обоими транзисторами и передача энергии в нагрузку идет непрерывно (то от одного транзистора, то от другого), во время всего такта. Транзисторы работают в щадящем режиме.
♥     В однотактном же генераторе накопление энергии в ферритовом сердечнике происходит во время половины такта, во второй половине такта идет ее отдача в нагрузку.

Ключевой транзистор в однотактной схеме работает в четыре раза более напряженном режиме, чем ключевой транзистор в двухтактной схеме.


style="display:inline-block;width:728px;height:90px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="2660907582">