Онлайн калькулятор трансформатора: Электротехнические калькуляторы онлайн / Элек.ру

Содержание

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 = Uн * Iн = 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.

  • Рг= 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.

w= 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:

W1-1 = w1 * Uс =5.55 * 220 = 1221 виток; W1-2 = w1 * Uн = 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.

W1-2 = 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.

Расчет трансформатора

Трансформаторы используются в блоках питания различной аппаратуры для преобразования переменного напряжения. Блоки питания, собранные по трансформаторной схеме, постепенно снижают распространенность благодаря тому, что современная схемотехника позволяет понизить напряжение без самого громоздкого и тяжелого элемента системы питания. Трансформаторы для блока питания актуальны в тех случаях, когда габариты и масса не критичны, а требования к безопасности велики. Обмотки (кроме автотрансформатора) осуществляют гальваническое разделение и изоляцию цепей первичного (или сетевого) и вторичного (выходного) напряжений.

Трансформатор

Принцип действия и разновидности трансформаторов

Работа устройства основана на всем известном явлении электромагнитной индукции. Переменный ток, проходящий через провод первичной обмотки, наводит переменный магнитный поток в стальном сердечнике, а он, в свою очередь, вызывает появление напряжения индукции в проводе вторичных обмоток.

Совершенствование трансформатора с момента его изобретения сводится к выбору материала и конструкции сердечника (магнитопровода).

Типы сердечников

Металл для магнитопровода должен иметь определенные технические характеристики, поэтому были разработаны специальные сплавы на основе железа и особая технология производства.

Для изготовления трансформаторов наибольшее распространение получили следующие типы магнитопроводов:

  • броневые;
  • стержневые;
  • кольцевые.

Силовой трансформатор низкой частоты, как понижающий, так и повышающий, имеет сердечник из отдельных пластин трансформаторного железа. Такая конструкция выбрана из соображения минимизации потерь из-за образования вихревых токов в сердечнике, которые нагревают его и снижают КПД трансформатора.

Броневые сердечники наиболее часто выполняются из Ш-образных пластин. Стержневые магнитопроводы могут изготавливаться из П-образных, Г-образных или прямых пластин.

Кольцевые магнитопроводы выполняются из тонкой ленты трансформаторной стали,  намотанной на оправку и скрепленной клеящим составом.

Из ленты также могут выполняться броневые и стержневые сердечники, причем такая технология наиболее часто встречается у маломощных устройств.

Виды магнитопроводов

Ниже приведена методика расчета трансформатора, где показано:

  • как рассчитать мощность трансформатора;
  • как выбрать сердечник;
  • как определить количество витков и сечение (диаметр) проводов обмоток;
  • как собрать и проверить готовую конструкцию.

Исходные данные, необходимые для расчета

Расчет сетевого трансформатора начинается с определения его полной мощности. Поэтому, перед тем, как рассчитать трансформатор, нужно определиться с мощностью потребления всех, без исключения, вторичных обмоток. Согласно мощности выбирается сечение сердечника. Опять же, от мощности определенным образом зависит и КПД. Чем больше полная мощность, тем выше КПД. Принято в расчетах ориентироваться на такие значения:

  • до 50 Вт – КПД 0.6;
  • от 50 Вт до 100 Вт – КПД 0.7;
  • от 100 Вт до 150 Вт – КПД 0.8;
  • выше 150 Вт – КПД 0.85.

Количество витков сетевой и вторичной обмоток рассчитывается уже после выбора магнитопровода. Диаметр или поперечное сечение проводов каждой обмотки определяется на основании протекающих через них токов.

Выбор магнитопровода сердечника

Минимальное сечение сердечника в см2 определяется из габаритной мощности. Габаритная мощность трансформатора – это суммарная полная мощность всех вторичных обмоток с учетом КПД.

Итак, мощность трансформатора можно определить, это полная суммарная мощность всех вторичных обмоток:

Умножая полученное значение на КПД, завершаем расчет габаритной мощности.

Определение площади стержня сердечника производится после того, как произведен расчет габаритной мощности трансформатора из такого выражения:

S=√P.

Зная площадь сечения центрального стержня магнитопровода, можно подбирать нужный из готовых вариантов.

Важно! Сердечник, на котором будут располагаться обмотки, должен иметь, по возможности, сечение, как можно более близкое к квадрату. Площадь сечения должна быть равной или несколько больше расчетного значения.

Качество работы и технологичность сборки также зависит от формы магнитопровода. Наилучшим качеством обладают конструкции, выполненные на кольцевом магнитопроводе (тороидальные). Их отличает максимальный КПД для заданной мощности, наименьший ток холостого хода и минимальный вес. Основная сложность заключается в выполнении обмоток, которые в домашних условиях приходится мотать исключительно вручную при помощи челнока.

Проще всего делать трансформаторы на разрезных ленточных магнитопроводах типа ШЛ (Ш-образный) или ПЛ (П-образный). Как пример, можно привести мощный трансформатор блока питания старого цветного телевизора.

Трансформатор телевизора УЛПЦТИ

Трансформаторы старого времени выпуска или современные дешевые выполнены с использованием отдельных Ш,- или П-образных пластин. Технологичность выполнения обмоток у них такая же, как у ленточных разрезных, но трудность состоит в сборке магнитопровода. Такие устройства практически всегда будут иметь повышенный ток холостого хода, особенно, если используемое железо низкого качества.

Расчет количества витков и диаметра проводов

Расчет трансформатора начинается с определения необходимого количества витков обмоток на 1 В напряжения. Найденное значение будет одинаковым для любых обмоток. Для собственных целей можно применить упрощенный метод расчета. Посчитать, сколько надо витков на 1 В можно, подставив площадь сечения стержня магнитопровода в см2 в формулу:

где k – коэффициент, зависящий от формы магнитопровода и его материала.

На практике с достаточной точностью приняты следующие значения коэффициента:

  • 60 – для магнитопровода из Ш,- и П-образных пластин;
  • 50 – для ленточных магнитопроводов;
  • 40 – для тороидальных трансформаторов.

Большие значения связаны с невозможностью плотного заполнения сердечника отдельными металлическими пластинами. Как видно, наименьшее количество витков будет иметь тороидальный трансформатор, отсюда и выигрыш в массе изделия.

Зная, сколько витков нужно на 1 В, можно легко узнать количество витков каждой из обмоток:

где U – значение напряжения холостого хода на обмотке.

У маломощных трансформаторов (до 50 Вт) нужно получившееся количество витков первичной обмотки увеличить на 5%. Таким образом, компенсируется падение напряжения, которое возникает на обмотке под нагрузкой (в понижающих трансформаторах первичная обмотка всегда имеет большее количество витков, чем вторичные).

Диаметр провода рассчитываем с учетом минимизации нагрева вследствие протекания тока. Ориентировочным значением считается плотность тока в обмотках 3-7 А на каждый мм2 провода. На практике расчет диаметра проводов обмоток можно упростить, используя простые формулы, что дает допустимые значения в большинстве случаев:

Меньшее значение применяется для расчета диаметров проводов вторичных обмоток, поскольку у понижающего трансформатора они располагаются ближе к поверхности и имеют лучшее охлаждение.

Зная расчетное значение диаметра обмоточных проводов, нужно выбрать из имеющихся такие, диаметр которых наиболее близок к расчетному, но не менее.

После определения количества витков во всех обмотках, расчет обмоток трансформатора не лишним будет дополнить проверкой, поместятся ли обмотки в окно магнитопровода. Для этого подсчитайте коэффициент заполнения окна:

Для тороидальных сердечников c внутренним диаметром D формула имеет вид:

Для Ш,- и П-образных магнитопроводов коэффициент не должен превышать 0.3. Если это значение больше, то разместить обмотку не получится.

Тороидальный трансформатор

Выходом из ситуации будет выбор сердечника с большим сечением, но это если позволяют габариты конструкции. В крайнем случае, можно уменьшить количество витков одновременно во всех обмотках, но не более чем на 5%. Несколько возрастет ток холостого хода, и не избежать повышенного нагрева обмоток, но в большинстве случаев это не критично. Также можно немного уменьшить провода по сечению, увеличив тем самым плотность тока в обмотках.

Важно! Увлекаться увеличением плотности тока нельзя, поскольку это вызовет сильный рост нагрева и, как следствие, нарушение изоляции и перегорание обмоток.

Изготовление обмоток

Намотка провода обмотки трансформатора производится на каркас, изготовленный из плотного картона или текстолита, за исключением тороидальных сердечников, в которых обмотка ведется непосредственно на магнитопровод, который перед намоткой нужно тщательно заизолировать. Можно использовать готовый пластиковый, который продается вместе с магнитопроводом.

Сборный каркас обмотки

Пластиковый каркас

Между отдельными обмотками нужно прокладывать межобмоточную изоляцию. Важнее всего – хорошо заизолировать вторичную обмотку от первичной. В качестве изоляции можно использовать трансформаторную бумагу, лакоткань, фторопластовую ленту. Ленту из фторопласта нужно использовать с осторожностью. Несмотря на высочайшие электроизоляционные качества, тонкая лента фторопласта под действием натяжения или давления (особенно межу первичной и вторичной обмотками) способна «потечь» и обнажить отдельные витки обмотки. Особенно этим страдает лента для уплотнения сантехнических изделий.

Фторопластовая лента

В отдельных, ответственных случаях, в процессе намотки можно пропитать первичную обмотку (если трансформатор понижающий) изоляционным лаком. Пропитка готового устройства в домашних условиях эффекта почти не даст, поскольку лак не попадет в глубину обмотки. Для этих целей на производствах существует аппаратура вакуумной пропитки.

Выводы обмоток делаются отрезками гибкого изолированного провода для проводов, диаметр которых менее 0.5 мм. Более толстый провод можно выводить напрямую. Места пайки гибкого и обмоточного проводов нужно дополнительно проложить несколькими слоями изоляции.

Обратите внимание! При пайке выводов нельзя оставлять на месте спайки острые концы проводов или застывшего припоя. Такие места нужно аккуратно обрезать бокорезами.

Сборка трансформатора

При сборке нужно учитывать следующие нюансы:

  1. Пакет сердечника должен собираться плотно, без щелей и зазоров;
  2. Отдельные части ленточного магнитопровода подогнаны друг к другу, поэтому менять местами их нельзя. Требуется аккуратность, поскольку при отслоении отдельных лент их невозможно будет установить на место;
  3. Деформированные пластины сборного сердечника нельзя выравнивать молотком – трансформаторная сталь теряет свои свойства при механических нагрузках;
  4. Пакет пластин сборного сердечника должен быть собран максимально плотно, поскольку при работе рыхлого сердечника будет издаваться сильный гул, увеличивающийся при нагрузке;
  5. Весь пакет сердечника любого типа нужно плотно стянуть по той же причине.

Обратите внимание! Качество сборки будет лучше, если торцы ленточного разрезного сердечника перед сборкой покрыть лаком. Также готовый собранный сердечник перед окончательной утяжкой можно покрыть лаком.

При этом можно добиться значительного понижения постороннего звука.

Проверка готового трансформатора заключается в измерении тока холостого хода и напряжения обмоток под номинальной нагрузкой и на нагрев при максимальной нагрузке. Все измерения рассчитанного и собранного трансформатора нужно проводить только после полной сборки, поскольку с незатянутым сердечником ток холостого хода может быть больше обычного в несколько раз.

Ток холостого хода сильно различается в трансформаторах различных типов и составляет от 10 мА для тороидальных трансформаторов, до 200 мА – с Ш-образным сердечником из низкокачественного трансформаторного железа.

Измерение холостого тока

Приведен расчет трансформатора, который при наличии навыков можно произвести за пару десятков минут. Для тех, кто сомневается в своих силах или боится сделать ошибку, расчет силового трансформатора можно выполнить, используя калькулятор для расчета, который может работать как в off-line, так и в on-line режимах. Согласно данной методике возможна перемотка перегоревшего трансформатора. Для неисправного трансформатора расчет также ведется от имеющегося сердечника и значения напряжения вторичных обмоток.

Видео

Оцените статью:

Расчет трансформатора тока | Все своими руками

Бывают такие ситуации когда нужно контролировать большие токи в цепях переменного напряжения, например как контролировать ток в цепи сварочного аппарата, где ток достигает 150-250А. Для такого контроля отлично подходит трансформатор тока. Этот трансформатор нечем не отличается от обычного трансформатора, по сути это и есть обычный трансформатор с известным отношением витков первичной и вторичной обмотки.

На схеме представлен пример трансформатора тока с током в первичной обмотке 6А, на выходе этого трансформатора напряжение 6В

Принцип работы такого трансформатора прост и рассчитывается все довольно просто
1. Берется за основу абсолютно любой каркас трансформатора. Для простоты возьму колечко любого размера и намотаю на него 100 витков, это количество витков может быть абсолютно любое, но для простоты расчета пусть будет 100. Эта обмотка вторичка, с которой будет сниматься измеряемое напряжение. Первичная обмотка должна быть один виток, а точнее кабель пропущенный через кольцо. Отсюда известно, что отношение тока между первичной и вторичкой 1:100.

2. Теперь через первичную обмотку в один виток пропущу ток в 6А, зная отношение в витках можно узнать ток в вторичной обмотке трансформатора 6А/100=0,06А. Когда ток вторички известен вспомню закон Ома R=V/I, исходя из него узнаю на сколько Ом нужно нагрузить вторичку, чтобы при токе в 0,06А напряжение на выходе было 6В. R=V/I, R=6(В)/0,06(А)=100 (Ом), то есть если вторичку нагрузить на 100 Ом, напряжение на вторичке будет 6В при токе в первичке 6А
При максимальном токе на резисторе R2 будет рассеиваться некоторая мощность, поэтому нужно еще рассчитать рассеиваемую мощность на резисторе P=U*I,  P=6(В)*0,06(А)=0,36(Вт) минимальный резистор рассеиваемой мощностью о,5Вт

Вот таким простым способом можно измерять любые токи, главное правильно рассчитать трансформатор и балластный резистор.
Как смог рассказал о принципе работы, добавить тут нечего. Если вам интересны и полезны мои статьи, подписывайтесь на обновления в Контакте и Одноклассниках, что бы всегда быть в курсе новых тем.
С ув. Эдуард

 

Похожие материалы: Загрузка…

Расчет трансформатора для обратноходового импульсного источника питания (Flyback)

Популярность обратноходовых источников питания (ОИП, Flyback) последнее время сильно возросла в связи с простотой и дешевизной этого схемного решения – на рынке можно часто встретить интегральные схемы, включающие в себя практически всю высоковольтную часть такого источника, пользователю остается только подключить трансформатор и собрать низковольтную часть по стандартным схемам. Для расчета трансформаторов также имеется большое количество программного обеспечения – начиная от универсальных программ и заканчивая специализированным ПО производителей интегральных схем.

Сегодня же я хочу поговорить о ручном расчете импульсного трансформатора. «Зачем это нужно?», может спросить читатель. Во-первых, ручной расчет трансформатора подразумевает полное понимание процессов, происходящих в источнике питания, чего зачастую не происходит, если начинающий радиолюбитель рассчитывает трансформатор в специальном ПО. Во-вторых, ручной расчет позволяет выбирать оптимальные параметры функционирования источника (и иметь представление, какой параметр в какую сторону надо изменить для достижения заданного результата) еще на этапе разработки.

Итак, начнем. Структурная схема ОИП представлена на рис. 1. Он состоит из следующих основных функциональных узлов: ключ Sw, трансформатор Т1, выпрямитель выходного напряжения VD1 и C2, фильтр высокочастотных помех С1 и снаббер Snb.

Рис. 1

Работает такой источник следующим образом (см. упрощенные графики на рис. 2): в начальный момент времени t0 ключ Sw открывается, подавая входное напряжение Uin на первичную обмотку трансформатора Т1. В это время напряжение на нижнем выводе обмотки I (точка а) равно нулю (относительно отрицательного провода входного напряжения), в обмотке I начинает линейно нарастать ток, а на обмотке II появляется напряжение, пропорциональное коэффициенту трансформации Т1 (UoutInv). Но полярность этого напряжения оказывается отрицательной (на верхнем по схеме выводе обмотки II, точка b), поэтому диод VD1 закрыт и напряжение на выходной конденсатор С2 не проходит. За промежуток Ton (от t0 до t1) ток через обмотку I линейно нарастает до значения Imax, и энергия запасается внутри трансформатора Т1 в виде магнитного поля.


Рис. 2

В момент времени t1 ключ Sw резко закрывается, ток через обмотку I прекращается и в ней возникает ЭДС самоиндукции, направленная так, чтобы продолжить прекратившийся ток. В этот момент обмотка I сама становится источником напряжения. Так получается потому, что энергия в катушке индуктивности запасается в виде тока (на самом деле, в виде магнитного поля, но он пропорционален току через катушку, поэтому формула энергии в катушке A = LI²/2), но по закону сохранения энергии она не может исчезнуть бесследно, она должна куда-то перейти. Следовательно, ток в катушке не может прекратиться мгновенно, поэтому катушка сама становится источником напряжения, причем любой амплитуды (!) – такой, чтобы обеспечить сразу после закрытия ключа продолжение того же самого тока Imax. Это является первой важной особенностью катушки индуктивности, которую следует запомнить – при резком прекращении тока в катушке, она становится источником напряжения любой амплитуды, пытаясь поддержать прекратившийся в ней ток, как по направлению, так и по амплитуде. Какой же именно «любой» амплитуды? Достаточно большой, чтобы, например, вывести из строя высоковольтный ключ или образовать искру в свече зажигания автомобиля (да, в зажигании автомобиля использует именно это свойство катушек индуктивности).

Все, что описано выше так и происходило бы, если бы обмотка I была единственной обмоткой трансформатора Т1. Но в нем еще есть обмотка II, индуктивно связанная с I. Поэтому, в момент времени t1 в ней тоже возникает ЭДС, направленная так, что в точке b оказывается плюс по отношению к земле. Эта ЭДС открывает диод VD1 и начинает заряжать конденсатор C2 током I2max. Т.е. заряд конденсатора C2 и передача энергии в нагрузку происходит в тот момент времени, когда ключ Sw закрыт. Именно поэтому источники питания, построенные по такому принципу, называют обратноходовыми – потому что в них нет прямой передачи энергии из высоковольтной части в низковольтную, энергия сначала запасается в трансформаторе, а потом отдается потребителю.

В интервал времени от t1 до t2 линейно спадающий от I2max до 0 ток I2 вторичной обмотки поддерживает магнитное поле внутри катушки в соответствии с законом сохранения энергии и не дает напряжению на первичной обмотке (т.к. они индуктивно связаны) вырасти до неконтролируемого значения. Напряжение на обмотке I в этот момент становится равно напряжению выхода, умноженному на коэффициент трансформации Т1. Однако, полярность этого напряжения такова, что оно складывается с входным напряжением Uin и прикладывается к закрытому ключу Sw. Т.е. на закрытый ключ Sw прикладывается напряжение больше входного! Это также является важной особенностью ОИП, которую следует запомнить.

В момент времени t2 энергия, запасенная в трансформаторе Т1 заканчивается, диод VD1 закрывается, напряжение в точке b становится равным нулю, в точке a – входному напряжению питания, и все процессы в схеме прекращаются до момента t3, когда весь цикл повторяется с самого начала. При этом, в интервалах времени t0-t1 и t2-t4 питание нагрузки осуществляется исключительно за счет энергии, запасенной выходным конденсатором С2.

Описанный режим работы ОИП называется режимом разрывных токов – т.е. за интервал Toff (t1-t3) вся энергия, запасенная в трансформаторе Т1 передается в нагрузку, поэтому, в момент t3 ток через первичную обмотку I начинает нарастать с нуля. Существует также режим неразрывных токов, когда на момент t3 некоторая часть энергии еще продолжает находиться в трансформаторе Т1, и ток через обмотку I в момент t3 начинается не с нулевого значения. Данный режим имеет свои особенности, преимущества и недостатки, о которых мы поговорим в следующий раз.

Итак, какими основными особенностями обладает ОИП в режиме разрывных токов? Выпишем основные пункты:

  1. Передача энергии от источника к потребителю в ОИП не идет напрямую, энергия сначала запасается в трансформаторе, а затем передается в нагрузку. Это однозначно определяет фазировку первичной и вторичной обмоток, а также заставляет использовать только однополупериодный выпрямитель на выходе блока. Также отсюда следует неявный вывод 2, который, как показала моя личная практика, к сожалению, не до конца понимают даже достаточно опытные конструкторы блоков питания.
  2. Максимальная мощность, которую может выдать ОИП в нагрузку, кроме всего прочего, ограничена максимальным количеством энергии, которую может запасти трансформатор! А это, в свою очередь, определяется конструктивными особенностями сердечника и не зависит от обмоток и количества их витков (ниже в статье я рассмотрю данный «парадокс» отдельно и приведу математические доказательства). Эта особенность ограничивает применение ОИП там, где нужны большие выходные мощности.
  3. Низковольтная цепь ОИП состоит из диода, конденсатора и, возможно, дополнительных фильтрующих элементов. Однако, в ОИП первым всегда стоит диод, затем идет конденсатор и никак иначе.
  4. В установившемся режиме работы ОИП количество энергии, полученное первичной обмоткой I трансформатора Т1 за время Ton равно (без учета потерь) количеству энергии, отданному обмоткой II за время Toff. Поскольку скорость приема или отдачи энергии катушкой определяется напряжением на ней, то зависимость между напряжением «заряда» и «разряда» определяется именно интервалами Toff и Ton. Т.е., по сути, в самом сложном режиме работы блока Duty cycle (коэффициент заполнения, D), равный Ton/(Ton + Toff) определяет отношение обратного напряжения на обмотке I к напряжению питания Uin. Этот пункт будет пояснен подробнее ниже.
  5. По закону сохранения энергии, ток I2max, отдаваемый обмоткой II в нагрузку в момент времени t1 численно равен току Imax, только что протекавшему в первичной обмотке, умноженному на отношение количества витков в обмотке I к количеству витков в обмотке II (пояснение ниже).
  6. Импульсное значение тока I2max значительно превышает средний выходной ток блока питания (в 2.5 и более раз), поэтому на выпрямительном диоде VD1 может рассеиваться значительная мощность. Именно эта особенность ограничивает применение ОИП там, где нужны большие выходные токи.
  7. То же самое (высокое импульсное значение тока) относится и к вторичной обмотке II.
  8. Обратное напряжение на диоде VD1 в несколько раз выше выходного напряжения. Это происходит из-за того, что обычно обратное напряжение на первичной обмотке (которое является прямым для диода) выбирается в несколько раз ниже входного, поэтому входное (которое является обратным для диода) после трансформации оказывается в несколько раз выше выходного.

Пояснение к п. 4. Из физики мы помним формулу для катушки индуктивности:

U(t) = L*(dI(t)/dt),

которая означает, что напряжение на катушке прямо пропорционально ее индуктивности, умноженной на скорость изменения тока в ней. Что это нам дает? Прежде всего, то, что если мы прикладываем к катушке постоянное напряжение U, то скорость изменения тока в ней постоянна. Это позволяет переписать формулу для постоянного напряжения без дифференциалов:

U = L*(ΔI/Δt),

и именно в соответствии с этой формулой графики тока на рис. 2 прямые. Далее, если мы прикладываем напряжение Uin к катушке на время Ton, ток в ней возрастет до значения

Imax = Uin*Ton/L

Теперь мы хотим (в самом нагруженном режиме работы), чтобы вся энергия катушки, которую мы только что набрали, была передана в нагрузку за интервал Toff, т.е. на момент t3 ток в катушке должен упасть до нуля. Здесь для упрощения представим, что мы как подаем, так и снимаем напряжение/ток с одной и той же катушки I, позже я объясню, почему такое допущение возможно. Посчитаем, на какое напряжение мы можем «разряжать» катушку, чтобы ток в момент t3 достиг нуля:

Udis = L*Imax/Toff,

Подставляем и упрощаем:

Udis = L*Uin*Ton/(L*Toff) = Uin*Ton/Toff

Т.е. напряжение, на которое мы должны «разряжать» катушку в моменты закрытия ключа Sw зависит только от входного напряжения и интервалов «заряда»-«разряда». Вспомним формулу коэффициента заполнения D:

D = Ton/(Ton + Toff),

таким образом:

Udis = Uin*D/(1 – D)

Но, напряжение, на которое мы «разряжаем» катушку – это и есть то обратное напряжение, которое возникает в первичной обмотке в моменты закрытия ключа. Т.е. мы получили, что оно зависит только от входного напряжения и коэффициента заполнения D и определяется формулой:

Uinv = Uin*D/(1 – D)

При работе в реальных условиях значение коэффициента заполнения D будет меняться в зависимости от входного напряжения и нагрузки блока питания. Свое максимальное значение D будет принимать при минимальном входном напряжении и максимальной выходной мощности — этот режим работы считается самым сложным, и данное максимальное значение D и задается при проектировании блока. Что будет в те моменты, когда входное напряжение блока будет выше или нагрузка будет неполной? D будет принимать меньшие значения, т.к. от более высокого напряжения энергия быстрее «запасется» в первичной обмотке, или же (в случае меньшей нагрузки) надо просто «запасать» меньшее количество энергии. В любом случае, обратное напряжение на первичной обмотке будет всегда одинаковым, т.к. оно жестко связано с выходным напряжением, а то, в свою очередь, стабилизируется схемой. Итак, максимальное обратное напряжение на ключе равно:

Usw = Umax + Umin*D/(1 – D)

Это важный момент при проектировании ОИП, т.к. обычно максимальное обратное напряжение на ключе является исходным параметром, т.е. максимальный коэффициент заполнения D также является исходной величиной. На практике обычно применяют следующие максимальные значения D: 25% (1/4), 33% (1/3) и реже 50% (1/2). Как вы понимаете, в последнем случае максимальное обратное напряжение на ключе будет равно удвоенному минимальному входному напряжению, что усложняет выбор полупроводникового прибора. Более низкие максимальные значения D, в свою очередь, снижают максимальную мощность при том же токе Imax, затрудняют процесс управления ключом Sw и снижают стабильность работы блока.

Почему же здесь мы применили допущение, что мы как подаем энергию, так и снимаем ее с первичной обмотки I, и что будет в реальности, когда снимается энергия с катушки II? То же самое. Напряжение на выводах любой обмотки трансформатора пропорционально скорости изменения магнитного поля в сердечнике (а поле пропорционально току, поэтому напряжение пропорционально скорости изменения тока). Поэтому не важно, с какой обмотки мы будем снимать энергию, если мы будем делать это с одной и той же скоростью, магнитное поле в трансформаторе будет уменьшаться одинаково, а на выводах первичной обмотки будет одно и то же напряжение. Но на какое напряжение надо «разряжать» вторичную обмотку, чтобы снятие энергии происходило с той же самой скоростью? Для этого сначала рассмотрим ток во вторичной обмотке.

Пояснение к п. 5. Пусть обмотка I имеет N1 витков, в то время как обмотка II – N2. Магнитное поле создается током, проходящим через каждый виток катушки, т.е. оно пропорционально произведению I*N. Тогда, получаем Imax*N1 = I2max*N2 (исходя из того, что обе обмотки намотаны в абсолютно одинаковых условиях), отсюда начальный ток вторичной обмотки:

I2max = Imax*N1/N2

Итак, ток во вторичной обмотке будет в N1/N2 раз выше, чем в первичной. Но на какое напряжение мы должны «разряжать» вторичную обмотку, чтобы к моменту t3 потратить всю энергию, запасенную в трансформаторе? Очевидно, что делать это мы должны с точно такой же скоростью; т.е. в каждый отдельный момент времени трансформатор будет терять одно и то же значение энергии dA(t). Но в первом случае dA(t) = Udis*I1(t)*dt (получено из A = W*T, W = U*I), а теперь это будет dA(t) = Uout*I2(t)*dt. Приравняем эти две функции:

Uout *I2(t) = Udis*I1(t), следовательно, в самом начале «разряда» моментальные мощности разряда должны быть равны:

Uout*I2max = Udis*Imax,

Uout = Udis*Imax/I2max = Udis*Imax/(Imax*N1/N2) = Udis*N2/N1

Т.е. для того, чтобы потратить всю энергию трансформатора к моменту t3, мы должны «разряжать» вторичную обмотку II на напряжение Udis*N2/N1, при этом ток разрядки будет линейно падать от Imax*N1/N2 до нуля. Таким образом, мы установили связь между выходным напряжением блока, количеством витков в обмотках и обратным напряжением на первичной обмотке трансформатора.

На этом сугубо теоретическая часть заканчивается, и мы можем перейти к практике. Первый вопрос, который, скорее всего, возникает на данный момент у читателя – это с чего вообще начать разработку ОИП? Ниже я приведу рекомендованную последовательность шагов. Начнем с ситуации, когда трансформатор планируется изготовить полностью самостоятельно (на него нет жестких ограничений).

  1. Определяем выходные напряжения и токи источника питания.
  2. Увеличиваем выходные напряжения на величину, падающую на выпрямительных диодах (VD1). Лучше всего воспользоваться справочной информацией, но в первом приближении можно брать 1В для обычных кремниевых диодов и 0.3В для диодов Шоттки. Особую точность следует соблюдать, когда ОИП имеет несколько выходных обмоток с разным напряжением, т.к. стабилизовать напряжение возможно только на одной из них.
  3. Считаем суммарную выходную мощность трансформатора.
  4. Считаем расчетную входную мощность блока как Pin = Pout/0.8 (здесь берется КПД блока 80%).
  5. Определяем частоту преобразования F. Обычно выбирается частота от 20КГц до 150КГц. Частоты ниже 20КГц могут быть слышны человеческому уху (блок будет «пищать»), частоты выше 150КГц накладывают более серьезные ограничения на элементную базу, также увеличиваются потери на переключение полупроводников (ключа и диодов). Увеличение частоты преобразования позволяет уменьшить габариты трансформатора, наиболее распространенный диапазон частот для ОИП: от 66 до 100 Кгц.
  6. Вычисляем максимальное входное напряжение, от которого нам придется работать. Обычно оно вычисляется как выпрямленное напряжение сети +20%, т.е. Umax = Uсети*1.7 (391В для сети 230В). На это напряжение также должен быть рассчитан конденсатор входного фильтра (не менее 400В в данном случае).
  7. Вычисляем минимальное входное напряжение, от которого нам придется работать. Обычно вычисляется как минимальное допустимое рабочее напряжение -20%, минус просадка напряжения на фильтрующем конденсаторе за полупериод входного напряжения. Для сети 230В и емкости конденсатора входного фильтра из расчета не менее 1мкф на 1 ватт нагрузки, можно брать (в среднем) значение Umin = 220В. Если представить, что напряжение на конденсаторе вообще не просаживается от одного полупериода входного напряжения до другого, то Umin можно взять 260В.
  8. Определяем коэффициент заполнения D исходя из максимально допустимого обратного напряжения на ключе (считается по формуле Uinv = Umax + Umin*D/(1 – D)).
  9. Рассчитываем количество энергии, которую необходимо передать во вторичную обмотку за один импульс: Aimp = Рin*1s/F = Рin/F.
  10. Решаем систему уравнений для самого тяжелого режима работы: A = LImax²/2, Umin = LImax*F/D, получаем L = Umin²*D²/(2*Aimp*F²), Imax = Umin*D/(L*F) – это будет требуемая индуктивность первичной обмотки и максимальный ток, протекающий через нее.
  11. Исходя из полученного Imax выбираем ключ.
  12. Если Imax получился несколько больше, чем может обеспечить имеющийся (выбранный) ключ, меняем исходные параметры – увеличиваем D (насколько возможно исходя из допустимого обратного напряжения ключа), увеличиваем емкость фильтрующего конденсатора, чтобы поднять Umin. На первый взгляд может показаться удивительным, но максимальный ток в первичной обмотке не зависит от частоты – если всё подставить в формулы, получим Imax = 2*Pin/(Umin*D). Исходя из этой формулы, можно было рассчитать максимальный ток и на этапе 8 (сразу после выбора D), но там было бы сложно объяснить, откуда взялся такой расчет.
  13. Если значение Imax все равно оказывается больше допустимого и увеличить его никак нельзя, следует рассмотреть конструкцию ОИП в режиме неразрывных токов.
  14. Исходя из требуемой индуктивности первичной обмотки и максимального тока в ней, выбираем сердечник трансформатора, рассчитываем необходимый зазор и количество витков первичной обмотки (формулы будут ниже в статье).
  15. По формуле N2 = Uout*N1*(1 – D)/(Umin*D) рассчитываем количество витков вторичной обмотки.
  16. Определяем среднеквадратичное значение токов в обмотках трансформатора по формуле Irms = Imax*SQRT(D/3), исходя из которых рассчитываем диаметр провода, необходимого для намотки. Чаще всего в импульсных источниках питания применяется плотность тока от 2 до 5 А/мм².
  17. Мотаем трансформатор по всем правилам намотки трансформаторов для ОИП.
  18. Для того, чтобы убедиться в правильности намотки, измеряем индуктивность первичной обмотки.

Теперь немного рассмотрим сам трансформатор и его конструкцию. Традиционно для импульсных источников питания трансформатор изготавливается на каком-либо сердечнике, выполненном из материала с высокой магнитной проницаемостью. Это позволяет при том же самом количестве витков обмоток сильно увеличить их индуктивность, т.е. сократить количество витков для достижения заданной индуктивности, и, следовательно, уменьшить габариты намотки. Однако, применение сердечника добавляет и недостатки – за счет магнитного гистерезиса в сердечнике теряется некоторая часть энергии, сердечник нагревается, причем потери в сердечнике растут с увеличением частоты (еще одна причина, из-за которой нельзя сильно повышать частоту преобразования). Также добавление сердечника вносит новое, ранее нигде не озвучиваемое ограничение – максимально допустимую плотность потока магнитной индукции Bmax. На практике это проявляется в том, что если увеличивать ток через обмотку, в определенный момент времени, когда ток достигнет определенного максимального значения, сердечник войдет в насыщение и дальнейшее увеличение тока не будет вызывать такое же как раньше увеличение магнитного потока. Это, в свою очередь, приведет к тому, что «относительная индуктивность» обмотки резко упадет, что вызовет еще более быстрое нарастание тока через нее. На практике, если не предусмотреть защиту ключа Sw ОИП от входа сердечника в насыщение, ключ просто сгорит от перегрузки по току. Поэтому во всех схемах ОИП, за исключением простейших блокинг-генераторов, применяется контроль тока через ключ Sw и досрочное закрытие ключа при достижении максимально допустимого тока через первичную обмотку.

Насколько же велико это максимальное значение плотности потока магнитной индукции? Для наиболее распространенного материала сердечников – феррита – оно считается равным 0.3Т. Это – среднее значение, оно может отличаться для каждого конкретного материала, поэтому здесь неплохо обратиться к справочнику. Также, оно зависит от температуры сердечника и, как вы, наверное, уже догадались, падает с ее увеличением. Если вы проектируете ОИП, предназначенный для работы в экстремальных условиях, где температура сердечника может доходить до 125 градусов, уменьшайте Bmax до 0.2Т.

Основная формула, которой вам придется пользоваться при расчете трансформаторов – это индуктивность обмотки по ее габаритам:

L = (μ0*μe*Se*N²)/le, где

μ0 – абсолютная магнитная проницаемость вакуума, 4πе-7,
μe – эффективная магнитная проницаемость сердечника,
Se – эффективная площадь сечения магнитопровода, м².
N – количество витков
le – длина средней магнитной линии сердечника, м

Плотность потока магнитной индукции в сердечнике:

B = (μ0*μe*I*N)/le, где

I – ток через обмотку, А

Таким образом, исходя из максимальной допустимой плотности потока магнитной индукции, максимально допустимый ток для обмотки будет равен:

Imax = (Bmax*le)/(μ0*μe*N)

А теперь еще один очень важный момент – на практике, если подставить реальные данные трансформатора в вышеприведенные формулы, окажется, что максимально допустимый ток в первичной обмотке оказывается в несколько раз меньше того, который нам нужен! Т.е. сердечник будет введен в насыщения еще до того, как мы сможем «вкачать» в него требуемую энергию Aimp. Так что же делать, не увеличивать же габариты трансформатора до неприличных значений?

Нет. Надо вводить в сердечник немагнитный зазор! Введение немагнитного зазора сильно снижает эффективную магнитную проницаемость сердечника, позволяя пропускать через обмотки значительно больший ток. Но, как вы понимаете, это потребует большего числа витков для достижения требуемой индуктивности обмотки.

Рассмотрим формулы для сердечника с зазором. Эффективная магнитная проницаемость сердечника с зазором:

μe = le/g, где

g – суммарная толщина зазора, м.

Следует отметить, что данная формула справедлива только если получаемая μe много меньше исходной магнитной проницаемости (несколько раз), а g много меньше размеров поперечного сечения сердечника. Итак, рассмотрим формулу индуктивности обмотки на сердечнике с зазором:

L = (μ0*Se*N²)/g

Формула от введения зазора стала только проще. Максимально допустимый ток через обмотку:

Imax = (Bmax*g)/(μ0*N)

Ну и последняя формула, которую можно вывести и самостоятельно. Размер зазора для заданного тока:

g = (I*μ0*N)/Bmax

А теперь сделаем интересный вывод. Как вы помните, энергия, запасенная в катушке, выражается формулой A = LI²/2. Так какую максимальную энергию можно запасти в каком-то абстрактном сердечнике? Подставим данные в формулы.

Amax = (μ0*Se*N²)*(Bmax*g) ²/((μ0*N) ²*2g) = Se*g*Bmax²/2μ0

Сейчас вы можете удивиться, но максимальная энергия, которую можно запасти в сердечнике, не зависит от того, какие обмотки на нем намотаны! Но это и логично, ведь энергия выражается в магнитном поле, а обмотки лишь позволяют его менять в ту или другую сторону! Количество витков в обмотках определяет только скорость, с которой магнитная индукция может достигнуть своего максимального значения при данном подведенном напряжении, но это максимальное значение определяется только конструкцией сердечника!

Данный вывод имеет огромное значение при проектировании ОИП на унифицированных сердечниках. Если перед вами стоит именно такая задача, то, прежде всего, вам необходимо рассчитать, какое максимальное количество энергии способен «впитать» выбранный сердечник за один импульс, чтобы понять, подходит ли он для вашей мощности блока. Как вы понимаете, в этом случае максимальную мощность блока можно повысить только за счет повышения частоты преобразования – чем чаще мы будем перекачивать энергию Amax от входа на выход, тем большую мощность блока в результате сможем получить.

Также, из полученной формулы видно, что количество энергии, которое может «уместиться» в сердечнике прямо пропорционально немагнитному зазору! Это позволяет использовать маленькие сердечники на больших мощностях за счет увеличения зазора в них. Ограничением теперь будет только физические размеры – увеличение зазора вызывает уменьшение магнитной проницаемости, что требует большее количество витков.

А теперь вернемся к структурной схеме ОИП на рис. 1. В ней остались два блока, о которых я ничего не сказал – это конденсатор С1 и снаббер Snb.

Назначение конденсатора С1 – заземление выходной части блока по высоким частотам. Дело в том, что любой трансформатор, даже намотанный по всем правилам с экранами, имеет какую-то межобмоточную емкость. Прямоугольное высокочастотное напряжение огромной амплитуды из точки а проходит через эту емкость в выходные цепи блока. Конденсатор С1, имеющий емкость намного больше емкости трансформатора Т1, заземляет выход блока по высоким частотам. Значение емкости этого конденсатора в ОИП чаще всего выбирают в районе 2нф, напряжение – около киловольта. Если предполагается жесткое заземление выхода блока (например, используется только розетка с заземлением), С1 можно не ставить.

Необходимость в Снаббере Snb также вытекает из неидеальности трансформатора Т1, но уже совсем другого рода. Не смотря на то, что обмотки I и II индуктивно связаны между собой, эта связь не составляет 100%. В схемотехнике ОИП принято говорить, что обмотка I представляет собой две части, соединенные последовательно, где первая полностью индуктивно связана с обмоткой II, а вторая – полностью изолирована от нее. Эту вторую часть обмотки I называют «индуктивностью рассеяния».

Когда в момент t1 ток в первичной обмотке (обоих частях ее) резко прекращается, индуктивность рассеяния также пытается его продолжить. А так, как она не связана ни с какой другой обмоткой, она генерирует высоковольтный импульс, прикладываемый к закрытому ключу Sw. Энергия этого импульса во много раз меньше полезной энергии Aimp (чем лучше трансформатор, тем она меньше вообще), но и ее может оказаться достаточно, чтобы повредить ключ (в случае с биполярным транзистором, например, ее вполне хватит для лавинного пробоя). Для защиты ключа от этого импульса, он гасится на специальном схемном решении.


Рис. 3

Самый простой вариант – RCD снаббер, выполненный из диода, конденсатора и резистора (см. рис. 3). Обратное напряжение, возникающее на обмотке I, открывает диод VD и начинает заряжать конденсатор С. В результате, вся энергия импульса передается в конденсатор. В перерывах между импульсами конденсатор разряжается через резистор R. Т.е. энергия, снимаемая с индуктивности рассеяния, превращается в конечном счете в тепло на резисторе R, поэтому мощность этого резистора должна быть значительной (достигает единиц ватт). Преимуществом снаббера можно считать его схемную простоту, и то, что часть энергии из конденсатора С можно выкачать обратно в трансформатор Т применяя медленный диод VD, но эти процессы уже несколько сложней нашей простой статьи. Основным же недостатком снаббера является то, что на нем падает и полезная мощность! Ведь рабочее обратное напряжение первичной обмотки Vinv также заряжает конденсатор до этого значения, т.е. полезная мощность Uinv²/R теряется впустую.

Схемным решением, лишенным этого недостатка является супрессор. Он представляет собой последовательно соединенный быстрый диод VD1 и мощный и быстрый стабилитрон VD2. Когда индуктивность рассеяния генерирует свой высоковольтный импульс, он открывает диод VD1, пробивает стабилитрон VD2 и энергия импульса рассеивается на нем. Стабилитрон VD2 выбирается с большим напряжением пробоя, чем обратное напряжение Uinv, поэтому он не рассеивает полезной мощности блока. К недостаткам супрессора можно отнести более высокий уровень электромагнитных помех, связанный с резким открытием и закрытием полупроводниковых приборов.

Что будет, если этот высоковольтный импульс не погасить ничем? В случае биполярного ключа, скорее всего, в нем возникнет лавинный пробой и блок питания перейдет в режим кипятильника. Современные же полевые транзисторы устойчивы к лавинному пробою и позволяют рассеивать некоторое количество энергии на стоке (это описано в документации), поэтому такой транзистор может работать и без снаббера или супрессора – его роль будет выполнять сам транзистор. Более того, я встречал некоторые дешевые китайские блоки питания, в которых так и было сделано. Однако, я настоятельно не рекомендую такой режим работы, т.к. он дополнительно снижает надежность блока. Супрессорный диод (стабилитрон) стоит очень дешево и рассчитан на колоссальные импульсные мощности (600W, 1.5KW), так почему бы не применять его по назначению?

Также из вышеописанного следует еще один вывод. Независимо от того, решили ли вы применять снаббер или супрессор, обратное напряжение на закрытом ключе будет еще выше, чем рабочее рассчитанное значение Usw! Это следует иметь в виду при выборе ключа.

Обычно современные ключевые транзисторы и микросхемы имеют допустимое обратное напряжение 600 – 800 вольт. При Umax = 391В, Umin = 220В, обратное напряжение на ключе Usw будет иметь следующие значения (в зависимости от D): D = 25%, Usw = 464B; D = 33%, Usw = 501B; D = 50%, Usw = 611B. Это означает, что для ключей с максимальным обратным напряжением 600В следует выбирать только D = 33% или меньше. Для ключей с обратным напряжением 700В можно выбирать D = 50%.

Ну и в завершении статьи приведу простой пример расчета ОИП. Допустим, мы хотим сделать простой блок питания, позволяющий получить на своем выходе 12В 1А. Рассчитаем его по пунктам:

  1. Выход блока – 12В 1А.
  2. До выходного диода (будем применять обычный кремниевый) должно быть 13В.
  3. Выходная мощность трансформатора – 13Вт.
  4. Расчетная входная мощность блока Pin = 13/0.8 = 16Вт.
  5. F = 100 КГц.
  6. Umax = 391В.
  7. Umin = 220В (емкость конденсатора входного фильтра – 22мкф).
  8. D = 33%, Uinv = 110В, Usw = 501В. Будем ориентироваться на ключи с обратным напряжением 600В.
  9. Aimp = 16/100000 = 1.6e-4Дж = 160мкДж.
  10. L = 1.65е-3Гн = 1.65мГн, Imax = 0.44А
  11. Производим выбор сердечника, расчет параметров намотки и зазора.

А теперь, для сравнения рассчитаем тот же ОИП для случая, когда допустимое напряжение сети может быть в интервале 85-230В. В чем будут отличия?
  1. Umax = 391B
  2. Umin = 85B (емкость конденсатора фильтра надо будет увеличить до 47мкф)
  3. D = 60%, Uinv = 128В, Usw = 519В, Будем ориентироваться на ключи с обратным напряжением 600В.
  4. Aimp = 16/100000 = 1.6e-4Дж = 160мкДж.
  5. L = 813мкГн, Imax = 0.63А

Заметьте, что параметры максимального тока через ключ изменились не столь значительно — с 0.44А до 0.63А, индуктивность упала в два раза, однако диапазон допустимых входных напряжений расширился очень существенно. В этом заключается еще одно преимущество ОИП — легкость в создании источников питания, работающих от широкого диапазона входных напряжений.

Возможно, в данной статье не до конца рассмотрены все нюансы построения ОИП, однако ее объем и так получился больше, чем планировалось. Но тем не менее, я надеюсь, что она сможет помочь начинающим радиолюбителям понять принципы и самостоятельно создавать обратноходовые источники питания.

Резонансный трансформатор, как расчитать и получить резонанс на трансе

Расчет ёмкости контура для резонанса



Для повышения мощности можно использовать резонанс LC на трансформаторе.
Есть три вида резонанса LC — параллельный, последовательный и комбинированный.
При параллельном резонансе в колебательном контуре повышаются амперы, но напряжение обычно сохраняется.

Чтобы осуществить колебательный контур для резонанса на трансформаторе применяют такую схему.
Изобретатели вместо вторички ставят трубу через которую пропускают воду для нагрева. Схемотически такую водогрейку можно представить в виде нагрузки на вторичке потому что принцип тот же.
Для того чтобы получать на выходе больше мощность чем затрачивается с КПД >1, обязательно должно быть не менее двух трансформаторов включенных по такой схеме. Если у вас всего один трансформатор, то вы можете ничего не получить, потому что нужно не только правильно расчитать резонанс, но также предотвратить утечку энергии из контура в сеть, поэтому резонанс делается между двумя трансформаторами.

Как расчитать требуемую емкость конденсатора?
Существует специальная формула для которой надо знать индуктивность, но предположим у вас нет специального прибора для замера индуктивности, а обычный мультиметр-измеритель LCR для этого не подходит, потому что измерять нужно на той частоте, на которой работает трансформатор (обычно 50Гц), а измерители LC обычно работают на других частотах, поэтому они не годятся для замера трансформаторов с железным сердечником. Что тогда?
Тогда вам нужно просто узнать потребляемую мощность в ватах вашего трансформатора с подключеной нагрузкой и ввесли эту мощность в онлайн- калькулятор. Калькулятор выдаст нужную емкость, которая нужна для вашего случая. Только мощность замеряется без конденсатора. Кроме того в идеальном трансформаторе мощность на выходе равно потребляемой мощности на входе, так что обычно с этим определиться легко.
 Расчет ведется на последний трансформатор. Первый транс при расчете не учитывается. При этом естественно обмотки обоих трансформаторов расчитаны на одинаковое напряжение.
Для калькулятора указываются реальная мощность на последнем трансе при стандартном подключении к сети.


На самом деле можно делать несколько этапов усиления подключив больше трансформаторов.
При этом сначало расчитываем последний транс, смотрим на сколько уменьшилось потребление, потом замеряем мощность на втором трансе и расчитываем уже его, тоесть начиная с последнего.

Для реализации затеи на одном трансформаторе нужен транс с тремя обмотками

Здесь две первички соединены последовательно и образуют колебательный контур, а запитка через среднюю точку. Нужно учитывать что в этом случае в контуре напряжение может повышаться более чем в 2 раза, поэтому обмотки должны быть расчитаны на такое или можно понизить входное напряжение, поставив понижающий трансформатор или входной дросель.

Теперь зная мощность введите данные в форму для расчета емкости.

Для резонанса подходят те трансформаторы, у которых сердечник разборный, а обмотки находятся каждый на своем керне, иначе резонанс с активной нагрузкой работать не будет. Если используется экран, то его заземляют чтобы исключить наводки между обмотками.
Поэтому лучше подходят трансы с П образным сердечником.

При последовательном резонансе оба трансформатора должны иметь разделенный сердечник если требуется активная нагрузка. При параллельном резонансе первый трансформатор может быть любым.


Видео экономичный котел на параллельном резонансе

Для двигателей то же самое. Эта схема позволяет сильно сэкономить на электроэнергии. Нужен только подходящий развязочный трансформатор. В принципе можно подключить к двигателю генератор, сделать обратную связь с самозапитом и получить ″вечный эээ…″, только вот смысла мало, потому что с трансформаторами лучше из-за отсутствия вращающихся частей.
Принцип тот же что и с трансформаторами и расчитывается так же. Я это проверял лично на своей циркулярке и если работает у меня, значит должно работать и у вас. Такой метод можно использовать для уменьшения потребления энергии холодильниками если подключить конденсатор параллельно двигателю холодильника.
Потребляемая мощность проверяется токовыми клещами. На бирку двигателя не смотрим, потому что холостой ход движка всегда меньше номинального.


Авто подбор емкости для контура транса

Расчет емкости и индуктивности для контура по мощности

Онлайн расчет

Правила для замера

Замерять мощность нужно с подключонной нагрузкой на вторичке, если конечно вы не хотите получить резонанс на холостом ходу.
Напряжение нужно указывать всегда реальное, а не приблизительное. Если в сети 215В то такое и указывать, если в сети завышеное, например 245В то такое и вписывать, потому что это влияет на точность расчетов.
Токовыми клещами замеряются амперы, если нет ватметра. Формула мощности P=U*I т.е. напряжение помноженное на силу тока. Токовые клещи правильно измеряют при частоте 50Гц. Если нужно измерять на более высоких частотах, то можно использовать калькулятор на делителе напряжения.

Расчет емкости и индуктивности для контура по напряжению и амперам

Онлайн расчет

Схема для замера


По такой схеме замеряются показания и вводятся в калькулятор. Это позволяет замерять индуктивность на любых трансформаторах и дроселях, в том числе имеющих другое рабочее напряжение. При этом источник питания может быть на любое напряжение. Индукторы и трансформаторы с железным сердечником должны замеряться на той частоте, на которой они будут работать. Лампа выполняет роль сопротивления и подберается так чтобы измеряемый объект не згорел, если он не расчитан на прямое включение. Поэтому вместо лампы можно ставить любое другое подходящее сопротивление или не ставить вообще. Такой способ позволяет вычислять индуктивность вторичных обмоток, самодельных дроселей, дроселей от электроники имеющих другое номинальное напряжение

Если у трансформатора первичка делится на четыре части, то индуктивность каждой части можно измерить так, и также в калькулятор.

Расчет емкости и индуктивности по напряжению делителя

Онлайн расчет


Схема для замера


Такая схема полезна для замера дросерей и трансформаторов с железным сердечником. Дело в том что на частотах значительно выше 400Гц железо ведет себя иначе чем на частоте 50Гц и поэтому индуктивность будет отличаться. Поэтому обычный мультиметр LC не может правильно замерить их индуктивность, поэтому нужно прибегать к другим способам замера.
В данном случае используется принцип на делителе напряжения. Поэтому достаточно вольтметра постоянного напряжения.
Перед вольтметром поставить выпрямитель, это обязательно, потому что на частотах более 5кГц не всякий вольтметр правильно показывает переменное напряжение.
Где это может понадобиться?- Лично я расчитываю катушку для индукционного котла.

Резонансная частота колебательного контура

Ввести данные

Расчет колебательного контура
Кроме расчета частоты, калькулятор может просчитать также мощность в колебательном контуре если указать напряжение прилогаемое к обмотке. Указывать напряжение не обязательно.

Резонанс в симуляторе

Расчитывалось по результатам работы симулятора Qucs
Расчеты в симуляторе наглядно показывают что в колебательном контуре при параллельном резонансе скапливается больше энергии чем приходит от генератора. Чтобы снять полезную энергию нужно вместо индуктора поставить трансформатор способный к резонансу, это такой трансформатор у которого обмотки отделены друг от друга и расположены на разных кернах.
 Но реальные результаты все же будут отличаться от расчетных по нескольким причинам. Симулятор работает с идеальными компонентами, а реальные компоненты уступают идеальным. Для высокой эффективности нужны конденсаторы с низким внутренним сопротивлением ESR. Для этого берется не один конденсатор, а наберается магазин из конденсаторов маленькой ёмкости и соединяются параллельно. Это позволяет уменьшить сопротивление на емкостях и повысить эффективность.
Нужно учитывать что при последовательном соединении конденсаторов ESR увеличивается, а при параллельном соединении наоборот уменьшается, поэтому по возможности нужно избегать последовательного соединения конденсаторов. Номинальное напряжение конденсаторов должно быть в 1,5 раза выше напряжения сети. Поэтому нужны конденсаторы на напряжение не менее 350В для бытовой сети, а лучше на 450В. При последовательном резонансе номинальное напряжение может быть еще увеличено — не менее 600В.


Берётся три или четыре трансформатора и содиняются по такой схеме. В результате присходит экономия электроэнергии. Принцип такой схемы описан в вики https://ru.wikipedia.org/wiki/Резонанс_токов


Вариант замера

Бывает что нет под рукой амперметра переменного тока. Может кто то живет в сельской местности и в магазинах маленький выбор. И под рукой есть только простой амперметр постоянного тока. В этом случае можно подключить его через выпрямитель как на схеме.


Выбор трансформатора

Необходимые требования к трансформатору для получения резонанса


Здесь речь идет о трансформаторе для активной т.е. резистивной нагрузки. Это значит что нагрузкой может быть любой потребитель, например тэна. Следует учитывать что для реактивной (индуктивной) нагрузки вы можете использовать любой трансформатор, но если на вторичке предполагается подключать например лампу или тэну, то транс не может быть любым каким попало. И если далее в статье написано что на таком то трансе резонанс работать не будет это касается только резистивной нагрузки, потому что меня индуктивная нагрузка мало интересует.

При выборе трансформатора следует обратить внимание на расположение обмоток, особенно если это Ш образные или тороиды.
Если вторичка намотана поверх первички в стандартном исполнении, то скорее всего на таком трансформаторе резонанс работать не будет. Между разными обмотками не должно быть прямой связи, и чтобы соседняя обмотка своими наводками не мешала резонансу. Это важно. Иначе резонанс может не работать.

Эксперименты с Ш образным трансом показали, что когда изначально вторичка была намотана поверх первички, резонанс не работал, но когда вторика была перенесена на свободное место на сердечнике, то резонанс заработал. Дело в том что Ш сердечник состоит не из цельных пластин, а разборный, а керны изолированы друг от друга.
Поэтому при самостоятельной намотке трансов, это следует учитывать. Все остальные обмотки следует располагать на другом керне или же отделять качественным заземленным экраном как это делает Андреев.
То же самое и с тороидами. И понятное дело, что покупать готовые тороиды заводского исполнения не имеет смысла, потому что производители не расчитывают на возможный резонанс.

Делать тороидальный трансформатор лучше на сердечниках от двигателей, так как у них большое окно, что позволяет уложить провод большего диаметра, что дает возможность использовать более дешевый алюминиевый провод в пластмассовой изоляции из магазина, просто подберается провод с запасом по сечению чтобы не грелся.


Обратите внимание что сердечник разделен. Дело в том что на цельном сердечнике резонанс обычно не работает. это проверено на тороидах.
На Ш трансформаторе обе обмотки могут быть расположены на одном керне при условии что в этом керне имеется зазор

Если сердечник разделен на двое и вторичка на другом керне, то резонанс обычно работает и параллельный, но возникает другая проблема — падает эффективность из-за потерь, большой зазор дает большой холостой ход.
Поэтому поиски решений привели на другую конструкцию, где вторичка намотана поверх первички, но не обычным образом. Вторичка короче первички в 3 раза и расположена в ширину. Здесь играет роль геометрия т.е пропорции длины вторички по отношению к первичке

Другой вариант без потерь и на цельном сердечнике предложен Мишиным. Но так как не многие сразу поняли как там что мотать и соединять, выкладываю схему соединения обмоток на торе — то о чем говорил Мишин.


Последовательный резонанс

Параллельный резонанс удобнее чем последовательный, потому что напряжение сохраняется, но есть одна существенная проблема, которая заключается в конденсаторах. Дело в том что чтобы параллельный резонанс хорошо работал и добывал больше энергии, необходимы конденсаторы с минимальным ESR. Тоесть сопротивление обкладок и паразитная индуктивность должна быть близка к нулю, потому что параллельный резонанс — это резонанс токов. Там где большие токи, должна быть хорошая проводимость иначе эффективность будет желать лучшего.
Но если мы работаем с последовательным резонансом, то это несколько решает проблему с конденсаторами, потому что последовательный резонанс это резонанс напряжений и тут небольшое сопротивление в цепи не может так испортить всю малину. Поэтому даже плохие конденсаторы могут давать ощутимые результаты. Но схема немного меняется.


Последовательный резонанс расчитывается так же как и параллельный, поэтому можyj расчитать конденсатор как для параллельного, а использовать его в последовательном резонансе.
Дело в том что если конденсаторы при работе будут нагреваться, то их ёмкость может немного измениться, поэтому может потребоваться подстройка в ходе работы. Желательно выбирать высоковольтные конденсаторы и обеспечить условия исключающие нагрев конденсаторов, а также ставить параллельно несколько с меньшей емкостью, чтобы уменьшить ESR.

Возможные ошибки при расчетах которые могут быть: первичная обмотка расчитана на 220В, а в последовательном резонансе получается более чем 600В, в этом случае сильно возрастает холостой ток, а значит и потребляемая мощность и тогда резонанс может не работать. Поэтому если при расчетах указывать напряжение первички 220В то и при резонансе должно получиться 220В. Это значит что в калькулятор нужно вводить реальное напряжение при котором будет работать первичная обмотка, иначе результаты могут быть не верны. Чтобы добиться этого на практике, первый трансформатор должен быть понижающим. Можно использовать ЛАТР для плавной регулировки напряжения. При отсутствии ЛАТРа понижающий трансформатор мотается на 55В при условии что первичка второго трансформатора на 220В.

 Последовательный резонанс для нормальной работы также требует минимум двух трансформаторов, потому что высокие напряжения не должны проходить через электросчетчик, и потребителю высокие напряжения тоже могут быть вредны. Поэтому делаем последовательный резонанс между двумя трансформаторами. Но если вдруг захочется последовательный контур запитать от 220В напрямую, то первичку нужно мотать на 880 В. Кроме использования ЛАТРа есть вариант применения диммера если его включать последовательно в контуре, но это не гарантирует что из него не выйдет серый дымок.


Вариант по вектору

Для создания мощного вихревого магнитного потока используется сердечник особой конструкции. Для этого берутся пластины и складываются в шахматном порядке как на рисунке. На таком керне должно быть две обмотки соединенные по схеме пуш-пул. Между обмотками должно быть растояние. Одна обмотка тянет в одну сторону, а другая в другую в импульсном режиме, в результате получаются два встречных магнитных потока, которые сталкиваясь дают выброс энергии.
В этом трансформаторе ослаблено ОЭДС из-за того что сердечник разделен не на две части, а на три части. Из-за этого прямая связь вторички с первичками ослаблено, что дает возможность ослабить ОЭДС, а мощность на вторичке можно повысить введя её в резонанс LC.
Чтобы получить эфекты нужно напряжение значительно выше 12В. На низком напряжении это будет работать в лучшем случае просто как обычный трансформатор. Поэтому напряжение повышаем не менее 50В и форма импульса идеальный меандр с резкими фронтами или пила. Основной эффект даёт задний фронт, он должен быт идеально ровный, потому что фишка в схлопывании электровещества.
На ir2153 так вряд не получится, поэтому лучше использовать другие ШИМ.
Для того чтобы получать эффект антигравитации, потоки наоборот должны идти друг от друга.
Картинка которую я представляю не претендует на окончательный вариант, а лишь предлогает возможный вариант.

Схема по которой может быть подключен такой трансформатор:

Схема представляет собой двухтактный автогенератор, в котором частота зависит от конденсатора на вторичке.


Видео трансформатор по Вектору 1
Видео трансформатор по Вектору 2

Гравитация

Кратко что такое гравитация.
Раз уж некоторые очень озадачились этим вопросом о гравитации, то поделюсь своим мнением на этот счет.
Для начала рекомендую ознакомиться со статьями Ацюковского, который описывает этот процес более вероятно к истине, так как его теория более всего обьясняет что и как.

Итак чтобы понять что такое гравитация и притяжение вообще нужно понять что два обьекта не могут притягиваться друг к другу просто так вот без каких то связей если на них не действуют внешние силы. Это класическая физика имеет много белых пятен, поэтому учителя в школе иногда прибегают к неуместным сравнениям чтобы обьяснить вероятное, вроде как то что электроны и протоны притягиваются друг к другу как будто цепляются друг за друга крючками.
На самом деле классическая физика просто не может обьяснить что такое гравитация, потому что был удалён основополагающий фундамент — существование эфира которым заполнен весь космос.
 Вакуум это не пустое пространство, а очень плотное вещество, потому что заполнено эфиром. Магнитное поле это движение эфира по спирали. Когда эфир вращается по спирали то создается центробежная сила, которая стремится центр выкинуть наружу, и тогда в нутри пространство разряжено, т.е. менее плотно по сравнению с окружающим пространством. Но если рядом два обьекта которые имеют меньшую плотность, то окружающая более плотная среда старается их притянуть друг к другу, а также вытолкнуть в менее плотное пространство. Это можно сравнить с тем как воздушные пузыри выталкиваются наверх из воды, потому что воздух менее плотен чем вода.
В магнитной среде тоже самое. Земля своим магнитным полем создает разряженность в пространстве и поэтому к ней притягиваются обьекты. Солнце внутри себя имеет очень мощные энергии, поэтому Солнце обладает мощным магнитным полем разряжающим эфирное пространство вокруг себя, а внешнее космическое пространство, которое более плотное, старается вытолкнуть планеты в сторону менее плотного пространства, порожденного магнитными полями Солнца, подобно как более плотная вода выталкивает наружу менее плотные пузыры воздуха.

Далее если понять этот простой принцип, то можно легко монять почему трансформатор Вектора поднимался. А потому что там создавался мощный вихревой магнитный поток, которые делал среду в црентре себя менее плотным и его просто более плотное внешнее простроанство выталкивало вверх как пузырь воздуха из воды.

Как классическая физика из людей делает дураков
Слово математик состоит из двух слов:
МАТЕМА — наука
ТИК — (нервный тик, наркотик, фанатик, шизик и т.д.)
Вы все еще верите что магнитное поле это + и — ?
Для того чтобы всех запутать в физику ввели ложные понятия относительно электроэнергии.
Официальным представлением о диполе является что он состоит из двух противоположных зарядов

Но плюс и минус друг друга уничтожают, поэтому такого диполя как его рисуют, в принципе не может быть. С таким же успехом можно полюса земли обозначить как + и -, но если так сделать то даже школьник заподозрит что здесь что-то не то. Так зачем же тогда диполю приписывают + и — ?

Вы все еще верите что источник питания это положительный заряд (+), а земля отрицательный (-) ?
Ложность физики также в описании зарядов. Утверждается что есть положительный заряд и отрицательный заряд. Если бы заряд был отрицательным то он должен был бы уничтожить электричество своим противоположным знаком (+220 + -220 = 0) что значило бы что электричество самоликвидируется, но на деле электровещество просто перетекает из более плотного скопления в менее плотное скопление. Потому что правда в том что электричество по своей прероде не может быть отрицательно, оно может быть только разнонаправлено. Очень красиво это доказывает феномен стоячих волн. Стоячая волна образуется в результате отражения прямой волны от земли (заземление) и столкновением отраженной волны со встречной волной, при чем амплитуда в столкновении не только не уменьшается но наоборот увеличивается, хотя направление вращения встречных полей противоположно друг другу. Если бы земля была бы отрицательна, то должна была бы поглотить волну, но она наоборот разворачивает её на 180* и отправляет обратно, но + может отражаться только от +, что доказывает что у земли нет отрицательного заряда, она скорее положительна чем отрицательна, причиной этому то, что земля уже давно вобрала в себя достаточно зарядов и как сдедствие имеет электрическую плотность. Поэтому применительно к зарядам правильно говорить об их направленности от большей плотности к меньшей. Но чтобы всех сделать дураками в физику ввели кривые понятия чтобы никто (точнее все) не поняли суть вещей.
Информации о стоячих волнах нет в школьной программе, потому что тогда вылезают закономерности опровергающие лож оф. физики.
А причина в том что Тесла 100 лет назад открыл стоячую волну и применил её на практике при генерации энергии, воротилы испугались что их бизнесу капут и после этого началось программа по оболваниванию населения. Как то же из людей надо делать дураков, вот и стали вводить в физику ложные понятия которые запутывают и не дают понять суть вещей.

Дальше смешнее

Интересно, это учёные дебилы или производители батареек?

Больше можно узнать из видеолекции:
https://www.youtube.com/watch?v=7o0ZOHyaozM


Немного электроники.

От нулевого к простому: экономия за счет использования самоиндукции
Хочу представить как полезно использовать самоиндукцию для питания нагрузки и тем самым экономить на электровеществе. Метод применим для однотактников. Суть метода в том что самоиндукция не выкидывается в мусорный бак, как делают многие электронщики бездумно транжиря потенциал данный нам Великим Орхитектором вселенной, а отправляется на нагрузку, тем самым понижается энергопотребление и повышаетса мощность на нагрузке.
Самоиндукция это кинетическая энергия электровещества, что значит что после обрыва цепи ток продолжает течь и ему нужен кругооборот где течь, поняв это можно построить правильную схему.




При сборке всех этих схем нужно учитывать очень важную деталь: они должны работать в импульсном режиме и очень важен задний фронт импульса — он должен быть идеально ровный на сколько возможно, потому что самоиндукция проявляет себя при резком разрыве цепи по питанию.
Чтобы обеспечить резкий разрыв питания умные люди применяют вакуумный разрядник, ну если пока нет вакуумного то на первых парах можно воздушный но он значительно хуже, поэтому чтобы серьезно подходить к делу вам понадобиться вакуумный разрядник, при этом электроды должны быть в виде шаров или пластин, чтобы между ними была некоторая ёмкость. Первичная обмотка трансформатора должна иметь толстый провод, чем толще провод, тем большая будет развиваться мощность при проскакивании искры. Высоковольтный же трансформатор делается как обычно, — можно применить от строчника или катушку зажигания, в зависимости от нужной частоты.

От простого к сложному: Резонанс
Один опытный электронщик с неверием спросил: ″если резонанс дает такой эффект то почему мы платим за свет?″. Хороший вопрос на который можно дать хороший ответ ″Дураки тоже нужны, если все будут умные то кто тогда будет платить за свет?″
Самая простая схема резонанса на пуш-пуле:

Как показала практика диод перед средней точкой по схеме пуш-пул уменьшает потребление.

Правильный резонанс требует правильной скважности 25%, в этом случае достигается значительная экономия. В идеале желательно иметь свой задающий генератор частоты, но если кому то хочется все же на 50Гц, то тогда следует спаять вот такую схемку, в которой можно подстроить скважность. Без осцилографа только на слух

Итак допустим мы хотим использовать ШИМ для раскачки резонансного контура для получения резонанса. При этом не важно трансформатор на ферритах или на железном сердечнике. Принцип один. В обычном трансформаторе есть две частоты — частота первички и частота вторички. Если взять точную осцилограмму первичной и вторичной обмотки, то можно заметить что частота вторички отстает от первичной частоты, т.е. они противоположны по знаку не ровно на 180 градусов, а чуть-чуть под другим углом. Эту закономерность можно использовать чтобы уйти от противо ЭДС если бить короткими импульсами с большой амплитудой в тот момент когда вторичка еще не набрала ход. Если обе обмотки включены одновременно то они мещают друг другу и возникают биения. Это может приводить к падению резонанса, поэтому чтобы уменьшить взаимосвязь обмоток используется разделение сердечника чтобы как-то отделить резонансный керн и тем самым как бы дать ему возможность жить своей жизнью. Это потребует некоторых затрат времени чтобы изготовить такой трансформатор качественно, особенно если он на железном сердечнике.
Второй вариант избавиться от влияния первички на колебательный контур чтобы не падал резонанс, это сделать прерывание по питанию первички так чтобы первичка включалась только на короткое время чтобы добавить энергии для продления незатухающих колебаний, а потом быстро должна отключиться. Тесла для этого использовал искровик в котором искра бьёт не постоянно а прерывисто. Но это настраивается собственной ёмкостью искровика, поэтому искровик имел форму из двух шаров. Но в наше время уже не обязательно настраивать скважность искровиком, потому что есть ШИМ контроллеры которые позволяют организовть такое прерывание за счет изменения скважности. Но искровик не стоит выбрасывать на помойку потому что им можно бить высокой амплитудой.
 Пример ШИМ — народная и многими любимая TL494 — работает от 1кГц до 300кГц, на низких частотах не может правильно работать с двумя плечами и переходит в однотактный режим. Поэтому на низкие частоты используют SG3525A (от 100Гц) или KA3525A (от 60Гц) но работают от 0 *С. Под частотой подразумевается частота генератора но она еще делится на лапапам.
Морозостойкие: TL494IN (от -44 *С), SG1535A (от -55 *C), SG2535 (от -25 *C), SE555 (от -44 *C), TLC555.
Популярная у радиолюбителей IR2153 работает и на низких частотах но не может регулировать скважность, поэтому для таких тестов не подходит.
Для фанатов 555 => на 50 Гц с регулируемой скважностью, можно связку 555+CD4017: — здесь 555 генерирует импульсы, а CD4017 эти импульсы распределяет между верхним и нижним плечами, скважность придется регулировать переключателями.
 Итак скважность настраивается так чтобы контур раскачивался короткими импульсами, поэтому скважность должна быть не более 25%. Почему именно 25% скважности? Потому что мы должны дать возможность энерционным токам слиться в кондер и рассосаться встречному потоку, который выглядит как противо ЭДС. Таким образом противо ЭДС самозакручивается в колебательном контуре до того как будет подан следующий импульс.
 Встречается метод модуляции более низкой частотой когда в нутри полупериода содержится несколько более высокочастотных пиков высокой амплитуды — в основном это используется для разрядника. Желательно чтобы колебательный контур был гальванически отвязан от схемы. Однако ШИМ хорошо подходят только для резонанса когда имеет место постоянная нагрузка. Например для котлов отопления.
C ОЭДС борятся ослаблением прямой связи между кернами на магнитопроводе (устанавливается зазор), а мощность на вторичке поднимают вводя её в резонанс LC, но при этом чтобы не сбивать резонанс, с контура можно снимать только половину мощности или нужно снимать через индуктивную связь.
Вариант борьбы с ОЭДС
Как то делая эксперимент с резонансом на вторичке я заметил что энергия то прет, но она также идет на первичную сторону и это выглядит как увеличеное потребление. При подключении нагрузки к колебательному контуру на вторичке потребление сразу падало, что говорит о том что нагрузка сбивает резонанс отбирая от него энергию, при отсоединении нагрузки потребление наоборот резко возрастало. Следовательно резонанс увеличивает ЭДС НО эта ЭДС прет обратно в сеть что выглядит как ОЭДС в виде увеличенного потребления. Поэтому пришлось задуматься как сделать развязку или прерывание чтобы энергия сгенерированная в контуре осталась на стороне потребителя и не ломилась в сеть. И вдруг пришла мысь, (как сказал Вектор — из пространства).
Обмотка мотается так чтобы напряжение на вторичке первого трансформатора было ниже напряжения на первичке второго трансформатора потому что последовательный резонанс повышает напряжение. Имея разницу в напряжении на обмотках, мы получаем разницу и в мощности на двух трансформаторах, что элементарно высчитывается по закону Ома.
Суть идеи сферритом в том, что можно отвязать низкочастотный контур от внешней сети если его раскачивать через ферритовый трансформатор. Дело в том что феррит не может работать на низкой частоте, следовательно не пропустит через себя низкочастотную ЭДС.
Однако даже если и не так то в любом случае вариант можно использовать для замены первого трансформатора ферритом. Для реализации нужна модуляция низкой частотой. Самый простой пример на рисунке.

Понятно что феррит нужен с зазором. Следует отметить что пример модуляции с использованием третьего транзистора не из самых лучших, и продиктован тем что я в своей схеме применил 555+CD4017 и плата уже спаяна, поэтому частоту 60кГц приходится задавать отдельным модулем в виде отдельной платы. Но если все делать сразу на одной плате то схемотехника может быть другой. Более изящную схему можно было бы сделать в связке с KA3525, тогда можно промодулировать по питанию встроеных эмитерных повторителей микросхемы, по 13-й ноге.
Кстати Капанадзе использует тоже модуляцию, но только через искровик. Возможно дело в том что искровик пропускает только высокое напряжение, а низковольтную ОЭДС не пропускает.

Что дает короткий импульс? Если вы хорошо поняли что такое реактивная энергия то понять будет проще. В самый начальный момент импульса индуктивное сопротивление обмотки имеет максимальное сопротивление току, а потом уменьшается, а по закону Ома участок цепи имеющий максимальное сопротивление, будет на концах иметь и максимальное напряжение, (от сюда высоковольтная игла в начале импульса) таким образом мы можем бить короткими импульсами с хорошей амплитудой не затрачивая много энергии — высокое напряжение и малый ток. Чтобы перевести энергию в активную, в цепи ставиться последовательно звено которое тоже реактивно но с противоположным знаком — это конденсатор, в результате двух противоположных sin получаем cosφ=1 тоесть активную энергию. Это то что и делает колебательный контур, только он еще и качаться может продолжительное время и вот такими короткими импульсами, мы качаем активную энергию раскачивая колебательный контур.

По схеме: если будете мутить индукционный котел то нужно учитывать что железо сложнее входит в резонанс и не любит высокие частоты, поэтому можно просто выйти из звукового диапазона или работать на приятной частоте чтобы не резало слух. Катушка для нагрева должна быть многослойной и по форме что-то среднее между соленоидом и плоской, иначе эфективность будет низкая.

Применение и подключение оптопар 6n137

Если делать схему полумост или нормальный мост, то применяют специальные микросхемные драйверы, но они имеют свои ньюансы в работе и некоторые работают не надежно c большой нагрузкой, например могут защелкиваться, поэтому на большие мощностя свыше 1кВт надежнее применять свой драйвер на эмитерном повторителе, но это требует подводить на верхние драйвера отдельное питание и подавать сигнал через скоростную оптопару чтобы обеспечить гальваническую развязку. Эти оптопары отличаются от PC817 тем что инвертируют сигнал, поэтому его нужно приводить в норму, для этого нужен элемент и-не который можно реализовать на транзисторе. Данный вариант приведения сигнала в норму я применяю в своих схемах.

Понятно что так изощряться нужно только с верхними ключами. Нижние этого не требуют.

Автогенераторы
Сложность заключается в том что резонанс LC зависит от индуктивности, а она зависит от нагрузки, и чтобы при изменении нагрузки резонанс не сбивался, на помощ приходит автогенератор частоты в котором частота сама подстраивается под нагрузку. Остается только выбрать наиболее оптимальную схему автогенератора. Единственное что мне не нравится в обычных автогенераторах это то что амплитуда обратной связи не постоянна, поэтому хорошо было бы иметь хороший ЧИМ для таких целей, который сам настраивается на резонансную частоту.
Пример ЧИМ — FAN7688 работает только с ферритами. Более доступный ЧИМ в DIP корпусе FAN7621. В простых автогенераторах нужно чтобы форма сигнала на обратной связи была синусой, потому что это несколько решает проблему сложности настройки скважности. Но если используется ЧИМ то управляющие импульсы могут быть и прямоугольной формы но со скважностью управляемой данной IC. Но здесь нужно понимать принцип резонансных преобразователей в которых применяют данные микросхемы — они в основном последовательного резонанса LLC контура в котором дополнительная индуктивность L делит напряжение на лапапам и если это полумост то скважность будет уже не 25% а ближе к 48%. Но для раскачки параллельного резонанса ШИМом скважность ставят 25%. Поэтому если использовать FAN7621 то не известно как он поведет себя с параллельным резонансом, потому что даташит рисует последовательный LLC контур с полумостом. Поэтому стоит использовать в этом случае последовательный резонанс между двумя трансформаторами.

Мы знаем что в колебательном контуре образуется больше энергии чем приходит от батарейки, поэтому чтобы снять полезную энергию и сделать самозапит нам нужно вместо катушки индуктивности поставить трансформатор с разделенным сердечником чтобы на нем мог работать резонанс. При этом генерация частоты будет работать и без вторички, но когда мы к вторичке начнем цеплять нагрузку, то индуктивность изменится и соответственно частота автоматически вырастет, но генерация частоты не пропадет и резонанс не провалится, просто изменится частота. Рисовать самозапит я не хочу, потому что здесь и так все должно быть ясно и элементарно просто, — со вторички делаете выпрямительный мост с накопительным конденсатором и соединяете со входом от батарейки.
Вторичку лучше расчитать на немного большее напряжение чем приходит в схему, потому что из-за потерь и нагрузки будут просадки напряжения.

Автогенератор с резонансом LC



Автогенератор на пуш-пуле стартует при условии резкого толчка при подаче питания, поэтому в схеме не указан сглаживающий конденсатор, он бы сгладил толчек.
Обмотки трансов обычно просчитывают в программах например Lite-CalcIT но можно просто намотать каждую полуобмотку на определенную индуктивность — для 12В 100мкГн, для 25В 500мкГн, ёмкость конденсатора подберается на нужную частоту, можно начать с 20нФ.
Нужно отметить что раскачка резонанса через среднюю точку требует идеальных условий, поэтому нужно подберать правильный зазор в сердечнике, а для этого лучше применять Ш сердечник с зазором в цертральном керне.
Давно пытался заставить тасчибру работать в параллельном резонансе, но как то не получалось. Но недавно понял в чем была ошибка. Оказывается при параллельном резонансе нужно брать обратную связь не от трансформатора, а от конденсатора, потому что заряд самоиндукции может быть больше чем ёмкость конденсатора. Пока проверил на переделаной оригинальной тасчибре — резонанс работает и частота сильно зависит от нагрузки, но там нет места чтобы впаять два дополнительных диода, поэтому про КПД пока не знаю, так как еще нужно спаять нормальную плату. Дополнительные диоды нужны чтобы избежать утечек энергии из контура, иначе толку не будет. Верхний конденсатор C1 придется обьединить с диодом и резистором, потому что кондер C1 стоит для автостарта и убивания высоковольтных выбросов, но он также является утечкой энергии из колебательного контура, поэтому чтобы иметь максимальный КПД от утечки нужно избавиться поставив клапан. Но тогда кондер Cr нужен высоковольтный. Когда я перекрыл C1 то Cr просто пробило, что говорит о том что раньше излишки самоиндукции уходили на C1 а теперь им некуда деваться так как в Cr все не умещается, сам этот факт также говорит что через C1 была утечка которую нужно перекрывать. Высоковольтные выбросы должны заряжать резонансный конденсатор Cr и на нем же оставаться, а не утекать куда попало. Но нужно учесть что напряжение в контуре при полном резонансе может вырасти, поэтому имеет смысл мотать больше витков на первичке чем расчетное количество.
 При Cr=3nF частота начитнается от ~20кГц а при нагрузке 25Вт доходит до 60кГц. Кстати трансформатор штатный Ш типа. Если у таких трансов две половины из равных Ш частей, то должно и так резонировать.
Нужно сказать что двухтактные автогенераторы стабильнее чем однотактники, и однотактники сложнее заставить резонировать, но это поверхностное ощущение. Возможно если у вас есть опыт то и не возникнет много проблем. —>

Существуют разные схемы автогенераторов, но чтобы долго не вдаваться в поиски оптимальной схемы, представляю схему автогенератора, которую я опробовал. За основу был взят автогенератор от Капанадзе, но немного доработан. Дело в том что сам Капанадзе его не сам придумал, а взял обычный автогенератор с обратной трансформаторной связью и просто добавил конденсатор чтобы образовать колебательный контур, но он тупо оставил старые номиналы в схеме, а если мы схему переделываем под резонанс, то номиналы нужно подгонять под новые условия.


Третий вариант автогенератора с последовательным резонансом
Здесь энергия идет только на раскачку колебательного контура, а уже от него на нагрузку, т.е. контур выступает посредником между генератором и нагрузкой. Как видим использован последовательный резонанс в котором напряжение повышается, поэтому и наматывать нужно соответственно.
У первого трансформатора: первичка на 12В, вторичка на 55В.
У второго трансформатора: первичка на 220В, вторичка на 220В
Конденсатор на первичке расчитывается так чтобы частота первого контура совпала с вторым колебательным контуром. На первых парах на первичке резонанс можно не делать, а сделать сначало последовательный, а потом уже пробовать вводить в резонанс и первичку.
Последовательный резонанс дает повышенное напряжение, которое распределяется между звеньями цепи, и намотав таким образом обмотки получаем разницу в мощности которую можно примерно прикинуть. Допустим в контуре крутится 2 ампера, но напряжение на обмотках разное тогда:
На первом трансформаторе 55В*2А=110 ват
На втором трансформаторе 220В*2А=440 ват
Оба трансформатора должны иметь разделенный сердечник иначе резонанс может не работать.
Транзистор КТ819 приведен в качестве примера, но конечно никто (точнее все) не мешают использовать более мощные транзисторы, например КТ878А или КТ879А
Если лень мотать на 220 В то можно намотать контур по другому: 12 В 48 В т.е. 12 вольт к 48 вольтам. Но нужно понимать такую вещь, что первый трансформатор пропускает энергию в двух направлениях. Это значит что из колебательного контура часть энергии пойдет обратно в источник питания. Но если на генераторе напряжение ниже чем в колебательном контуре, то обратно пойдет меньше.


Расчет индуктивности на ферритах: существуют специальные программы для этого дела, но нужно учитывать что просто по габаритным размерам программный расчет может быть не точен, потому что программа не учитывает зазор или потому что нельзя точно этот зазор замерить, а когда кольцо делится пополам то индуктивность меняется. Кроме того у ферритов есть плохая тенденция терять свойства со временем. Энергия перед собой видит не количество витков, а индуктивность среды, поэтому для точного расчета нужно не полагаться на программы, а делать замеры индуктивности обмотки.
Положим что обмотка на 12В имеет индуктивность 0.1 млГн, тогда нужно намотать столько витков чтобы получить 0.1 млГн. После чего высчитывается сколько вольт на виток и уже от этого ведется расчет обмоток на 55В и 220В.
Закономерностью является то что при каждом удвоении количества витков, индуктивность увеличивается в 5 раз. Поэтому если обмотка на 12В имеет L=0.1млГн то обмотка на 24В будет иметь индуктивность 0,1*5=0,5млГн, а обмотка на 48В иметь L=0,5*5=2,5млГн
Увеличение количества витков в 4 раза дает увеличение индуктивности в 25 раз.

Конденсаторы: Нужно учитывать что конденсаторы должны быть высоковольтные, иначе они могут работать в пробивном режиме, что может привести к их летальному исходу, а также сделать работу автогенератора не стабильной.
Среди керамических высоковольтными являются синие или голубые.


Простой стабилизатор напряжения (лабораторчик)

Для нормальной работы автогенератора напряжение нужно стабилизировать. У этих автогенераторов есть одна черта — зависимисть частоты от напряжения питания, а при завышеном напряжении они могут не работать. Кроме того если кому то вдруг приспичит сделать самозапит, то тем более обратку нужно пропускать через стабизатор.
Поэтому нужен лабораторный блок питания.
Эта схема простого регулируемого стабилизатора напряжения. Недостаток один — будет греться транзистор, потому что он работает не в режиме ключа, а в режиме сопротивления, поэтому нужен хороший радиатор. Чтобы ничего не грелось используют другие схемы — импульсные стабилизаторы на ШИМах.


Подстроечным резистором настраивается нужное выходное напряжение. Стабилитрон D1 стоит на 15-18В для защиты затвора транзистора чтобы его не пробило.
Чтобы транзистор меньше грелся, желательно чтобы на вход поступал ток с колебаниями, тоесть это значит что сглаживающий конденсатор должен стоять после стабилизатора. TL431 следит за напряжением и управляет транзистором.

Мощный импульсный стабилизатор на таймере 555


Линейный стабилизатор прост в изготовлении, но КПД теряется на радиаторе.
Поэтому мне вдруг приспичило сделать импульсный стабилизатор и именно на таймере 555, просто потому что он есть, а использовать для такой цели TL494 слишком кучеряво для простого стабилизатора. В интернете толком ничего не нашел путнего. Был идин неопознаный объект, но на маленькую нагрузку, а потому в топку.
Поэтому пришлось изобретать свой вариант. Стабилизатор должен быть довольно мощный, поэтому должен управлять мощными ключами IRFZ44 или мощнее.

Итак получилась такая схема

Суть работы в следующем — если напряжение на нагрузке переходит нужный заданый порог, то включается оптопара которая подаёт положительное напряжение на ногу 6 таймера, которая следит за напряжением и в результате срабатывает тригер и транзистор перекрывается. Этим самым и происходит стабилизация напряжения .
 Когда на 6-й ноге таймера напряжение ниже 2/3 питания, силовой транзистор Q2 открыт полностью. Здесь постоянно дергать затвор без надобности не имеет смысла, поэтому я перевел таймер из режима генератора импульсов в режим подобный компаратору, для этого времязадающий конденсатор заменен на резистор R8=51k, чтобы переключение было только при необходимости, тем самым уменьшается количество переключений ключом. Если вместо резистора R8 поставить конденсатор 2-5 nF то 555 будет генерировать импульсы, а стабилизация будет за счет изменения скважности.
Конечно для правильной работы схемы нужно правильно подобрать номиналы. Напряжение фототранзистора должно иметь более высокий приоритет в управлении времязадающей цепочкой, поэтому R1 и RV1 должны иметь большее сопротивление чем резистор R3 перед оптопарой. Резистор R1 должен иметь большее сопротивление чем R8, у меня R1=270k но можно и 1М поставить.
Оптопара PC817 довольно нежное создание, поэтому перед светодиодом стоит стабилитрон на 5В (у меня на 4,7В) и гасящий резистор R5 на 100 Ом.
Мои номиналы R7=1k, RV2=5k. R2=1k, R6=100 Ом, C2=3nF, RV1=20k, R3=1k. Стабилитрон D1 на 13 В.
 Гасящий резистор R4 подберается под максимальное входное напряжение питания, у меня R4=100 Ом.
Сглаживающий конденсатор C4 нужен хорошей ёмкости, например 2200 мкФ, потому что он не только сглаживает пульсации на нагрузке, но также уменьшает число переключений ключом и делает работу схемы стабильнее.

Печатка платы в формате lay с не большими изменениями на плате в отличии от фото. Оптрон smd поэтому припаян с другой стороны платы.

Схема работает но уже появились мысли по модернизации, например можно управлять таймером дергая его за 5-ю ногу (хотя это не обязательно), также ускорить момент перезарязки затвора, поставив эмитерный повторитель чтобы по максимуму уменьшить нагрев ключа при частом переключении, но пожалуй это в другой раз, когда буду паять следующий стабилизатор.
Кроме таймера 555 можно сварганить стабилизатор и на других микросхемах, например LM393 в котором целых два компаратора, и если один сломается, то можно переключиться на другой. Но у таймера более мощный выход, позволяющий управлять мощными ключами.

Стабилизатор можно использовать не только для стабилизации, но и для управления нагрузкой. Надо заметить что готовые модули подобного типа такой же мощности будут стоить дорого, но мне не встречались готовые стабизаторы на 555. Все что есть на али это всего лишь регуляторы для управления нагрузкой типа моторчиком на 3А, но стабилизаторами они не являются. Дело в том что китайцы туповатые ребята — сами ничего путного придумать не могут, ждут когда у кого нибудь что то появится чтобы скопировать и продавать. И любая схема чуть более чем на 3А значительно поднимается в цене, а фактическая мощность как правило не соответствует заявленому, потому что это часто продуманые вруны с лукавым бизнес-планом. Поэтому гораздо дешевле и правильнее спаять стабилизатор самостоятельно.


Дополнительные расчеты для заинтересованых

Расчет тороидального трансформатора на железном сердечнике

Введите размеры сердечника

Если сердечник от асинхронного двигателя то выберается тип сердечника пластинчатый. Если же сердечник из полосы железа скрученой в рулон, то выберается тип витой.
Для последовательного резонанса расчитывать как ‘мощный’ крайне не желалельно, потому что при небольшом превышении номинального напряжения сердечник может преждевременно входить в насыщение. Используйте мягкий режим, т.е. ‘витой’ или ‘пластинчатый’

Расчет сечения обмоточной проволоки по диаметру

Расчет проволоки

Для ускорения расчетов

Дополнительно расчет частоты SG3525A

Введите данные


Онлайн расчет частоты SG3525A
Частота у SG3525A регулируется двумя элементами: резистором на 6 ноге микросхемы и ёмкостью конденсатора на 5 ноге. Расчет ведется по формуле — f = 1/( C((0.7*Rt)+(3*Rd)) );

Расчет частоты таймера 555

Онлайн расчет


Схема 555 которую расчитываем


Если нужна скважность меньше чем 50% то можно добавить диод, но расчетная частота уже не будет совпадать.

Расчет длины волны

Офлайн расчет

Теперь если вы сохраните эту страницу в телефоне, то сможете расчитывать не заходя в интернет. В новых телефонах современные браузеры, такие как Opera, вполне корректно справляются с такой задачей.


Поставщики и ресурсы беспроводной связи RF

О компании RF Wireless World

Веб-сайт RF Wireless World является домом для поставщиков и ресурсов радиочастотной и беспроводной связи. На сайте представлены статьи, руководства, поставщики, терминология, исходный код (VHDL, Verilog, MATLAB, Labview), тестирование и измерения, калькуляторы, новости, книги, загрузки и многое другое.

Сайт RF Wireless World охватывает ресурсы по различным темам, таким как RF, беспроводная связь, vsat, спутник, радар, волоконная оптика, микроволновая печь, wimax, wlan, zigbee, LTE, 5G NR, GSM, GPRS, GPS, WCDMA, UMTS, TDSCDMA, bluetooth, Lightwave RF, z-wave, Интернет вещей (IoT), M2M, Ethernet и т. Д.Эти ресурсы основаны на стандартах IEEE и 3GPP. В нем также есть академический раздел, который охватывает колледжи и университеты по инженерным дисциплинам и MBA.

Статьи о системах на основе Интернета вещей

Система обнаружения падений для пожилых людей на основе Интернета вещей : В статье рассматривается архитектура системы обнаружения падений, используемой для пожилых людей. В нем упоминаются преимущества или преимущества системы обнаружения падений Интернета вещей. Узнать больше➤
Также обратитесь к другим статьям о системах на основе Интернета вещей следующим образом:
• Система чистоты туалетов самолета. • Система измерения столкновения • Система отслеживания скоропортящихся продуктов и овощей • Система помощи водителю • Система умной торговли • Система мониторинга качества воды. • Система Smart Grid • Система умного освещения на базе Zigbee • Система интеллектуальной парковки на основе Zigbee. • Система интеллектуальной парковки на основе LoRaWAN


RF Статьи о беспроводной связи

В этом разделе статей представлены статьи о физическом уровне (PHY), уровне MAC, стеке протоколов и сетевой архитектуре на основе WLAN, WiMAX, zigbee, GSM, GPRS, TD-SCDMA, LTE, 5G NR, VSAT, Gigabit Ethernet на основе IEEE / 3GPP и т. Д. .стандарты. Он также охватывает статьи, относящиеся к испытаниям и измерениям, по тестированию на соответствие, используемым для испытаний устройств на соответствие RF / PHY. УКАЗАТЕЛЬ СТАТЬИ ДЛЯ ССЫЛКИ >>.


Физический уровень 5G NR : Обработка физического уровня для канала 5G NR PDSCH и канала 5G NR PUSCH рассмотрена поэтапно. Это описание физического уровня 5G соответствует спецификациям физического уровня 3GPP. Читать дальше➤


Основы повторителей и типы повторителей : В нем объясняются функции различных типов ретрансляторов, используемых в беспроводных технологиях.Читать дальше➤


Основы и типы замирания : В этой статье рассматриваются мелкомасштабные замирания, крупномасштабные замирания, медленные, быстрые и т. Д., Которые используются в беспроводной связи. Читать дальше➤


Архитектура сотового телефона 5G : В этой статье рассматривается блок-схема сотового телефона 5G с внутренними модулями 5G. Архитектура сотового телефона. Читать дальше➤


Основы помех и типы помех: В этой статье рассматриваются помехи в соседнем канале, помехи в одном канале, ЭМ помехи, ICI, ISI, световые помехи, звуковые помехи и т. Д.Читать дальше➤


5G NR Раздел

В этом разделе рассматриваются функции 5G NR (New Radio), нумерология, диапазоны, архитектура, развертывание, стек протоколов (PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC) и т. Д. 5G NR Краткий указатель ссылок >>
• Мини-слот 5G NR • Часть полосы пропускания 5G NR • 5G NR CORESET • Форматы DCI 5G NR • 5G NR UCI • Форматы слотов 5G NR • IE 5G NR RRC • 5G NR SSB, SS, PBCH • 5G NR PRACH • 5G NR PDCCH • 5G NR PUCCH • Эталонные сигналы 5G NR • 5G NR m-последовательность • Золотая последовательность 5G NR • 5G NR Zadoff Chu Sequence • Физический уровень 5G NR • Уровень MAC 5G NR • Уровень 5G NR RLC • Уровень 5G NR PDCP


Учебные пособия по беспроводным технологиям

В этом разделе рассматриваются учебные пособия по радиочастотам и беспроводной связи.Он охватывает учебные пособия по таким темам, как сотовая связь, WLAN (11ac, 11ad), wimax, bluetooth, zigbee, zwave, LTE, DSP, GSM, GPRS, GPS, UMTS, CDMA, UWB, RFID, радар, VSAT, спутник, WLAN, волновод, антенна, фемтосота, тестирование и измерения, IoT и т. Д. См. УКАЗАТЕЛЬ Учебников >>


Учебное пособие по 5G — Это руководство по 5G также охватывает следующие подтемы по технологии 5G:
Учебное пособие по основам 5G. Полосы частот руководство по миллиметровым волнам Волновая рамка 5G мм Зондирование волнового канала 5G мм 4G против 5G Тестовое оборудование 5G Сетевая архитектура 5G Сетевые интерфейсы 5G NR канальное зондирование Типы каналов 5G FDD против TDD Разделение сети 5G NR Что такое 5G NR Режимы развертывания 5G NR Что такое 5G TF


В этом учебном пособии GSM рассматриваются основы GSM, сетевая архитектура, сетевые элементы, системные спецификации, приложения, Типы пакетов GSM, структура кадров GSM или иерархия кадров, логические каналы, физические каналы, Физический уровень GSM или обработка речи, вход в сеть мобильного телефона GSM, установка вызова или процедура включения питания, MO-вызов, MT-вызов, VAMOS, AMR, MSK, модуляция GMSK, физический уровень, стек протоколов, основы мобильного телефона, Планирование RF, нисходящая линия связи PS и восходящая линия связи PS.
➤Подробнее.

LTE Tutorial , охватывающий архитектуру системы LTE, охватывающий основы LTE EUTRAN и LTE Evolved Packet Core (EPC). Он обеспечивает связь с обзором системы LTE, радиоинтерфейсом LTE, терминологией LTE, категориями LTE UE, структурой кадра LTE, физическим уровнем LTE, Стек протоколов LTE, каналы LTE (логические, транспортные, физические), пропускная способность LTE, агрегация несущих LTE, передача голоса по LTE, расширенный LTE, Поставщики LTE и LTE vs LTE продвинутые.➤Подробнее.


RF Technology Stuff

Эта страница мира беспроводной радиосвязи описывает пошаговое проектирование преобразователя частоты RF на примере преобразователя RF UP от 70 МГц до диапазона C. для микрополосковой платы с использованием дискретных радиочастотных компонентов, а именно. Смесители, гетеродин, MMIC, синтезатор, опорный генератор OCXO, колодки аттенюатора. ➤Подробнее.
➤Проектирование и разработка радиочастотного трансивера ➤Конструкция RF фильтра ➤VSAT Система ➤Типы и основы микрополосковой печати ➤Основы работы с волноводом


Секция испытаний и измерений

В этом разделе рассматриваются контрольно-измерительные ресурсы, испытательное и измерительное оборудование для тестирования DUT на основе Стандарты WLAN, WiMAX, Zigbee, Bluetooth, GSM, UMTS, LTE.ИНДЕКС испытаний и измерений >>
➤ Система PXI для T&M. ➤ Генерация и анализ сигналов ➤Измерения слоя PHY ➤Тест устройства на соответствие WiMAX ➤ Тест на соответствие Zigbee ➤ Тест на соответствие LTE UE ➤Тест на соответствие TD-SCDMA


Волоконно-оптическая технология

Оптоволоконный компонент , основы, включая детектор, оптический соединитель, изолятор, циркулятор, переключатели, усилитель, фильтр, эквалайзер, мультиплексор, разъемы, демультиплексор и т. д.Эти компоненты используются в волоконно-оптической связи. Оптические компоненты INDEX >>
➤Учебник по оптоволоконной связи ➤APS в SDH ➤SONET основы ➤SDH Рамочная конструкция ➤SONET против SDH


Поставщики и производители беспроводных радиочастотных устройств

Сайт RF Wireless World охватывает производителей и поставщиков различных радиочастотных компонентов, систем и подсистем для ярких приложений, см. ИНДЕКС поставщиков >>.

Поставщики радиочастотных компонентов, включая радиочастотный изолятор, радиочастотный циркулятор, радиочастотный смеситель, радиочастотный усилитель, радиочастотный адаптер, радиочастотный разъем, радиочастотный модулятор, радиочастотный трансивер, ФАПЧ, ГУН, синтезатор, антенну, генератор, делитель мощности, сумматор мощности, фильтр, аттенюатор, диплексор, дуплексер, чип-резистор, чип-конденсатор, чип-индуктор, ответвитель, оборудование для ЭМС, программное обеспечение для проектирования RF, диэлектрический материал, диод и т. д.Производители RF компонентов >>
➤Базовая станция LTE ➤RF Циркулятор ➤RF Изолятор ➤Кристаллический осциллятор


MATLAB, Labview, встроенные исходные коды

Раздел исходного кода RF Wireless World охватывает коды, связанные с языками программирования MATLAB, VHDL, VERILOG и LABVIEW. Эти коды полезны для новичков в этих языках. ИНДЕКС ИСХОДНОГО КОДА >>
➤3-8 декодер кода VHDL ➤Код MATLAB для дескремблера ➤32-битный код ALU Verilog ➤T, D, JK, SR триггеры labview коды


* Общая информация о здоровье населения *

Выполните эти пять простых действий, чтобы остановить коронавирус (COVID-19).
СДЕЛАЙ ПЯТЬ
1. РУКИ: Часто мойте их.
2. КОЛЕНО: Откашляйтесь.
3. ЛИЦО: не трогайте его
4. НОГИ: держитесь на расстоянии более 3 футов (1 м) друг от друга.
5. ЧУВСТВОВАТЬ: Болен? Оставайся дома

Используйте технологию отслеживания контактов >>, соблюдайте >> рекомендации по социальному дистанцированию и установить систему видеонаблюдения >> чтобы спасти сотни жизней. Использование концепции телемедицины стало очень популярным в таким странам, как США и Китай, остановить распространение COVID-19, поскольку это заразное заболевание.


RF Калькуляторы и преобразователи беспроводной связи

Раздел «Калькуляторы и преобразователи» охватывает ВЧ-калькуляторы, беспроводные калькуляторы, а также преобразователи единиц. Сюда входят беспроводные технологии, такие как GSM, UMTS, LTE, 5G NR и т. Д. СПРАВОЧНЫЕ КАЛЬКУЛЯТОРЫ Указатель >>.
➤ Калькулятор пропускной способности 5G NR ➤5G NR ARFCN против преобразования частоты ➤Калькулятор скорости передачи данных LoRa ➤LTE EARFCN для преобразования частоты ➤ Калькулятор антенны Яги ➤ Калькулятор времени выборки 5G NR


IoT-Интернет вещей Беспроводные технологии

Раздел IoT охватывает беспроводные технологии Интернета вещей, такие как WLAN, WiMAX, Zigbee, Z-wave, UMTS, LTE, GSM, GPRS, THREAD, EnOcean, LoRa, SIGFOX, WHDI, Ethernet, 6LoWPAN, RF4CE, Bluetooth, Bluetooth Low Power (BLE), NFC, RFID, INSTEON, X10, KNX, ANT +, Wavenis, Dash7, HomePlug и другие.Он также охватывает датчики Интернета вещей, компоненты Интернета вещей и компании Интернета вещей.
См. Главную страницу IoT >> и следующие ссылки.
➤ НИТЬ ➤EnOcean ➤Учебник по LoRa ➤Учебник по SIGFOX ➤WHDI ➤6LoWPAN ➤Zigbee RF4CE ➤NFC ➤Lonworks ➤CEBus ➤UPB



СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ


RF Wireless Учебники



Различные типы датчиков


Поделиться страницей

Перевести страницу

Как выбрать источник питания для светодиодов »Easy Calculator

Для работы светодиодных ламп и прожекторов на 12 В от сети необходим источник питания или трансформатор.Как найти подходящий трансформатор из всех предложенных вариантов? Из этого руководства вы узнаете, что важно при выборе источника питания для светодиодов. Мы также покажем вам, как рассчитать требуемую выходную мощность и выбрать подходящий светодиодный трансформатор.

Размеры блока питания для светодиодов

Помимо светодиодных светильников на 120 В, существуют также различные светодиодные прожекторы, прожекторы и другие источники света, которые работают от низкого напряжения . Обычные рабочие напряжения: 12В и 24В .Для работы низковольтных ламп от сети 120 В. требуется источник питания светодиодов. Это преобразует сетевое напряжение до требуемого напряжения светодиода. Вместо термина источник питания также используются следующие термины:

  • Трансформатор
  • Низковольтный трансформатор
  • Источник питания для светодиодов

Светодиодные трансформаторы доступны в широком диапазоне классов мощности . Однако нет смысла просто покупать трансформатор увеличенного размера, не рассчитав заранее фактическую потребляемую мощность.Многие трансформаторы имеют минимальную нагрузку и вообще не будут обеспечивать никакого напряжения, если нагрузка ниже этого предела. Поэтому вам следует подобрать трансформатор точно для вашего применения.

Calculate LED Power Supply

Требуемую мощность светодиодного источника питания можно легко рассчитать. Для большинства источников света и светодиодных прожекторов указана потребляемая мощность в ваттах (Вт). Вы найдете эту информацию как на упаковке, так и непосредственно на лампе. Например, если вы хотите использовать только одну низковольтную лампу мощностью 10 Вт, трансформатор также должен обеспечивать мощность не менее 10 Вт + запас мощности .

Работа нескольких ламп на одном трансформаторе также очень распространена и очень экономична. Здесь необходимо добавить к потребляемой мощности всех светодиодов .

Пример: расчет мощности для нескольких прожекторов

Должны работать шесть светодиодных прожекторов 12 В по 6 Вт каждое:

6 Вт · 6 (количество) = 36 Вт

Добавьте 20% запаса мощности:

36 Вт + (0,2 · 36) = 43,2 Вт

→ Блок питания мощностью 45 Вт будет здесь хорошим выбором.

Расчет мощности через потребление тока

В некоторых особых случаях потребляемая мощность светодиодов неизвестна. Вместо этого потребление тока указано в амперах (А). Тогда мощность может быть определена путем умножения напряжения и тока . Затем результат можно использовать для расчета трансформатора, как описано выше. Примеры расчета мощности по напряжению и току:

  • 12В · 2,5А = 30Вт
  • 24В · 0,8А = 19,2Вт

Рассчитать блок питания для светодиодных лент

Светодиодные ленты часто продаются пешком.Это приводит к следующей специальности. Поэтому потребляемая мощность в магазине или в технических данных обычно указывается в Вт на фут (Вт / фут). Например, если вы хотите использовать светодиодную ленту длиной 5 футов, трансформатор можно рассчитать следующим образом:

Пример: расчет источника питания для светодиодных лент

Светодиодная полоса 12 В длиной пять футов и мощностью 14,4 Вт / фут должна работать:

14,4 Вт · 5 (футов) = 72 Вт

Добавьте 20% запаса мощности:

72 Вт + (0.2 · 72) = 86,4 Вт

→ Трансформатор на 90 Вт здесь будет хорошим выбором.

Расчет запаса мощности

Не рекомендуется постоянно эксплуатировать светодиодный трансформатор со 100% нагрузкой . С одной стороны, предохранитель блоков питания мог сработать от пускового тока ламп. Кроме того, блок питания может нагреваться выше среднего, что, вероятно, сокращает срок его службы. Разумный резерв также предусматривает возможность расширения осветительной установки.

В большинстве случаев рекомендуется запас хода 20%. . Если в дальнейшем планируется добавить дополнительные прожекторы, следует соответственно увеличить резерв. Расчет мощности с запасом обычно дает кривые значения. В таком случае желательно выбрать блок питания следующего более крупного размера.

Вычислитель источника питания светодиодов

Расчет мощности светодиодного трансформатора был подробно описан ранее. С онлайн-калькулятором это сделать еще проще. Здесь вы можете ввести потребляемую мощность всех светодиодных ламп, которые будут работать от источника питания, а также желаемый запас мощности.В качестве альтернативы трансформатор также можно определить, введя рабочее напряжение светодиода и общий ток всех ламп.

Калькулятор источника питания для светодиодов

Инструменты на этом веб-сайте предоставляются «как есть» без каких-либо гарантий.

На что обратить внимание при использовании светодиодных блоков питания?

Расчетная мощность — важный критерий при выборе светодиодного трансформатора. Чтобы подобрать подходящий блок питания, также следует учитывать следующие моменты.

Светодиодный трансформатор или галогенный трансформатор?

Иногда возникает вопрос, может ли существующий галогенный трансформатор быть повторно использован при преобразовании в светодиод. Если рабочее напряжение светодиодных и галогенных ламп одинаковое, на первый взгляд это кажется возможным. Однако это не рекомендуется, так как многие галогенные трансформаторы имеют по крайней мере одну из следующих проблем:

  • Высокая минимальная нагрузка → светодиодные лампы остаются темными или мигают
  • Отсутствие постоянного выходного напряжения → Пики напряжения повреждают светодиод
  • Выходное напряжение переменного тока → см. Следующий раздел.

Если возможно, используйте трансформатор для светодиодов

AC или DC — переменное или постоянное напряжение?

Существуют светодиодные трансформаторы, которые вырабатывают напряжение переменного тока , и есть варианты, которые обеспечивают на выходе напряжение постоянного тока .Большинство низковольтных светодиодных ламп имеют встроенный выпрямитель и могут работать как от трансформатора переменного, так и постоянного тока. Однако не всегда это видно снаружи. Поэтому трансформатор всегда следует выбирать в соответствии с вашим светодиодным источником света.

На источнике света или в паспорте всегда указывается, работает ли светодиод от постоянного или переменного напряжения.

Выбрать трансформатор постоянного / переменного тока в зависимости от источника света светодиода

Диммируемые трансформаторы

Если яркость светодиодов должна регулироваться, светодиодный трансформатор можно подключить к диммеру.Но диммирование светодиодных ламп может быть проблематичным, если не все компоненты в цепи рассчитаны на это. Если вы хотите уменьшить яркость низковольтных ламп на трансформаторе, оба светодиода, диммер и трансформатор должны быть предназначены для этой цели. Только тогда есть хороший шанс, что проблем не возникнет.

Регулировка яркости должна быть указана в описании продуктов для всех компонентов. Если нерегулируемый трансформатор подключен к диммеру, свет может оставаться темным, мерцать или гудеть.

Выбрать диммируемый трансформатор при подключении к диммеру

Заключение

Рассчитать выходную мощность светодиодного трансформатора несложно. С помощью примеров и онлайн-калькулятора теперь вы можете определить параметры источника питания светодиодов для вашего приложения. Кроме того, вы знаете, какие дополнительные критерии важны при выборе светодиодного трансформатора.

Онлайн-калькулятор трансформатора Puls Скачать бесплатно для Windows

www.poks.org 625 Бесплатное ПО

Это простое расширение калькулятора для браузера Chromium.

2 MC Group Inc. 421 Условно-бесплатное ПО

Знайте правильную защиту от перегрузки и провода, соответствующие размеру и типу трансформатора.

Дэвид Джон Томас 1 Бесплатное ПО

Бесплатный простой инструмент для создания всех возможных комбинаций ключевого слова или фразы.

Программное обеспечение U 4 Бесплатное ПО

Эта программа рассчитывает сумму, которую вы заработаете за определенный период инвестирования.

20 Джон Дрю 1077 Бесплатное ПО

Yagi Calculator — это программа, помогающая в проектировании длинных антенн yagi.

2 Программное обеспечение Eye4Software B.В. 540 Бесплатное ПО

Преобразование координат из одной системы координат в другую.

1 Pacific Tech 243 Условно-бесплатное ПО

Графический калькулятор

— это инструмент для быстрой математической визуализации.

1 Shay Software Ventures Private Limited 2 Бесплатное ПО

Titan Poker Calculator — это онлайн-калькулятор покерных шансов.

54 ООО «MP3Transformer» 10 Бесплатное ПО

MP3 Transformer — онлайн-магнитола, созданная для меломанов.

1 Cloanto Corporation 25

Калькулятор и конвертер валют с онлайн-обновлениями курсов и скинами.

ПОКЕРобот 30 Бесплатное ПО

POKERobot — это и автоматический покерный робот, и онлайн-калькулятор статистики.

94 Mucked Hands Inc. 1

Калькулятор Mucked Hand Calculator Online Texas Hold’em покажет точные шансы.

Электронный ипотечный калькулятор 1 Бесплатное ПО

Emortgagecalculator.co.uk — это бесплатный онлайн-калькулятор ипотеки, который поможет вам составить бюджет и рассчитать ….

UtilStudio 12 Бесплатное ПО

Онлайн-калькулятор, подключенный к Интернету, используемый для подсчета цен.

IDG Провинциальный 1 Бесплатное ПО

Если вы играете с онлайн-покером, калькулятор увеличит ваши шансы.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.