1. Коли необхідний імпульсний перетворювач
2. Від теорії до практики конструювання
3. Розраховуємо імпульсний трансформатор

Коли необхідний імпульсний перетворювач

Пропоную вам для початку уявити такий випадок з радіоаматорського практики. Ви захотіли зібрати підсилювач своїми руками . Для спрощення відкинемо їх розподіл на типи і класи. Будемо керуватися одним, для багатьох, основним параметром підсилювача звукової частоти - його вихідна потужність. Ви вирішили не розмінюватися на дрібниці і зібрати для себе усилок на 500 ват. Усе. Мета встановлена. Перед вами стоїть завдання знайти підходящу схему. Що далі? Правильно. Шарім на популярних електронних сайтах, не забуваючи, звичайно, про mikrocxema.ru, в пошуках заповітної схеми підсилювача звукової частоти.

Припустимо, з купи пропозицій знайшли дві найбільш задовольняють потреби. Наприклад, схема номер раз - транзисторний біполярний підсилювач потужності і схема номер два - транзисторний польовий підсилювач потужності . Тепер з них потрібно вибрати одну, на базі якої ви будете паяти бажаний, що радує вухо потужним звуком девайс. Керуючись суб'єктивними критеріями вимірювання, вибираєте, припустимо, перший варіант. Ага. Спаяти схему - півбіди, і тут особливих труднощів виникнути не повинно. Але ось перед вами вимальовується величезна, типова в подібній ситуації проблема. Думаєте яка? Правильно. А чим же я його буду утримувати? Точніше - від чого! Це, мабуть, одна з головних проблем при конструюванні потужних електронних пристроїв.

Якщо застосовувати трансформаторне джерело живлення, то для нашої схеми габаритна потужність трансформатора повинна бути не менше 625 ... 650 ват. Крім того, що подібні транси не валяються на дорозі, так вони ще й моторошно дорогі. А якщо ви захотіли використовувати зібраний підсилювач потужності в автомобілі. Як тоді його живити? В цьому випадку приходять на допомогу імпульсні джерела живлення і імпульсні перетворювачі напруги. Зібрати і довести до розуму імпульсний блок живлення, перетворювач, звичайно, складніше традиційного, але іншого виходу немає. Доводиться паяти. Адже ми так близько до заповітного першого запуску підсилювача.

Від теорії до практики конструювання

Сьогодні розповімо і наведемо схему перетворювача напруги з потужністю навантаження до 1000 ват. Конвертер відмінно підійде для харчування як автомобільного підсилювача , Так і будь-якого іншого електричного пристрою від бортової мережі. Напруга на виході перетворювача дорівнює 75 ... 105 вольт. Але змінити його ніколи не пізно. На вхід перетворювача подається стандартне автомобільне напруга 12 вольт. Схема перетворювача:

Додано: з радіоаматорського бесіди в коментарях стало ясно, що схема перетворювача в повному обсязі надійна і працездатна. Ми трохи змінили силовий каскад і в результаті вийшла ось така схема:

Додано: докладніше про харчування мережевим напругою дивіться коментар 11. Також варто звернути увагу на 21. У 31 фото зібраного блоку живлення. Опис змін читайте в 35, 37, 41.

Збирається перетворювач на широко поширеною мікросхемі ШІМ TL494 і потужних MOSFET на виході, здатними забезпечити необхідну силу струму.

Для цієї мети згодяться по три паралельно з'єднаних польових транзистора IRFZ44N на плече. Разом, шість штук, тому що перетворювач, звичайно, двотактний. До речі, такі транзистори стоять в автомобільному сабвуфере Prology ATB -1000 і Prology ATB-1200.

Можна поставити в схему MOSFET IRF3710, потужніший і надійніше. На вихід перетворювача традиційно ставлять імпульсний трансформатор. А після нього вже потужні випрямні діоди або діодний міст і фільтруючі конденсатори, тобто всі обов'язкові для блоків живлення радіокомпоненти.

Розраховуємо імпульсний трансформатор

Тепер про те, як розрахувати імпульсний трансформатор для нашої схеми перетворювача. Вхідна напруга потенціалом 13,8 вольт повинно перетворюватися приблизно в 70 вольт (щоб після діодів і фільтруючих конденсаторів вийшло близько 90 В). Частота перетворювача 50 кГц. Її задає генератор з ШІМ TL494 (ліва частина схеми перетворювача). Припустимо, у нас в наявності є ферритові кільце М2500НМС К65х40х9. З нього ми будемо отримувати імпульсний трансформатор для нашого перетворювача. Буква «С» у маркуванні фериту позначає, що він призначений для роботи в сильних магнітних полях. Габаритна потужність такого кільця приблизно 1100 ват, тобто то, що нам потрібно. А розраховується вона за формулою:

Pгаб = 3,14 * (D - d) * h * d * d * f * 0,25 / 12000 => Pгаб = 3,14 * (65-40) * 9 * 40 * 40 * 50 * 0,25 / 12000? 1100 Вт.

Як можна помітити, габаритна потужність залежить не тільки від розмірів феритового сердечника, але і від частоти струму перетворювача. Причому залежність істотна. Таким чином, при проектуванні перетворювача напруги ми не скуті частотної характеристикою, як це було б у випадку з традиційним мережевим блоком живлення, розрахованому на промислову частоту 50 ... 60 Гц. Це не може не радувати, тому що при розрахунках, виявивши невідповідність габаритної потужності трансформатора потужності навантаження, ми можемо просто збільшити частоту генератора, що задає. Частота, якщо брати в широких межах, може становити 5 ... 500 кГц, зазвичай, звичайно, цей розкид значно вужче - 10 ... 100 кГц. При цих значеннях коефіцієнт корисної дії імпульсного трансформатора дорівнює 95 ... 99%! Але тут ще необхідно, звичайно, враховувати характеристики матеріалу сердечника. Для попереднього розрахунку можна взяти середню частоту перетворення 50 кГц. Збільшивши частоту до 100 кГц, ми отримаємо габаритну потужність імпульсного трансформатора для нашого перетворювача в два рази більше, тобто під 2 кВт.

Сила струму у вторинній обмотці I2 = 1000 / (70 + 70)? 7 ампер.

Тепер визначимо щільність струму в обмотках: J = 1,5 + 24 / (Pгаб) 1/2 => J = 1,5 + 24 / (1100) 1/2 = 2,2 А / мм2.

Тепер необхідно визначити різницю потенціалів, що підводиться до імпульсніку для даної схеми перетворювача напруги. Оскільки первинна обмотка поділена на дві з відведенням від середньої точки, U1 = 2 * 13,8 - Uнас, де Uнас - падіння напруги на переході втік-витік транзистора. Для IRFZ44N приймемо Uнас = 0,8 В. Для MOSFET IRF3710 це значення менше. U1 = 2 * 13,8 - 0,8? 27 вольт.

Відмінно. Знаходимо кількість витків і діаметр проводу первинної обмотки. W1 = 500 * U1 / (F * 0,25 * (D - d) * h) => W1 = 500 * 27 / (50 * 0,25 * (65-40) * 9)? 5 витків. Тобто по три витка на плече з відведенням від середини. Разом, W1 = 6. Для обчислення діаметра обмотувального дроту визначимо силу струму в первинній обмотці. I1 = 1000 ват / (27 вольт / 2 * ККД) => I1 = 1000 ват / (27 вольт / 2 * 0,9)? 83 А. Звідси діаметр проводу дорівнює d1 = 0,6 * (83 А) 1/2 = 5,46 мм. Якщо вважати через щільність струму, то отримуємо d1 = (83 (А) / 2,2 (А / мм2) / 3,1415) 1/2 * 2 = 6,9 мм. Знайдемо середнє значення d1 = (5,46 + 6,9) / 2? 6 мм. Можна і потрібно взяти провід меншого діаметру і намотати первинку в кілька жив. Наприклад, 1,5 мм x 16 жив.

Число витків вторинної обмотки W2 = W1 * U2 / U1 => W2 = 6 * (70 + 70) / 27 = 31 виток або приблизно по 15 ... 16 витків з відведенням від середини мідним дротом діаметром d2 = 0,6 * (7 А ) 1/2? 1,6 мм. Для вірності можна пустити три жили діаметром 1 мм. Або 0,63 мм x 6 жив.

Після всіх свістоплясок виходить імпульсний трансформатор для перетворювача приблизно наступного вигляду:

Ось ми і зробили побіжний розрахунок імпульсного трансформатора для схеми перетворювача потужністю 1000 ВА. Причому зробили це вручну, без використання комп'ютерних програм. методик розрахунку трансформаторів предостатньо. Для отримання більш точних показників, звичайно, бажано скористатися обчислювальної програмою для розрахунку трансформатора. І краще не однієї. Оскільки отримані значення в них часом дуже сильно відрізняються. А при розрахунку в декількох прогах можна аналітично-статистичним методом відсіяти більш точні дані. Одну з програм можна скачати в статті автомобільний перетворювач напруги . Там же можна почитати додатково про подібні конструкціях і схемах перетворювачів. І ще кілька скачайте за посиланням нижче.

Завантаження програмного забезпечення для розрахунку трансформатора

Автором ExcellentIT v.3.5.0.0 і Lite-CalcIT v.1.7.0.0 є Володимир Денисенко з м Пскова, автором Transformer v.3.0.0.3 і Transformer v.4.0.0.0 - Євген Москат з м Таганрога.

Раджу застосовувати всі зазначені програми для розрахунку імпульсних джерел живлення комплексно.

Мітки: корисно зібрати

Радіоаматорів цікавлять електричні схеми:

Розрахунок силового трансформатора
Перетворювач напруги 12 - 220