Намотка трансформатора для импульсного источника питания

Намотка трансформатора для импульсного источника питания

В процессе изготовления блока питания наткнулся на практически полное отсутствие информации о том как наматывать импульсный трансформатор: по часовой или против часовой стрелки, обмотки должны быть намотаны в одну сторону или в разные? В этой статье привожу свои умозаключения по этому поводу. Надеюсь представленная здесь информация будет полезна.

Так как это мой персональный блог, то позволю себе сделать лирическое отступление и рассказать о своих страданиях в данной области, несмотря на то, что один мой коллега как-то заметил: «Никого не интересует как ты сделал это. Главное — результат!».

Захотел я как-то собрать импульсный блок питания. Схему взял с радиокота. За схему автору спасибо!

Мотивировался простотой и подробностью описания схемы — вплоть до изображения намотки трансформатора. Однако как показала практика, и этого оказалось недостаточно…

К моему большому сожалению с первого раза схема не заработала должным образом — напряжение на выходе скакало от 3 до 5 вольт. После непродолжительных мучений взорвалась управляющая микросхема. Причем взорвалась буквально, отлетел кусок пластикового корпуса и были видны её «мозги». Эта неудача меня не огорчила, а наоборот прибавила решительности довести дело до ума. Купив новую микросхему и намотав, на всякий случай, новый трансформатор, я повторил эксперимент. В результате на выходе напряжение отсутствовало вовсе. После перепроверки схемы я обнаружил, что не правильно впаял оптопару. Заменив на всякий случай оптопару и впаяв её правильно я подал сетевое напряжение на вход… и снова пиротехнический эффект. Микросхема снова показала свои внутренности. От досады я сгреб все в ящик стола на несколько дней. Но идея сделать этот блок питания не покинула меня.

После длительных размышлений над смыслом бытия и о том в чем могла быть ошибка я пришел к выводу — что-то не так с трансформатором. Было решено избавиться от цепи BIAS (обозначена красным на схеме), чтобы еще упростить схему, а также понять как все-таки нужно наматывать трансформатор. В результате появились такие картинки (см. ниже).

Начнем с рассмотрения первичной обмотки трансформатора.

Для упрощения рассмотрим один виток первичной обмотки. Точкой обозначено начало обмотки. Обмотку мы наматываем против часовой стрелки (можно и по часовой стрелке, никто не запрещает, но в этом случае, как мы увидим далее, вторичную тоже нужно будет мотать по часовой стрелке). На схеме блока питания более положительный потенциал подключен к концу первичной обмотки (на рисунке обозначен как «+»), а более отрицательный потенциал к началу обмотки («-» на схеме). Из курса средней или высшей школы (в моем случае высшей, т.к. физику я начал учить только в институте) мы помним, что движущиеся электрические заряды создают магнитное поле, причем направление линий индукции магнитного поля определяется правилом буравчика. Эти линии на рисунке изображены элипсами со стрелочками. Суммарное магнитное поле проходит как бы от наблюдателя, через плоскость монитора и выходит с обратной стороны. В школе нас учили обозначать вектор крестиком (Х), если мы смотрим на него сзади и точкой, если смотрим на него спереди. Таким образом обозначен суммарный вектор магнитной индукции В в центре одиночного витка.

С первичной обмоткой разобрались. А теперь, товарищи, взгляните на вторичную обмотку. Согласно правилу Ленца, в замкнутом контуре, помещенном во внешнее магнитное поле (в данном случае созданном первичной обмоткой) возникает ток, направление которого стремиться ослабить внешнее поле. Точнее внешнее поле ослабляет не сам ток, а магнитное поле, которое он создает. Это поле вторичной обмотки обозначено на рисунке маленькими элипсами. Как видно, его направление противоположно магнитному полю первичной обмотки. Это поле, согласно школьным правилам отмечено жирной точкой в центре витка. Для упрощения рисунка часть силовых линий магнитного поля В была удалена. А теперь вопрос: каким должно быть направление тока во вторичной оботке, чтобы создать магнитное поле такого направления. Правильно, ток должен идти от начала вторичной обмотке к ее концу, т.е. на начале обмотки у нас более положительный потенциал (+), а на конце — минус. Теперь смотрим на схему блока питания. Действительно, «плюс» выходного напряжения начинается с начала вторичной обмотки, а «минус» — с конца.

Желающие могут потренироваться в рисовании силовых линий магнитного поля. Лично я ими исписал несколько тетрадных листов:)

Из всего выше сказанного следует, что обе обмотки трансформатора следует мотать против часовой стрелки. Собственно автор схемы это и изобразил на рисунке. После подробного анализа мне стало ясно почему это так, а не иначе.

Ну и в качестве завершения истории… Разобравшись с этой кухней я заново спаял схему. На этот раз навесным монтажем и без цепи BIAS. Какова же была моя радость когда я у видел на дисплее мультиметра заветные 5.44В 🙂 Думаю многим из нас знакомо это чувство.

Рассуждения представленные здесь ни в коем случае не претендуют на то чтобы быть единственно правильными. Возможно в чем-то они упрощены, но мне они показались весьма логичными, т.к. направление токов и магнитных полей полностью согласуются. А в качестве вознаграждения за проделанный труд я получил работоспособную схему. В будущем планирую повторить опыт с несколькими вторичными обмотками трансформатора. Всем спасибо за внимание!

Источник:
http://we.easyelectronics.ru/NBS/namotka-transformatora-dlya-impulsnogo-istochnika-pitaniya.html

Расчёт и изготовление трансформатора для импульсного блока питания
на тороидальном (кольцевом) ферритовом сердечнике. Онлайн калькулятор обмоток.

«Как-то лет в 12 нашёл я старый трансформатор, слегка перемотал его и включил.
Энергосистема опознала нового радиотехника и приветливо моргнула всем домом.
Вот так я и начал изучать силовую электронику».

А тем временем традиционные линейные источники питания на силовых трансформаторах всё чаще стали вытесняться своими импульсными коллегами.
При этом, что бы там не говорили авторитетные товарищи про многочисленные технические достоинства импульсных преобразователей, плюс у них только один — массогабаритные показатели. Всё остальное — сплошной минус.
Однако этот единственный плюс оказался настолько жирным, что заслонил собой все многочисленные минусы, особенно в тех замесах, когда к электроустройствам не предъявляется каких-либо жёстких требований.

Наиболее популярными среди радиолюбителей стали сетевые источники питания, собранные на микросхемах IR2153 и IR2155, которые представляют из себя самотактируемые высоковольтные драйверы, позволяющие получать полумостовые импульсные блоки питания мощностью до 1,5 кВт с минимальной обвязкой.
И если сердце импульсного блока питания колотится внутри готовой буржуйской микросхемы, то главным, ответственным за электрохозяйство среди остальных наружных образований, безусловно, является правильно выполненный трансформатор.

Для наших высокотоковых дел лучше всего применять трансформаторы с тороидальным магнитопроводом. В сравнении с другими сердечниками они имеют меньший вес и габариты, а также отличаются лучшими условиями охлаждения обмоток и повышенным КПД.
Но самое главное — при равномерном распределении обмоток по периметру сердечника практически отсутствует магнитное поле рассеяния, что в большинстве случаев отметает потребность в тщательном экранировании трансформаторов.

Читайте также  Электроника для споттера из того, что есть под рукой

По сути дела, умных статей в сети на предмет расчёта импульсных трансформаторов великое множество, с картинками, формулами, таблицами и прочими авторитетными причиндалами. Наблюдаются в свободном доступе и многочисленные онлайн-калькуляторы на интересующую нас тематику.

И снизошла б на нас благодать неземная, кабы вся полученная информация сложилась в наших любознательных головах в единое большое целое.
Да вот, что-то не получается. Ништяк обламывается из-за того, что следуя этими различным компетентным источникам, мы устойчиво получаем на выходе и различные результаты.

Вот и гуляют по сети идентичные радиолюбительские схемы импульсных блоков питания на IR2153 с идентичными заявленными характеристиками, трансформаторами на одних и тех же кольцах, но радикально не идентичным количеством витков первичных обмоток трансформаторов.
А когда эти различия выражаются многими разами, то возникает желание «что-то подправить в консерватории». Объясняется это желание просто — существенной зависимостью КПД устройства от значения индуктивности, на которую нагружены ключевые транзисторы преобразователя. А в качестве этой индуктивности как раз и выступает первичная обмотка импульсного трансформатора.

А для лучшего восприятия сказанного, приведу типовую схему источника питания на IR2153, не обременённую ни устройством защиты, ни какими-либо другими излишествами.


Рис.1

Схема проверена временем и многочисленными опытами изрядно пощипанных током, неустрашимых радиолюбителей, так что не работать в ней — просто нечему.

Ну и наконец, переходим к расчёту импульсного трансформатора.

Мотать его будем на бюджетных низкочастотных ферритовых кольцах отечественного производителя 2000НМ или импортных — EPCOS N87, а для начала определимся с габаритной мощностью тороидального ферритового магнитопровода.

Концепция выбора габаритной мощности с запасом в 10% от максимальной мощности в нагрузке, заложенная в режимы автоматического подбора сердечника в большинстве калькуляторов, хотя и не противоречит теоретическим расчётам, учитывающим высокий КПД импульсного трансформатора, но всё же наводит на грустную мысль о ненадлежащей надёжности и возможной скорой кончине полученного моточного изделия.
Куда мне ближе трактовка этого параметра, описанная в литературе: Pгаб>1,25×Рн .

Расчёты поведём исходя из частоты работы преобразователя IR2153, равной 50 кГц. Почему именно такой?
Не ниже, потому что такой выбор частоты позволяет нам уложиться в достаточно компактные размеры ферритового сердечника, и при этом гарантирует полное отсутствие сигналов комбинационных частот ниже 30 кГц при работе девайса в составе качественной звуковоспроизводящей аппаратуры.
А не выше, потому что мы пилоты. А феррит у нас низкочастотный и может почахнуть и ответить значительным снижением магнитной проницаемости при частотах свыше 60-70 кГц. Не забываем, что сигнал, на выходах ключей имеет форму меандра и совокупная амплитуда гармоник, с частотами в 3-9 раз превышающими основную, имеет весьма ощутимую величину.

Параметры первичной обмотки трансформатора рассчитаем при помощи программы Lite-CalcIT, позволяющей, на мой взгляд, вполне адекватно оценить как размер сердечника, так и количество витков первичной обмотки.
Результаты сведём в таблицу.

Источник:
http://vpayaem.ru/information15.html

Расчет и намотка импульсного трансформатора

Сегодня я расскажу о процедуре расчета и намотки импульсного трансформатора, для блока питания на ir2153.

Моя задача стоит в следующем, нужен трансформатор c двумя вторичными обмотками, каждая из которых должна иметь отвод от середины. Значение напряжения на вторичных обмотках должно составить +-50В. Ток протекать будет 3А, что составит 300Вт.

Расчет импульсного трансформатора.

Для начала загружаем себе программу расчета импульсного трансформатора Lite-CalcIT и запускаем её.

Выбираем схему преобразования – полумостовая. Зависит от вашей схемы импульсного источника питания. В статье “Импульсный блок питания для усилителя НЧ на ir2153 мощностью 300Вт” схема преобразования –полумостовая.

Напряжение питания указываем постоянное. Минимальное = 266 Вольт, номинальное = 295 Вольт, максимальное = 325 Вольт.

Тип контроллера указываем ir2153, частоту генерации 50кГц.

Стабилизации выходов – нет.Принудительное охлаждение – нет.

Диаметр провода, указываем тот, который есть в наличии. У меня 0,85мм. Заметьте, указываем не сечение, а диаметр провода.

Указываем мощность каждой из вторичных обмоток, а также напряжение на них.Я указал 50В и мощность 150Вт в двух обмотках.

Схема выпрямления – двухполярная со средней точкой.

Указанные мною напряжения (50 Вольт) означают, что две вторичных обмотки, каждая из которых имеет отвод от середины, и после выпрямления, будет иметь +-50В относительно средней точки. Многие подумали бы, что указали 50В, значит, относительно ноля будет 25В в каждом плече, нет! Мы получим 50В вкаждом плече относительно среднего провода.

Далее выбираем параметры сердечника, в моем случае это “R” – тороидальный сердечник, с размерами 40-24-20 мм.

Нажимаем кнопочку “Рассчитать!”. В результате получаем количество витков и количество жил первичной и вторичной обмоток.

Намотка импульсного трансформатора.

Итак, вот мое колечко с размерами 40-24-20 мм.

Теперь его нужно изолировать каким-либо диэлектриком. Каждый выбирает свой диэлектрик, это может быть лакоткань, тряпочная изолента, стеклоткань и даже скотч, что лучше не использовать для намотки трансформаторов. Говорят скотч, разъедает эмаль провода, не могу подтвердить данный факт, но я нашел другой минус скотча. В случае перемотки, трансформатор тяжело разбирать, и весь провод становится в клею от скотча.

Я использую лавсановую ленту, которая не плавится как полиэтилен при высоких температурах. А где взять эту лавсановую ленту? Все просто, если есть обрубки экранированной витой пары, то разобрав её вы получите лавсановую пленочку шириной примерно 1,5см. Это самый идеальный вариант, диэлектрик получается красивым и качественным.

Скотчем подклеиваем лавсаночку к сердечнику и начинаем обматывать колечко, в пару слоев.

Далее мотаем первичку, в моем случае 33 витка проводом диаметра 0,85мм двумя жилами (это я перестраховался). Мотайте по часовой стрелке, как показано на картинке ниже.

Выводы первичной обмотки скручиваем и залуживаем.

Далее надеваем сверху несколько сантиметров термоусадки и подогреваем.

Следующим шагом вновь изолируем диэлектриком еще пару слоев.

Теперь начинаются самые «непонятки» и множество вопросов. Как мотать? Одним проводом или двумя? В один слой или в два слоя класть обмотку?

В ходе моего расчета я получил две вторичных обмотки с отводом от середины. Каждая обмотка содержит 13+13 витков.

Мотаем двумя жилами, в ту же сторону, как и первичную обмотку. В итоге получилось 4 вывода, два уходящих и два приходящих.

Теперь один из уходящих выводов соединяем с одним из приходящих выводов. Главное не запутаться, иначе получится, что вы соедините один и тот же провод, то есть замкнете одну из обмоток. И при запуске ваш импульсный источник питания сгорит.

Соединили начало одного провода с концом другого. Залудили. Надели термоусадку. Далее вновь обмотаем лавсановой пленкой.

Напомню, что мне нужно было две вторичных обмотки, если вам нужен трансформатор с одной вторичной обмоткой, то на этом этапе финиш. Вторую вторичную обмотку мотаем аналогично.

После чего сверху опять обматываем лавсановой пленкой, чтобы крайняя обмотка плотно прилегала и не разматывалась.

В результате получили вот такой аккуратный бублик.

Читайте также  Мини-циркулярная пила своими руками: схема, чертежи

Таким образом, можно рассчитать и намотать любой трансформатор, с двумя или одной вторичной обмоткой, с отводом или без отвода от середины.

Программа расчета импульсного трансформатора Lite-CalcIT СКАЧАТЬ

Статья по перемотке импульсного трансформатора из БП ПК ПЕРЕЙТИ.

Источник:
http://audio-cxem.ru/stati/transformatory/raschet-i-namotka-impulsnogo-transformatora.html