Расчет блоков питания | Начинающим

К вспомогательным, но нужным устройствам относятся выключатель SA1, предохранитель FU1 и индикатор включения — миниатюрная лампа накаливания HL1, с номинальным напряжением, несколько большим напряжения вторичной обмотки трансформатора (лампы, горящие с недокалом, гораздо дольше служат).

Стабилизатор напряжения, если он имеется, включается между выходом выпрямителя и нагрузкой. Напряжение на его выходе, как правило, меньше U_вых, и на стабилизаторе тратится заметная мощность.

Начнем с расчета сетевого трансформатора. Его габариты и масса полностью определяются той мощностью, которую должен отдавать блок питания: Р_вых = U_вых • I_вых. Если вторичных обмоток несколько, то надо просуммировать все мощности, потребляемые по каждой из обмоток. К посчитанной мощности следует добавить мощность индикаторной лампочки Р_инд и мощность потерь на диодах выпрямителя

P_выпр = 2U_np • I_вых

,

где U_np — прямое падение напряжения на одном диоде, для кремниевых диодов оно составляет 0,6… 1 В, в зависимости от тока. U_np можно определить по характеристикам диодов, приводимых в справочниках.

От сети трансформатор будет потреблять мощность, несколько большую рассчитанной, что связано с потерями в самом трансформаторе. Различают «потери в меди» — на нагрев обмоток при прохождении по ним тока — это обычные потери, вызванные активным сопротивлением обмоток, и «потери в железе», вызванные работой по перемагничиванию сердечника и вихревыми токами в его пластинах Отношение потребляемой из сети к отдаваемой мощности равно КПД трансформатора η. КПД маломощных трансформаторов невелик и составляет 60…65 %, возрастая до 90 % и более лишь для трансформаторов мощностью несколько сотен ватт. Итак,

Р_тр = (Р_вых + Р_инд + Р_выпр)/η.

Теперь можно определить площадь сечения центрального стержня сердечника (проходящего сквозь катушку), пользуясь эмпирической формулой:

S² = P_тр.

В обозначениях магнитопроводов уже заложены данные для определения сечения. Например, Ш25х40 означает ширину центральной части Ш-образной пластины 25 мм, а толщину набора пластин 40 мм. Учитывая неплотное прилегание пластин друг к другу и слой изоляции на пластинах, сечение такого сердечника можно оценить в 8…9 см² , а мощность намотанного на нем трансформатора — в 65…80 Вт.

Площадь сечения центрального стержня магнитопровода трансформатора S определяет следующий важный параметр — число витков на вольт. Оно не должно быть слишком малым, иначе возрастает магнитная индукция в магнитопроводе, материал сердечника заходит в насыщение, при этом резко возрастает ток холостого хода первичной обмотки, а форма его становится не синусоидальной — возникают большие пики тока на вершинах положительной и отрицательной полуволн. Резко возрастают поле рассеяния и вибрация пластин. Другая крайность — излишнее число витков на вольт — приводит к перерасходу меди и повышению активного сопротивления обмоток. Приходится также уменьшать диаметр провода, чтобы обмотки уместились в окне магнитопровода. Подробнее эти вопросы рассмотрены в [1].

Число витков на вольт n у фабричных трансформаторов, намотанных на стандартном сердечнике из Ш-образных пластин, обычно рассчитывают , из соотношения n = (45…50)/S, где S берется в см². Определив n и умножив его на номинальное напряжение обмотки, получают ее число витков. Для вторичных обмоток напряжение следует брать на 10 % больше номинального, чтобы учесть падение напряжения на их активном сопротивлении.

Все напряжения на обмотках трансформатора (U_I и U_II на рис.) берутся в эффективных значениях. Амплитудное значение напряжений будет в 1,41 раза выше. Если вторичная обмотка нагружена на мостовой выпрямитель, то напряжение на выходе выпрямителя U

вых на холостом ходу получается практически равным амплитудному на вторичной обмотке. Под нагрузкой выпрямленное напряжение уменьшается и становится равным:

U_вых=1,41U_II — 2U_пр — I_вых r_тр.

Здесь r_тр — сопротивление трансформатора со стороны вторичной обмотки. С достаточной для практики точностью можно положить r_тp = (0,03…0,07)U_вых/I_вых, причем меньшие коэффициенты берутся для более мощных трансформаторов.

Определив числа витков, следует найти токи в обмотках. Ток вторичной обмотки I_II

= I_инд + P_вых/U_II. Активный ток первичной обмотки (обусловленный током нагрузки) I_IА = Р_тр/U_I. Кроме того, в первичной обмотке течет еще и реактивный, «намагничивающий» ток, создающий магнитный поток в сердечнике, практически равный току холостого хода трансформатора. Его величина определяется индуктивностью L первичной обмотки: I_Iр = U_I/2пfL.

На практике ток холостого хода определяют экспериментально — у правильно спроектированного трансформатора средней и большой мощности он составляет (0,1…0,3)I_IA. Реактивный ток зависит от числа витков на вольт, уменьшаясь с увеличением n. Для маломощных трансформаторов допускают l_lp

= (0,5…0,7)l_IA. Активный и реактивный токи первичной обмотки складываются в квадратуре, поэтому полный ток первичной обмотки I_I² = I_IA² + I_IР².

Определив токи обмоток, следует найти диаметр провода исходя из допустимой для трансформаторов плотности тока 2…3 А/мм². Расчет облегчает график, показанный на рис.[2].

Расчет самодельного регулируемого блока питания 0

Рис. 1. Схема двухполупериодного выпрямителя с фильтрующим конденсатором

Расчет выпрямителя

Поскольку в преобладающем большинстве кон­струкций самодельных блоков питания использу­ется двухполупериодный выпрями­тель, диоды которого включены по мостовой схеме (рис. 1), о выборе и расчете БП элементов здесь и пойдет раз­говор.

Рассчитать выпрямитель — зна­чит правильно выбрать выпрями­тельные диоды и конденсатор фильтра, а также определить необходимое переменное на­пряжение, снимаемое для выпрямления со вторичной об­мотки сетевого трансформатора.

Исходными данными для расчета выпрямителя служат: требуемое напряжение на нагрузке (U_н) и потребляемый ею максимальный ток (I_н). Расчет ведут в таком порядке.

1. Определяют переменное напряжение, которое долж­но быть на вторичной обмотке сетевого трансформатора:

U_n = вI,

где U_H — постоянное напряжение на нагрузке, В; В — коэффициент, зависящий от тока нагрузки, который опре­деляют по табл. 1.

таблица 1

2. По току нагрузки определяют максимальный ток, те­кущий через каждый диод выпрямительного моста:

Iд = 0,5СIн,

где Iд — ток через диод, А; Iн — максимальный ток нагруз­ки, А; С — коэффициент, зависящий от тока нагрузки (определяют по табл. 1).

3. Подсчитывают обратное напряжение, которое будет приложено к каждому диоду выпрямителя:

U_обр=1,5 U_н,

где U_обр — обратное напряжение, В; U_s — напряжение на нагрузке, В.

4. Выбирают диоды, у которых значения выпрямленно­го тока и допустимого обратного напряжения равны или превышают расчетные.
5. Определяют емкость конденсатора фильтра:

С_ф = 3200 I_B/U_HK_П.

Здесь Сф — емкость конденсатора фильтра, мкФ; I_н — максимальный ток нагрузки, A; U_s — напряжение на на­грузке, В; Ки — коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения (отношение амплитудного значения перемен­ной составляющей частотой 100 Гц на выходе выпрямителя к среднему значению выпрямленного напряжения).

Для различных нагрузок коэффициент пульсаций не должен превышать определенного значения, иначе в дина­мической головке или громкоговорителе будет прослуши­ваться фон переменного тока. Для питания портативных приемников и магнитофонов, например, допустим коэффи­циент пульсаций выпрямленного напряжения в пределах 10~³…10-², усилителей ВЧ и ПЧ — 10-⁴…10~³, предваритель­ных каскадов усилителей НЧ и микрофонных усилителей — 10~⁵…10~⁴. Если выходное напряжение выпрямителя будет дополнительно стабилизироваться транзисторным стабили­затором напряжения, то расчетная емкость конденсатора фильтра может быть уменьшена в 5…10 раз.

Расчет трансформатора блока питания

Зная необходимое на­пряжение на вторичной обмотке

(Un) и максимальный ток нагрузки (I_н), трансформатор рассчитывают в такой после­довательности.

1. Определяют значение тока, текущего через вторичную обмотку трансформатора:

I_II=1.5I_н,

где I_И — ток через обмотку II трансформатора, А; I_н — максимальный ток нагрузки, А.

2. Определяют мощность, потребляемую выпрямителем от вторичной обмотки трансформатора:

где Р_II — максимальная мощность, потребляемая от вторич­ной обмотки, Вт;

U_II — напряжение на вторичной обмотке, В; I_II — максимальный ток через вторичную обмотку транс­форматора, А.

3. Подсчитывают мощность трансформатора:

P_тр = 1,25 Р_П,

где Р_Тр — мощность трансформатора, Вт; Рц — максималь­ная мощность, потребляемая от вторичной обмотки трансформатора, Вт. Если трансформатор должен иметь не­сколько вторичных обмоток, то сначала подсчитывают их суммарную мощность, а затем мощность самого трансфор­матора.

4. Определяют значение тока, текущего в первичной обмотке:

где I_I — ток через обмотку I, А; Р_тр — подсчитанная мощ­ность трансформатора, Вт; U_I — напряжение на первичной обмотке трансформатора (сетевое напряжение).

5. Рассчитывают необходимую площадь сечения сердеч­ника магнитопровода:

где S — сечение сердечника магнитопровода, см²; Р_тр — мощность трансформатора, Вт.

6. Определяют число витков первичной (сетевой) об­мотки:

w_I = 50 U_I/S,

где w_I — число витков обмотки; Ui — напряжение на пер­вичной обмотке, В; S — сечение сердечника магнитопро­вода, см².

7. Подсчитывают число витков вторичной обмотки:

w_II = 55 U_II/S,

где дои — число витков вторичной обмотки; Uu — напря­жение на вторичной обмотке, В; S — сечение сердечника магнитопровода, см².

8. Определяют диаметры проводов обмоток трансфор­матора:

где d — диаметр провода, мм; I — ток через обмотку, мА. Диаметр провода обмотки можно также определить по табл. 2.

таблица 2

 

После этого можно приступить к подбору подходящего трансформаторного железа и провода, изготовлению кар­каса и, наконец, выполнению обмоток. Но Ш-образные трансформаторные пластины имеют неодинаковую площадь окна, поэтому нужно проверить, подойдут ли выбранные пластины для трансформатора, т. е. разместится ли про­вод на каркасе трансформатора. Для этого достаточно под­считанную ранее мощность трансформатора умножить на 50 — получится необходимая площадь окна, выраженная в мм². Если в подобранных пластинах она больше или рав­на вычисленной, железо можно использовать для трансфор­матора.

При выборе сердечника магнитопровода нужно также учитывать и то обстоятельство, что отношение ширины сер­дечника к толщине набора (отношение сторон сердечника) должно быть в пределах 1…2.

В качестве трансформаторов питания радиолюбители часто используют унифицированные выходные трансформа­торы кадровой развертки телевизоров (трансформаторы ТВК). Промышленность выпускает несколько видов таких трансформаторов, и каждый из них при работе с выпря­мителем, выполненным по мостовой схеме, позволяет полу­чить на нагрузке вполне определенные напряжения в за­висимости от потребляемого ею тока. Эти параметры све­дены в табл. 3, которая поможет в выборе трансформатора ТВК для того или иного блока питания.

Таблица 3

Расчет стабилизатора напряжения. Для получения бо­лее постоянного напряжения на. нагрузке при изменении потребляемого тока к выходу выпрямителя подключают стабилизатор, который может быть выполнен по схеме, приведенной на рис. 2. В таком устройстве работают стаби­литрон V5 и регулирующий транзистор V6, Расчет позволит выбрать все элементы стабилизатора, исхо­дя из заданного выходного напряжения U_n и максимального тока нагрузки I_н. Однако оба эти параметра не должны превышать параметры уже рассчитанного выпрямителя. А если это условие нарушается, тогда сна­чала рассчитывают стабилизатор, а затем — выпрямитель и трансформатор питания

Рис. 2. Схема стабилизатора напряженияРис. 3. Схема стабилизатора с дополнительным регулирующим транзистором

Расчет стабилизатора БП

Расчет стабилизатора ведут в следую­щем порядке.

1. Определяют необходимое для работы стабилизатора входное напряжение (U_Bbm) при заданном выходном (U_B):

Здесь цифра 3, характеризующая минимальное напря­жение между коллектором и эмиттером транзистора, взята в расчете на использование как кремниевых, так и герма­ниевых транзисторов. Если стабилизатор будет подклю­чаться к готовому или уже рассчитанному выпрямителю, в дальнейших расчетах необходимо использовать реальное значение выпрямленного напряжения U_BЫП.

2. Рассчитывают максимально рассеиваемую транзисто­ром мощность:

P_max = l,3(U_BЫП — U_H) I_н.

3. Выбирают регулирующий транзистор. Его предельно допустимая рассеиваемая мощность должна быть больше значения Р_тах, предельно допустимое напряжение между эмиттером и коллектором — больше U_BЫП, а максимально допустимый ток коллектора — больше I_н.
4. Определяют максимальный ток базы регулирующего транзистора:

I_{б. макс} = I_н/h_{21э мин},                

где h_21Эмин — минимальный коэффициент передачи тока выбранного (по справочнику) транзистора.

5. Подбирают подходящий стабилитрон. Его напряже­ние стабилизации должно быть равно выходному напряже­нию стабилизатора, а значение максимального тока стаби­лизации превышать максимальный ток базы I_{б. макс}.
6. Подсчитывают сопротивление резистора R1;

R_l = (U_ВЫП—U_СT)/(I_{б. МAКС} + I_{СТ. МИН}).

Здесь R₁ — сопротивление резистора R1, Ом; U_ст— — напряжение стабилизации стабилитрона, В; h. макс — вы­численное значение максимального тока базы транзистора, мА; I_{ст. мин} — минимальный ток стабилизации для данного стабилитрона, указанный в справочнике (обычно 3…5 мА).

7. Определяют мощность рассеяния резистора R1:

Может случиться, что маломощный стабилитрон не подойдет по максимальному току стабилизации и придется выбирать стабилитрон значительно большей мощности — такое случается при больших токах потребления и исполь­зовании транзистора с малым коэффициентом h_21Э. В таком случае целесообразно ввести в стаби­лизатор дополнительный транзистор V7 малой мощности (рис. 3), который позволит снизить максимальный ток нагрузки для стабилитрона (а значит, и ток стабилизации) примерно в Й21э раз и применить, соответственно, мало­мощный стабилитрон.

В приведенных здесь расчетах от­сутствует поправка на изменение сете­вого напряжения, а также опущены некоторые другие уточнения, услож­няющие расчеты. Проще испытать соб­ранный стабилизатор в действии, изменяя его входное на­пряжение (или сетевое) на ±10 % и точнее подобрать ре­зистор R1 по наибольшей стабильности выходного напря­жения при максимальном токе нагрузки.

8. Блок питания. Расчет трансформатора

Расчет трансформатора

---

 

Зная необходимое напряжение на вторичной обмотке (U₂) и максимальный ток нагрузки (I_н), трансформатор рассчитывают в такой последовательности.

1. Определяют значение тока, текущего через вторичную обмотку трансформатора:

I₂ = 1,5 I_н,

где: I₂ — ток через обмотку II трансформатора, А;
I_н — максимальный ток нагрузки, А.

2. Определяют мощность, потребляемую выпрямителем от вторичной обмотки трансформатора:

P₂ = U₂ I₂,

где: P₂ — максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки, Вт;
U₂ — напряжение на вторичной обмотке, В;
I₂ — максимальный ток через вторичную обмотку трансформатора, А.

3. Подсчитывают мощность трансформатора:

P_тр = 1,25 P₂,

где: P_тр — мощность трансформатора, Вт;
P₂ — максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки трансформатора, Вт.

Если трансформатор должен иметь несколько вторичных обмоток, то сначала подсчитывают их суммарную мощность, а затем мощность самого трансформатора.

4. Определяют значение тока, текущего в первичной обмотке:

I₁ = P_тр / U₁,

где: I₁ — ток через обмотку I, А;
Р_тр — подсчитанная мощность трансформатора, Вт;
U₁ — напряжение на первичной обмотке трансформатора (сетевое напряжение).

5. Рассчитывают необходимую площадь сечения сердечника магнитопровода:

S = 1,3 P_тр,

где: S — сечение сердечника магнитопровода, см2;
Р_тр — мощность трансформатора, Вт.

6. Определяют число витков первичной (сетевой) обмотки:

w₁ = 50 U₁ / S,

где: w₁ — число витков обмотки;
U₁ — напряжение на первичной обмотке, В;
S — сечение сердечника магнитопровода, см2.

7. Подсчитывают число витков вторичной обмотки:

w₂ = 55 U₂ / S,

где: w₂ — число витков вторичной обмотки;
U₂ — напряжение на вторичной обмотке, В;
S-сечение сердечника магнитопровода, см2.

8. Определяют диаметры проводов обмоток трансформатора:

d = 0,02 I,

где: d-диаметр провода, мм;
I-ток через обмотку, мА.

Диаметр провода обмотки можно также определить по табл. 2.

Iобм, ma	£ 25	25 … 60	60 … 100	100 … 160	160 … 250	250 … 400	400 … 700	700 … 1000
d, мм	0,1	0,15	0,2	0,25	0,3	0,4	0,5	0,6

 

        После этого можно приступить к подбору подходящего трансформаторного железа и провода, изготовлению каркаса и, наконец, выполнению обмоток. Но Ш-образные трансформаторные пластины имеют неодинаковую площадь окна, поэтому нужно проверить, подойдут ли выбранные пластины для трансформатора, т. е. разместится ли провод на каркасе трансформатора. Для этого достаточно подсчитанную ранее мощность трансформатора умножить на 50 — получится необходимая площадь окна, выраженная в мм². Если в подобранных пластинах она больше или равна вычисленной, железо можно использовать для трансформатора.

        При выборе сердечника магнитопровода нужно также учитывать и то обстоятельство, что отношение ширины сердечника к толщине набора (отношение сторон сердечника) должно быть в пределах 1…2.

        В качестве трансформаторов питания радиолюбители часто используют унифицированные выходные трансформаторы кадровой развертки телевизоров (трансформаторы ТВК). Промышленность выпускает несколько видов таких трансформаторов, и каждый из них при работе с выпрямителем, выполненным по мостовой схеме, позволяет получить на нагрузке вполне определенные напряжения в зависимости от потребляемого ею тока. Эти параметры сведены в табл. 3, которая поможет в выборе трансформатора ТВК для того или иного блока питания.

 

Трансформатор	Выпрямленное напряжение при токе нагрузки, А
	0	0,3	0,5	0,8	1,0
ТВК-70Л2	14	11,5	10,5	9	8
ТВК-110Л1	28	26	25	24	23
ТВК-110Л2, ТВК 110ЛМ	17	15	14	13,5	12,5

 

Расчет трансформаторного блока питания: методика, формула, подбор устройства

Практически любой образец современной техники нуждается в трансформаторе. Этот элемент электрической сети предусматривают в схеме подключения для разделения сетей постоянного и переменного тока, соединений с разными напряжениями и т.д. В домашних условиях сделать простейший трансформатор в состоянии любой радиолюбитель, ничего сложного в состав устройства не входит, однако необходимо рассчитать трансформаторный блок питания.

Методика расчета импульсного трансформатора

Еще со школьной скамьи любой человек помнит, что эффективность преобразования зависит от количества витков на первичной и вторичной обмотке трансформатора, а сама работа устройства основана на явлении индуктивности. Но не совсем ясно, как учесть количество витков, соотнести первичную и вторичную обмотку с выбранным типом трансформатора, а так же учесть неизбежные потери напряжения.

Отмечу, что импульсный трансформатор можно считать простейшим представителем устройств. При этом в заводском варианте выпускают следующие типы подобных устройств:

1. Стержневой.
2. Броневой.
3. Тороидальный.
4. Бронестержневой.

Сразу скажу, что в статье речь пойдет именно о расчете тороидального трансформатора, поскольку именно этот вид устройства прост в изготовлении и расчете. Теоретически дома можно изготовить и стержневое устройство, но для него требуется обустройство катушки. К этому процессу предъявляются повышенные требования в плане аккуратности выполнения работ. Поэтому проще не замахиваться на изготовление заводской продукции в кустарных условиях, тем более что и тороидальные модели прекрасно работают.

Остальные же варианты трансформаторов и вовсе изготовить в условиях домашней мастерской невозможно. Если говорить о расчете, то в качестве исходных данных вам потребуется:

• Напряжение на входе. Его можно просто замерить в сети, хотя чаще всего этот параметр равен 220В.
• Параметры тока на выходе. Сюда в обязательном порядке относят напряжение и силу тока в сети после преобразователя.

Все остальное рассчитывается.

Вручную

Конечной целью расчета считается определение параметров на первичной и вторичной обмотке. Проблемой является необходимость определения трех параметров, которые простому человеку найти довольно сложно. В силу этой причины в СССР была разработана табличная методика расчета.

P	W1	W2	S	η
Меньше 10 Вт	41/S	38/S		0,8
Меньше 30 Вт	36/S	32/S		0,9
Меньше 50 Вт	33/S	29/S		0,92
Меньше 120 Вт	32/S	28/S		0,95

Стоит просто идти по строке, расчет строится на результатах проведенных в лабораториях опытов. То есть все формулы – чистая практика.

При помощи специального ПО

Существуют различные программы для обработки данных и расчета трансформатора. Сюда входит множество онлайн и оффлайн приложений. В отдельности стоит выделить программу ExcellentIT 8.1. Это бесплатное программное обеспечение от одного из постоянных обитателей форумов об электросиловых установка.

После запуска программы перед вами появится несколько окон с пустыми полями вводных данных. После их заполнения нажимается кнопка «Ок» и компьютер делает все за вас. Результаты вычислений ПО и ручного расчета примерно одинаковы, так как именно на основании табличной методики разработаны практически коды компьютерного обеспечения для расчета трансформаторов.

Примеры расчета

Порядок вычислений по таблице выглядит следующим образом:

Мощность вторичного пользователя

• Определим мощность вторичного пользователя трансформатора. Формулу изучали в 9 классе на уроках физики:

Р = U_{н *} I_н = 24*1,8 = 43,2 Вт – примем условное напряжение вторичного источника в 24 Вт и силу тока в 1,8 А. В общем и целом это рядовые значения электроники средней сложности

Но вот проблема, в таблице используется габаритная мощность. Для ее нахождения придется использовать КПД, а по таблице КПД определяется в зависимости от используемой габаритной мощности. Поэтому используем предположение, что габаритная мощность находится в том же числовом промежутке, что и вычисленное значение («Меньше 50»).

Габаритная мощность

Тогда мы знаем КПД=0,92 и можем посчитать габаритную мощность трансформатора.

• Р_г= Р/ η= 43,2 / 0,92 = 48Вт – а вот по этому значению уже можно выбирать дальнейшее решение, но это все та же категория «Меньше 50». Если бы габаритная мощность не попала в предполагаемый интервал, пришлось бы провести повторные вычисления для большего интервала. Если и больший интервал не подойдет, значит можно смело использовать меньший. Вычисления несложные, поэтому любое их количество все равно сэкономит время на поиск сложных параметров расчета.
• Определим площадь поперченного сечения. Согласно таблице формула выглядит так:

Результат получаем в см². Следующим шагом берется любой каталог с выпускаемыми в России сердечниками. В первую очередь нас интересуют сердечники из ферримагнитного железа. Проверяем выбор по соответствию посчитанной площади.

К примеру, нам может подойти модель сердечника – ОЛ50/80 – 40; его площадь поперечного сечения равняется 6, что можно считать практически равной посчитанной.

Количество витков

• Посчитаем количество витков на первой обмотке.

w₁ = 33.3/S = 33.3/6 = 5.55 витков на 1 вольт

Здесь нужно обратить внимание на две вещи. Во-первых, витки посчитаны на 1 вольт, то есть это еще не конечный результат. Во-вторых, для расчета использовалось значение не теоретического сердечника, а реального, подобранного в соответствии с посчитанной величиной поперечной площади.

Остальные витки

• Теперь в соответствие с формулами можно найти и оставшиеся значения витков:

W_1-1 = w₁ * U_с =5.55 * 220 = 1221 виток; W_1-2 = w₁ * U_н = 5,55 * 24 = 133 витка.

Импульсные трансформаторы отличаются тем, что потери в них преодолеваются с помощью активного сопротивления, а не плотности потока. Чтобы уменьшить потери мощности на этот процесс и приблизить расчеты к реальности, количество витков увеличивают на 3 процента. Во всем мире это значение признается достаточным для того, чтобы уменьшить потери.

W_1-2 = 133 * 1,03 = 137 витков

Диаметр провода обмотки

• Окончательным вычисление станет после определения требуемого диаметра провода обмотки:

d = 1,13 √(I / j)

Иначе говоря, сила тока делится на плотность потока, которую ищут по таблице, представленной внизу.

Конструкция трансформатора	Габаритная мощность трансформатора
	5-10	10-50	50-150	150-300	300-1000
Кольцевая	4,5-5,0	4,0-4,5	3,5-4,5	3,0-3,5	2,5-3,0

Так как мощность приближается к верхней границе интервала 10-50, выберем значение 4,5. Тогда диаметр можно посчитать как:

D=1,13 √(1,8 / 4,5)=0,71 мм – по заводской таблице выбрать подходящий вариант.

Возможные схематические решения

Схем подключения вторичной обмотки трансформаторов, да и вообще всей электроники две:

• Звезда, которая используется для повышения мощности сети.
• Треугольник, который поддерживает постоянное напряжение в сети.

Вне зависимости от выбранной схемы, наиболее трудными считается изготовление и подключение небольших трансформаторов. Сюда относится и столь популярный в запросах поисковиков аtx. Это модель, которая устанавливается в системных блоках компьютеров, и изготовить ее самостоятельно крайне трудно.

В число трудностей при изготовлении маленьких трансформаторов стоит отнести сложность обмотки и изоляции, правильного подключения вторичной обмотки вне зависимости от выбранной схемы, а так же сложности с поиском сердечника. Короче говоря, проще и дешевле такой трансформатор купить. А вот как выбрать подходящую модель – это совсем другая история.

Как подобрать подходящий трансформатор

Выбрать подходящий трансформатор можно большим количеством способов, но львиная доля это безысходность или незнание мастера. Выделим три наиболее простых и применимых в практике метода:

• Первый. Взять старый трансформатор, вышедший из строя. Посмотреть маркировку и найти в Интернете аналог. Если вдруг трансформатор требуется для иных целей, придется повозиться.
• Второй способ: практический. Для этого следует замерить напряжение и силу тока в сети, а затем посмотреть требуемые параметры устройства, которое планируется подключать через трансформатор. После этого нужно посчитать коэффициент трансформации и, вооружившись этими знаниями, идти выбирать подходящую модель.
• Третий способ: аналитический. Воспользоваться приведенным в статье расчетом или программным обеспечением, чтобы определить конкретные параметры модели. Если учесть, что в примере используются реальные сердечники и диаметры проводов, то реально найти устройство, которое будет соответствовать заявленным требованиям.

Можно ли использовать планарный трансформатор

Конечно, можно. Но, вопрос в том, нужно ли. Планарным трансформатором зовут устройство на основе распечатанной платы. Использование подобных моделей незаменимо для компактной техники, вроде телефонов, компьютеров и прочего.

Однако, если речь идет о замене или самостоятельном конструировании прибора, то столь инновационная технология не нужна в силу дороговизны и сложности монтажа.

Не нужно изобретать велосипед: есть целый ряд методик расчета, создания и монтажа традиционных трансформаторов, которые готовы выполнить для пользователя практически любую задачу. Использование планарного трансформатора оправдано только при предъявлении к устройству требования особой компактности и мобильности.

Как подобрать трансформатор для блока питания

Проще всего подобрать трансформатор для бока питания на радиорынке, если, конечно, он есть в вашем городе. Там же можно договориться о перемотке трансформатора. Но, и трансформаторы, и услуги по их перемотке достаточно дороги.

На радиорынке всегда,  можно подобрать и купить трансформатор как Б/у так и новый.

Если у Вас в сарае или на балконе валяется какая-нибудь ненужная техника, то наверняка в ней есть и трансформаторы. Любой разборный сетевой трансформатор очень легко переделать под свои нужды. Самое главное, чтобы хватило его габаритной мощности.

Если мощность трансформатора меньше требуемой, то под нагрузкой выходное напряжение трансформатора может существенно просесть. Но, это тоже не беда, так как микросхемы типа TDA2030, TDA2040 и TDA2050 могут работать при значительном снижении напряжения питания, а именно: ±6, ±2,5 и ±4,5 Вольт соответственно.

Маловероятно, что вторичные обмотки найденного трансформатора подойдут по току и напряжению, но первичная обмотка уже рассчитана на напряжение осветительной сети и это самое лучшее подспорье, так как перемотать вторичную обмотку намного проще, чем первичную.

Хорошо, если это будет стандартный унифицированный трансформатор, тогда можно по его наименованию точно определить напряжения и максимально допустимые токи вторичных обмоток. Такие трансформаторы не поддаются разборке, поэтому прежде чем его покупать, нужно сверить название с данными в справочнике.

В сайте есть ссылка на справочник, в котором можно найти подробную информацию о большинстве унифицированных трансформаторов советского и постсоветского производства.

Если же это будет трансформатор без опознавательных знаков, то вероятность того, что его придётся перематывать, будет стремиться к 99%. За такой трансформатор много платить не стоит.

При покупке трансформатора на кольцевом магнитопроводе, следует иметь в виду, что не каждый трансформатор можно разобрать, не повредив первичной обмотки.

• Годится для замены вторичной обмотки
• Нужно мотать первичную обмотку
• Нужно мотать первичную обмотку.

Видео: ГДЕ ВЗЯТЬ ИДЕАЛЬНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР ДЛЯ ЛАБОРАТОРНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ

В этом видео рассмотрен трансформатор от музыкального центра. На его основе можно сделать лабораторный блок питания. На выходе у него 35 вольт 20 ампер. Так же есть выход на 4,7 вольт 4 ампер для usb зарядников.

Как рассчитать и намотать силовой низкочастотный трансформатор для блока питания УНЧ?

Эта тема возникла в связи с написанием статьи о самодельном усилителе низкой частоты. Хотел продолжить повествование, рассказав о блоке питания и добавив ссылку на какую-нибудь популярную статью о перемотке трансформаторов, но не нашёл простого понятного описания. Что ж поделаешь, всё нужно делать самому.  http://oldoctober.com/

В этом опусе я расскажу, на примере своей конструкции, как рассчитать и намотать силовой трансформатор для УНЧ. Все расчёты сделаны по упрощённой методике, так как в подавляющем большинстве случаев, радиолюбители используют уже готовые трансформаторы. Статья рассчитана на начинающих радиолюбителей.

 

Как определить необходимую мощность силового трансформатора для питания УНЧ?

Я решил собрать простой усилитель мощностью 8-10 Ватт в канале, на самых дешёвых микросхемах, которые только удалось найти на местном радиорынке. Ими оказались – TDA2030 ценой всего по 0,38$.

 

Предполагаемая мощность в нагрузке должна составить 8-10 Ватт в канале:

 

10 * 2 = 20W

 

КПД микросхемы TDA2030 по даташиту (datasheet) – 65%.

 

20 / 0,65 = 31W

 

Я подобрал трансформатор с витым броневым магнитопроводом, так что, КПД можно принять равным – 90%.http://oldoctober.com/

 

31 / 0,9 = 34W

 

Приблизительно оценить КПД трансформатора можно по таблице.

Мощность трансформатора (Вт)	КПД трансформатора (%)
	Броневой штампованный	Броневой витой	Стержневой витой	Кольцевой
5-10	60	65	65	70
10-50	80	90	90	90
50-150	85	93	93	95
150-300	90	95	95	96
300-1000	95	96	96	96

 

Значит, понадобится сетевой трансформатор мощностью около 30-40 Ватт. Такой трансформатор должен весить около килограмма или чуть больше, что, на мой взгляд, прибавит моему мини усилителю устойчивости и он не будет «бегать» за шнурами.

Если мощность трансформатора больше требуемой, то это всегда хорошо. У более мощных трансформаторов выше КПД. Например, трансформатор мощностью 3-5 Ватт может иметь КПД всего 50%, в то время как у трансформаторов мощностью 50–100 Ватт КПД обычно около 90%.

Итак, с мощностью трансформатора вроде всё более или менее ясно.

Теперь нужно определиться с выходным напряжением трансформатора.

Какую схему питания УНЧ выбрать?

Для питания микросхемы, я решил использовать двухполярное питание.

При двухполярном питании не требуется бороться с фоном и щелчками при включении. Кроме того, отпадает необходимость в разделительных конденсаторах на выходе усилителя.

Ну, и самое главное, микросхемы, рассчитанные на однополярное питание и имеющие соизмеримый уровень искажений, в несколько раз дороже.

Это схема блока питания. В нём применён двухполярный двухполупериодный выпрямитель, которому требуются трансформатор с двумя совершенно одинаковыми обмотками «III» и «IV» соединёнными последовательно. Далее все основные расчёты будут вестись только для одной из этих обмоток.

Обмотка «II» предназначена для питания электронных регуляторов громкости, тембра и стереобазы, собранных на микросхеме TDA1524. Думаю описать темброблок в одной из будущих статей.

Ток, протекающий через обмотку «II» будет крайне мал, так как микросхема TDA1524 при напряжении питания 8,5 Вольта потребляет ток всего 35мА. Так что потребление здесь ожидается менее одного Ватта и на общей картине сильно не отразится.

Расчёт выходного напряжения (переменного тока) трансформатора работающего на холостом ходу или без существенной нагрузки.

Этот расчёт необходимо сделать, чтобы обезопасить микросхему от пробоя.

Максимальное допустимое напряжение питания TDA2030 – ±18 Вольт постоянного тока.

Для переменного тока, это будет:

 

18 / 1,41 = 12,8 V

 

Падение напряжения на диоде* выпрямителя при незначительной нагрузке – 0,6 V.

 

12,8 + 0,6 = 13,4 V

 

* Схема применённого выпрямителя построена так, что протекающий в любом направлении ток создаёт падение напряжения только на одном из диодов. При использовании одной вторичной обмотки и мостового выпрямителя, таких диодов будет два.

При повышении напряжения сети, напряжение на выходе выпрямителя увеличится. По нормативам, напряжение сети должно быть в пределах – -10… +5% от 220-ти Вольт.

Уменьшаем напряжение на вторичной обмотке трансформатора для компенсации повышения напряжения сети на 5%.

 

13,4 / 1,05 = 12,8 V

 

Мы получили значение максимального допустимого напряжения переменного тока на вторичной обмотке трансформатора при питании микросхемы TDA2030 от двухполярного источника без стабилизации напряжения.

Проще говоря, это чтобы напряжение не вылезло за пределы ±18V и не спалило микруху.

 

Те же значения для этой линейки микросхем.

Тип микросхемы	На выходе трансформатора (~В)	Напряжение питания max (±В)
TDA2030	12,8	18
TDA2040	14	20
TDA2050	17,5	25

 

 

Расчёт напряжения (постоянного тока) на выходе блока питания работающего при максимальной нагрузке.

Этот расчёт необходимо сделать, чтобы оценить максимальную мощность на нагрузке и ограничить её путём снижения напряжения, если она выйдет за допустимые пределы для данного типа микросхемы или нагрузки.

Под нагрузкой напряжение переменного тока на вторичной обмотке понижающего трансформатора может уменьшиться. Поэтому, на практике, его искусственно завышают на 10%.

 

12,8 / 1,1 = 11,64V

 

Падение напряжения на диоде* выпрямителя резко возрастёт под нагрузкой и может достигнуть, в зависимости от типа диода, – 1,2… 1,8V. Так как я использую всякий хлам (КД226), то выбираю 1,8V.

 

11,64 – 1,8 = 9,8V

 

* Схема применённого выпрямителя построена так, что протекающий в любом направлении ток создаёт падение напряжения только на одном из диодов. При использовании одной вторичной обмотки и мостового выпрямителя, таких диодов будет два.

Как перемотать трансформатор из блока питания ПК

Перед тем как начать перемотку трансформатора, его нужно разобрать. О простом методе разборки импульсного трансформатора из блока питания ПК можно прочитать тут.

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

Можно перемотать трансформатор для самого блока питания ПК, делается это для того, чтобы повысить выходное напряжение, при переделке БП ПК в регулируемый. В данном случае можно первичную обмотку оставить родной. Чаще всего, первичная обмотка импульсных трансформаторов из БП ПК разделена на две части. То есть, сначала мотается половина первичной обмотки, потом мотаются вторичные обмотки и сверху мотается вторая половина первичной обмотки. Так же, первичные полуобмотки могут иметь экран, в виде медной фольги.

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

Лично я при переделке блоков питания ПК в регулируемый перематываю первичную и вторичную обмотки с нуля, пересчитывая их в программе Lite-CalcIT. При новом расчете следует учесть тот факт, что частота ШИМ у блоков питания ПК 30-36 кГц.

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

Скачиваем и запускаем программу Lite-CalcIT. Вбиваем  нужные нам напряжения и диаметры обмоточных проводов. Также указываем схему преобразования и схему выпрямления. Частота преобразования в моем случае 50 кГц, если трансформатор рассчитывается для переделки БП ПК в регулируемый, то следует указать частоту преобразования 30 кГц, иначе из-за малого количества витков, сердечник войдет в насыщение и по первичной обмотке начнет протекать очень большой ток холостого хода.

Вторичных обмотки будет две, с отводом от середины. Номинальное напряжение указывается для одной обмотки. В моем расчете номинальное напряжение стоит 32 Вольта, это значит, что после выпрямления, относительно среднего вывода мы получим +32 Вольта и -32 Вольта. Так как я рассчитываю трансформатор под импульсный источник питания УНЧ, то мне нужно двухполярное питание +-32 Вольта, соответственно схема выпрямления указана двухполярной, со средней точкой.

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

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

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

— Число витков первичной обмотки 38;

-Число витков вторичной обмотки  10+10 двумя жилами указанного провода.

Начинаем мотать транс.

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

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

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

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

Кладем изоляцию. Все, первичка готова.

Пример намотки первичной обмотки на частоту 30 кГц.

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

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

Изолируем первичную обмотку от вторичной.

 

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

Мотаем вторичную обмотку импульсного трансформатора.

Подпаиваем два провода к выводу нашего транса от БП ПК.

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

Оставляем хвост и изолируем.

 

Далее подпаиваем еще два провода к другим контактам.

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

Оставляем хвост.

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

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

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

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

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

Похожие статьи