импульсный блок 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!!!!

Двухтактный ИБП своими руками

Двухтактный ИБП своими руками





     Изготовим простой, но достаточно надежный преобразователь – инвертор своими руками. Рабочая схема такого инвертора или, говоря по другому, импульсного блока питания ИБП, изображена на рисунке. Эта схема является классической и с небольшими изменениями и дополнениями повсеместно используется.
      Своей целью в рекомендации к изготовлению этого преобразователя я считаю изготовление простого и доступного для каждого начинающего электрика – любителя, электронного прибора. При некотором практическом  навыке это несложно, хотя и придется приложить немного усилий и «потратить нервов».


     Зададимся целью создать источник питания постоянного напряжения на 15 вольт и мощностью 20 ватт в нагрузке. Можно задаться любым выходным напряжением и мощностью.
     Схема состоит из нескольких узлов: выпрямителя, устройства запуска, генератора импульсов, выходного устройства.

     Выпрямитель. Представляет из себя преобразователь переменного напряжения 220 вольт 50 герц в постоянное напряжение 310 вольт. Резистор R1 служит для ограничения первоначального броска тока заряда конденсатора С1. Переменное напряжение выпрямляется диодами D1 – D4 и сглаживается электролитическим конденсатором С1.

     Устройство запуска представляет из себя генератор пилообразного напряжения и состоит из резистора R2 конденсатора С2 и стабилитрона D7.

Импульсы  от этого генератора подаются на базу ключевого транзистора Т2.
Генератор запускающих импульсов работает только в момент пуска, а потом выключается.
     Генератор прямоугольных импульсов преобразует постоянное напряжение 310 вольт в переменное напряжение высокой частоты 30 — 45 килогерц.

Трансформатор Тр1 служит для подачи импульсов управления на базы ключевых транзисторов Т1 и Т2.
Выходной трансформатор Тр2 преобразует высокое переменное напряжение в низкое выходное переменное напряжение (согласно коэффициента трансформации).

     Выходное устройство, это два выпрямительных диода (Д9 и Д10) и сглаживающие конденсаторы (С5 и С6).

     Сразу после включения питания 220 вольт, начинает работать устройство запускающих импульсов, представляющий из себя генератор пилообразного напряжения (R2, С2, Д7) (точка 1). От него запускающие импульсы поступают на базу транзистора  Т2 (точка 2). 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 (точка 3).

     С вторичной обмотки трансформатора Тр2 снимается выходное напряжение, выпрямляется диодами Д9, Д10 (двухполупериодное выпрямление) и сглаживается конденсаторами С5 и С6. На выходе получается постоянное напряжение заданной величины.

     Предпочтение такой схемы двухполупериодного выпрямления ( с двумя диодами), перед схемой с помощью мостика, состоит в большем КПД выпрямительного устройства.

     Рабочее напряжение между коллектором и эмиттером на транзисторах Т1 и Т2, не  превышает напряжения питания 310 вольт.
     Откуда берутся эти 310 вольт?

     Действующее значение переменного напряжения в сети Uд = 220 вольт, а амплитудное значение напряжения равно: Uа = Uд х v2 = 220 х 1,41 = 310 вольт.
     Электролитический конденсатор С1 заряжается до амплитудного значения этого напряжения Uа = 310 В.
     В рабочем состоянии, под нагрузкой, это напряжение падает до величины, примерно 290 – 295 вольт. Это напряжение также зависит от емкости конденсатора С1. Чем больше емкость С1, тем  напряжение на конденсаторе ближе к 310 вольтам.
     Напряжение на первичной обмотке ферритового трансформатора Тр2 составляет половину напряжения питания. Примем, для расчета, напряжение на С1 — 290 вольт. Один конец первичной обмотки соединен со средней точкой делителя из конденсаторов С3 и С4, которая имеет потенциал равный U = 290/2 = 145 вольт, то есть половину Uпит. Второй конец обмотки w1 (точка 3) — переключаемый узел эмиттер — коллектор силовых транзисторов Т1 и Т2.
На напряжение питания U = 145 вольт мы и будем рассчитывать выходной ферритовый трансформатор Тр2, об этом необходимо помнить.
     Генератор импульсов работает в режиме автогенерации. В этой схеме задействована цепь обратной связи ОС по напряжению (Тр2, w3 – R5 – Тр1, w3). Напряжение обратной связи с обмотки w3 выходного трансформатора Тр2 поступает на обмотку w3 трансформатора Тр1 через гасящий резистор R5. С обмоток w1 и w2 трансформатора Тр1 поступают разнополярные импульсы управления на базы транзисторов Т1 и Т2.
     Генератор импульсов самостоятельно, без устройства запускающего импульса, заработать не может.
      Трансформатор Тр1 наматывается на ферритовом кольце К10×6х4 (наружный диаметр 10 мм, внутренний диаметр 6 мм, ширина кольца 4 мм) марки НМ2000.
     Количество витков в обмотках: w1 = w2 = 7 витков, w3 = 21 витков.     Диаметр провода 0,3 – 0,4 мм в хорошей изоляции. Обмотки w1 и w2 мотать одновременно двумя проводами. Обмотки w1, w2 и w3 равномерно мотать по всему сердечнику. Сначала намотать обмотку w3, а затем поверх обмотки w1 и w2.
     Желательно как то пометить начала и концы этих обмоток, чтобы не перепутать. Я обычно мотаю обмотки w1 и w2 проводом с разным цветом изоляции. Начала обмоток пометить маркером или надеть колечки из хлорвиниловой трубочки подходящего диаметра.
Подключать эти обмотки к базам транзисторов необходимо в разной полярности: начало w1 к базе Т1, начало w2 к общему проводу; конец w1 к эмиттеру Т1, конец w2 к базе Т2.
     Отнеситесь к этому очень внимательно.

     Трансформатор Тр2 можно намотать на ферритовом кольце, на Ш – образном сердечнике или П — образной формы.
Пример построения трансформатора Тр2 на ферритовом кольце смотрите в статье: «Трансформатор для двухтактного ИБП, на ферритовом кольце.».

Перечень деталей схемы:
     Резисторы: R1 – 27 Ом, 1 ватт; R2 – 470 Ком; R3 = R4 = 8 Ом; R5 – 50 — 100 Ом.
     Конденсаторы: С1 – 20 МкФ  350 В; С2 – 47 нФ 250 В; С3, С4 – 200 нФ 250 В; С5 – 1,0 МкФ  50 В керамический; С6 – 100 МкФ.
     Диоды: Д1 – Д4, Д5, Д6, Д8 — N4007; Д7 – динистор DB3; Д9, Д10 — КД213 или другие с частой до 100 КГц и током не ниже 3 ампер.
     Транзисторы: Т1, Т2 – 13003, 700 В, 1,6 А или 13005, этот транзистор помощнее.
Транзисторы лучше поставить на два небольшие радиатора по 5 — 8 см.кв., чтобы не грелись.
     Трансформаторы:
     Тр1 — ферритовое кольцо К10×6х4, НМ2000, w1 = w2 = 7 витков, w3 = 21 витков, провод 0,3 – 0,4 мм.
     Тр2 — ферритовое кольцо К28×18х8, НМ2000;
     w1 – 254 витков провода 0,25 — 0,35 мм.;
     w2-1 и w2-2 по 28 витков провода 0,6- 0,7 мм.;
     w3 – 12 витков провода 0,3 мм.
Размеры кольца рассчитаны на мощность побольше 20 ватт. но это неплохо, будет запас по диаметру провода и его  размещению  в окне ферритового кольца.
     Если нет такого ферритового  кольца, можно взять кольцо с  размерами побольше. Количество витков в обмотках можно оставить то же, а диаметры проводов в обмотках немного увеличить. Тогда  мощность инвертора увеличится.

Наладка схемы двухтактного преобразователя – инвертора.

     Перед включением устройства в сеть необходимо проверить все соединения проводов и деталей, согласно электрической схемы. Во избежание пробоя силовых транзисторов Т1 и Т2 в случае неправильного соединения проводов, в разрыв сети 220 вольт временно включают электрическую лампочку на 220 вольт, мощностью 40 -60 ватт. После наладки схемы, ее отключают.
     Еще раз проверить подключение обмоток w1 и w2 трансформатора Тр1 к базам транзисторов Т1, Т2.
     На выход преобразователя нужно подключить маломощную лампочку на 15 — 24 вольта, 0,1 ампера, для контроля работы устройства питания. В последующем ее можно будет снять.
      Включаем питание 220 вольт на вход схемы. Если все соединения проведены правильно, лампочка  "Л" должна загореться, устройство работает.
     Если же лампочка не загорелась, генератор не работает, необходимо поменять полярность подключения обратной связи на трансформаторе Тр2 (w3, точки 4, 5). Значение резистора  R5 примите 75 Ом.

     После этого все должно работать.
Постоянное напряжение на выходе инвертора  около 15 вольт, ток нагрузки до 1,5 ампера.
       Внимание! Изготовленный вами инвертор собран по простой схеме и не имеет никаких защит ни по напряжению, ни по току. Поэтому его нельзя перегружать свыше 20 -30 ватт! Имейте это в виду!




Трансформаторные или импульсные преобразователи напряжений и токов

 

Трансформаторные или импульсные преобразователи напряжения и тока. Что лучше?



style="display:inline-block;width:728px;height:90px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="4818068385">

   Существует много различных схем выпрямителей — преобразователей напряжений и токов. Они предназначены для преобразования переменного напряжения синусоидальной или прямоугольной формы, сначала в пульсирующее напряжение, а затем в постоянное напряжение заданной величины.
    В зависимости от назначения выпрямителя, его необходимой мощности, от параметров, предъявляемых к выходному напряжению, выбираются рабочие схемы выпрямителей — приобразователей напряжений.
    Они могут быть как очень простыми и содержать минимум деталей, так и довольно сложными и содержать электронные схемы управления процессом выпрямления и стабилизации выпрямленного напряжения.
    В быту, при изготовлении домашних самоделок, используются в основном выпрямители, преобразующие переменное напряжение бытовой сети 220 вольт в любое постоянное напряжение.

   Раньше, да и сейчас тоже, получение постоянного напряжения любой величины из переменного напряжения бытовой сети 220 вольт, осуществлялось по классической схеме.

   Последовательность преобразования:
 — бытовая сеть переменного напряжения 220 вольт 50 герц,
– трансформатор, преобразующий его в переменное напряжение другой величины той же частоты,
– выпрямительные диоды, преобразующие переменное напряжение в пульсирующее напряжение той же величины ,
– низкочастотный фильтр, состоящий из емкости и индуктивности, далее, если необходимо,
 — стабилизатор напряжения.
    На выходе всей этой длинной цепи получается постоянное напряжение заданной величины.

Преимущество схемы:
 — простота конструкции,
 — используются недорогие детали,
 — большой запас надежности при аварийной ситуации.

Недостатки схемы:
 — большой вес и габариты трансформатора, дросселя и конденсаторов, а в целом и всего выпрямителя;
 — низкий КПД, не превышающий 60%.

На рисунке простейшая схема выпрямителя — преобразователя напряжения с простым стабилизатором напряжения.

   Здесь на выходе трансформатора полученное низкое переменное напряжение выпрямляется диодным мостом. Получается пульсирующее напряжение, которое с помощью конденсатора сглаживается. Затем это напряжение стабилизируется транзисторным стабилизатором.

    В настоящее время повсеместно внедряется другая схема выпрямителя — преобразователя  напряжений — импульсный блок питания ИБП.

   Последовательность преобразования:
 — бытовая сеть переменного напряжения 220 вольт ,
– выпрямительные диоды и конденсатор. Получается постоянное напряжение, величиной в 310 вольт. Далее, с помощью генератора, работающего на частоте 15 – 150 килогерц, это постоянное напряжение преобразуется в переменное напряжение прямоугольной формы.

   С помощью ферритового трансформатора, трансформируется в необходимое переменное напряжение прямоугольной формы.
    Это переменное прямоугольное напряжение выпрямляется с помощью диодного мостика, фильтруется конденсатором и индуктивностью.
 На выходе получается постоянное напряжение заданной величины.

Преимущества схемы:
 — небольшие габаритные размеры деталей и в целом всего выпрямителя;
 — высокий КПД, доходящий до 90%;

Недостатки схемы:
 — дорогие комплектующие детали (транзисторы, конденсаторы, феррит);
 — из-за низкой надежности при аварии, необходимость применять сложные схемы защиты;
 — сильные электромагнитные поля излучения.

   На рисунке простая схема выпрямителя — преобразователя напряжения -  импульсного блока питания, ИБП, без цепей управления переключением транзисторов.

 Такая схема импульсного блока питания, и ей подобные,  это уже настоящая реальность...



style="display:inline-block;width:728px;height:90px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="4818068385">