Пошаговое проектирование прямоходового трансформатора

November 25, 2011 by admin Комментировать »

Прямоходовый трансформатор выполняет две основные функции:

•                обеспечение диэлектрического изоляционного барьера от входа к выходу;

•                повышение или понижение сигнала входного переменного напряжения с ши- ротно-импульсной модуляцией.

Ход проектирования превращается в пошаговую процедуру.

Прямоходовый трансформатор не хранит никакой энергии, за исключением небольшого ее количества, связанного с намагничиванием самого материала сердечника. Существуют только два основных аспекта, которые важны во время общего схематического проектировании трансформатора:

•                пиковая рабочая магнитная индукция (ВтУ) никогда не должна близко приближаться к состоянию насыщения или входить в это состояние во всем рабочем диапазоне источника питания;

•                достаточную ли точность выходного напряжения в сравнении с проектной спецификацией обеспечивают полученные обмотки?

Другие аспекты важны в процессе физической намотки проволоки и касаются потерь в обмотке, индуктивности рассеяния, экранирования, наличия и физического пространства. Сейчас же их рассматривать нет необходимости.

Первый шаг заключается в определении количества витков первичной обмотки. Для этого используются параметры из спецификации конкретного сердечника и его материала. Кроме того, уже должен быть определен минимальный уровень магнитной индукции. Число витков вычисляется по следующей формуле:

где: Ас — эффективная площадь поперечного сечения рассчитываемого сердечника, м2; Fin(nom) — типичное рабочее входное напряжение, В; В,шх — максимальная рабочая магнитная индукция, Тл (вебер/м2).

Это число витков теперь будет служить отправной точкой для расчета всех других обмоток.

Далее определим количество витков вторичной обмотки с самой большой выходной мощностью. При этом нельзя оставить без внимания падение напряжения на выходных выпрямителях. Для вычисления числа витков для этой обмотки используем следующую формулу:

где: Vfwd — падение прямого напряжения предполагаемого выходного выпрямителя; •DCmax— максимальный ожидаемый рабочий цикл (хорошее значение— 0,95); ^in(min)— минимальное ожидаемое входное напряжение.

По этой же формуле можно рассчитывать необходимо число витков вторичных обмоток при самом низком предполагаемом входном напряжении. При любом входном напряжении, значение которого ниже этого, стабилизация нарушается.

Следующий шаг заключается в определении количества витков других вторичных обмоток на основании числа витков первой вторичной обмотки. Для этого используется формула:

где: Fout(n)— дополнительное выходное напряжение; VD — предполагаемый падение прямого напряжения выпрямителя.

Результатом этого расчета всегда будет нецелое число, однако многие сердечники могут содержать только целое количество витков. Следовательно, результаты следует округлить до ближайшего целого значения. Это приводит к ошибкам в конечных выходных напряжениях этих дополнительных выходов, поэтому необходимо проверить, не слишком ли эти ошибки велики для приложения.

Используя исходные величины "вольт на виток" выходов, рассчитайте новые выходные напряжения по округленным значениям числа витков в дополнительных обмотках. Если ошибка по какому-либо выходному напряжению окажется слишком большой, сначала измените технологию выпрямителя — на тот, который имеет более высокий или более низкий уровень падения прямого напряжения. Если этого окажется недостаточно, добавьте один виток к исходной выходной обмотке, рассчитайте новые количества витков на дополнительных обмотках и снова выполните оценку полученной ошибки. Если результат по-прежнему окажется неприемлемым, вернитесь к первичной обмотке, добавьте витков и выполните повторные расчеты для вторичных обмоток. Помните, что добавление витков на первичной обмотке смещает в безопасном направлении низшей магнитной индукции, а добавление витков ко вторичной обмотке приводит к нарушению стабилизации при более низком входном напряжении. Такой итеративный процесс следует продолжать до тех пор, пока все выходы не будут иметь приемлемые величины ошибок по отношению к "идеальному" выходному напряжению. При этом незначительную остаточную ошибку в выходных напряжениях проектировщик должен воспринимать как факт, с которым следует смириться.

Следующим шагом является решение вопроса о том, каким образом будут расположены вторичные обмотки. То есть, хотите ли вы иметь изолированные вторичные обмотки, обмотки со средней точкой или без средней точки, или же использовать вторичные обмотки в "автотрансформаторном" стиле, совместно использующие обмотки выходов более низкого напряжения (рис. 3.18).

Рис. 3.18. Размещение вторичных обмоток в прямоходовом режиме: а — вторичные обмотки с центральной точкой; б — двухполупериодные вторичные обмотки; в — изолированные вторичные обмотки

Помните, что количество тока, протекающего через каждую половину обмотки с центральной точкой, составляет половину непрерывного тока и, следовательно, требуется лишь половина площади поперечного сечения проволоки. Кроме того, автотрансформаторные обмотки имеют более одного выходного тока, протекающего через низшую обмотку, поэтому необходимо подбирать диаметр проволоки.

Наконец, в "бумажном проекте" разработчик должен удостовериться, что витки при выбранном диаметре проволоки укладываются в пространстве, отведенном для обмоток. Это выполняется путем умножения количества витков на поперечное сечение проволоки для каждой обмотки, после чего следует удостовериться, что полученное значение не превышает области обмотки, определенной для сердечника или катушки.

где к — значение в пределах от 1,2 до 1,4 для недостаточности обмоток и изоляционной ленты.

На заключительном шаге проектирования выбирается метод для физического конструирования трансформатора, о чем речь пойдет далее в разделе 3.5.8.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты