Импульсный трансформатор принцип работы для чайников

Структура импульсных блоков питания.

Упрощённая структурная схема импульсного блока питания выглядит следующим образом:

• Переменное напряжение сети 220 В преобразуется в постоянное выпрямителем.
• Преобразователь включает в себя ШИМ-контроллер и силовой ключ. Контроллер — является схемой управления силовым ключём, который с частотой в десятки кГц подключает первичную обмотку трансформатора к выпрямленному напряжению сети.
• Импульсный трансформатор
• Выпрямитель вторичного напряжения преобразует импульсы напряжения со вторичной обмотки трансформатора в постоянное напряжение.
• Схема стабилизации контролирует выходное напряжение блока питания и формирует сигнал обратной связи для ШИМ-контроллера.

Выпрямитель сетевого напряжения.

Выпрямитель сетевого напряжения выполняется по стандартной схеме:

Сетевое напряжение переменные 220 В выпрямляется диодным мостом и фильтруется конденсатором. В результате ИБП питается постоянным напряжением около 310 В.

Схема управления силовым ключом.

Упрощенно схему управления с силовым ключом и трансформатором можно отобразить так:

Схема управления (ШИМ контроллер) формирует управляющие импульсы для кратковременного открывания силового транзистора. В зависимости от режима схема увеличивает продолжительность управляющих импульсов при увеличении нагрузки (снижении выходного напряжения ниже нормы) и уменьшает продолжительность управляющих импульсов при уменьшении нагрузки (увеличении выходного напряжения выше нормы)

Работа импульсного трансформатора.

Трансформатор выполняет две функции:
— передача энергии из первичной цепи во вторичную с понижением напряжения;
— обеспечивает гальваническую развязку вторичных цепей блока питания от первичных цепей (напряжения сети).

Работу трансформатора в импульсном режиме поясняет следующая иллюстрация:

Работу ИБП условно разделим на два такта:

• 1 такт — транзистор открыт, ток протекает через первичную обмотку трансфотматора, происходит намагничивание сердечника;
• 2 такт — транзистор закрыт, происходит размагничиваие сердечника, ток протекает через вторичную обмотку трансформатора, подзаряжая конденсатор.

Частота работы блоков питания разных устройств может быть в диапазоне 1 — 100 кГц.

Выпрямитель вторичного напряжения.

Простейший выпрямитель вторичного напряжения импульсного блока питания состоит из диода и конденсатора.

Стабилизация вторичных напряжений.

Оптопара выполняет две функции:
— передаёт сигнал обратной связи по напряжению от схемы сравнения напряжения вторичной цепи к схеме управления ШИМ в первичной цепи блока питания;
— обеспечивает гальваническую развязку (как и трансформатор) вторичных цепей блока питания от первичных цепей (напряжения сети).

Схема стабилизации вторичного напряжения импульсного блока питания работает следующим образом:

Выпрямленное вторичное напряжение подаётся на делитель, средняя точка которого подключена к схеме сравнения.

• Схема увеличивает ток светодиода оптопары при напряжении на входе более 2,5 В, приоткрывается транзистор оптопары и таким образом уменьшается продолжительность управляющих импульсов от схемы управления к силовому транзистору. Цепь этих событий приводит к снижению вторичного напряжения.
• Соответственно схема сравнения уменьшает ток светодиода оптопары при снижении напряжения на входе ниже 2,5 В, что приводит к запиранию транзистора оптопары и увеличению длительности управляющих импульсов от схемы управления к силовому транзистору. Что в итоге приводит к увеличению вторичного напряжения.

В схемах с несколькими вторичными напряжениями схема стабилизации контролирует одно (реже два) вторичное напряжение и по нему (им) регулирует всю группу выходных напряжений. Высыхание ёмкости в той цепи, по которой производится стабилизация всей группы выходных напряжений приводит к увеличению напряжения во всех вторичных цепях. Высыхание ёмкости в любой другой вторичной цепи приводит к снижению напряжения только в этой цепи.

Схемы ИБП с описанием назначения элементов здесь .
Схема и принцип действия зарядного устройства HUAWEI здесь

Принцип действия импульсных блоков питания

Ремонт блоков питания спутниковых тюнеров

Зарядное устройство из блока питания ноутбука.

• Заряд аккумулятора постоянным током, напряжение на батарее растёт, до величины 14,4 В (2,4 В на банку)
• Заряд аккумулятора постоянным напряжением 14,4 В (при этом ток заряда постепенно снижается и при 100% заряде близок к 0)

Зарядное устройство из блока питания и ARDUINO.

Устройство заряжает АКБ до 100%, а если был выбран режим тест — разряжает АКБ до уровня 0% и высчитывает величину ёмкости, которую батарея смогла отдать в нагрузку. После окончания теста АКБ опять заряжается до уровня 100%.

Ремонт компьтерного блока питания Q-DION

Huawei 050055E1W

Зарядное устройство для сотового телефона НUAWEI. Схема и описание принципа действия.

Стилус графического планшета TRUST TB-6300

YKF25225-2 представляет из себя генератор, собранный по схеме емкостной трёхточки. Активным элементом генератора является транзистор Q1.

2m 5mm digital USB цифровой эндоскоп с Aliexpress.com

USB 500 X 2 Мп цифровой микроскоп на Aliexpress.com

Установил с диска, который шёл с микроскопом программу. Она мне не понравилась.

Запустил программу видеопроигрывателя, выбрал источник видеосигнала ВЕБ-камера. Микроскоп соединился без проблем.

Главная >> Электроника >> Принцип действия импульсных блоков питания

Различные типы трансформаторного оборудования применяются в электронных и электротехнических схемах, которые востребованы во многих сферах хозяйственной деятельности. Например, импульсные трансформаторы (далее по тексту ИТ) – важный элемент, устанавливаемый практически во всех современных блоках питания.

Различные модели импульсных трансформаторов

Конструкция (виды) импульсных трансформаторов

В зависимости от формы сердечника и размещения на нем катушек, ИТ выпускаются в следующих конструктивных исполнениях:

• стержневом; Конструкция стержневого импульсного трансформатора
• броневом; Конструкция импульсного трансформатора в броневом исполнении
• тороидальном (не имеет катушек, провод наматывается на изолированный сердечник); Конструктивные особенности бронестержневого импульсного трансформатора

На рисунках обозначены:

• A – магнитопроводный контур, выполненный из марок трансформаторной стали, изготовленной по технологии холодного или горячего металлопроката (за исключением сердечника тороидальной формы, он изготавливается из феррита);
• В – катушка из изолирующего материала
• С – провода, создающие индуктивную связь.

Заметим, что электротехническая сталь содержит мало добавок кремния, поскольку он становится причиной потери мощности от воздействия вихревых токов на контур магнитопровода. В ИТ тороидального исполнения сердечник может производится из рулонной или ферримагнитной стали.

Пластины для набора электромагнитного сердечника подбираются толщиной в зависимости от частоты. С увеличением этого параметра необходимо устанавливать пластины меньшей толщины.

Принцип работы

Основная особенность трансформаторов импульсного типа (далее ИТ) заключается в том, что на них подаются однополярные импульсы с постоянной токовой составляющей, в связи с чем магнитопровод находится в состоянии постоянного подмагничивания. Ниже показана принципиальная схема подключения такого устройства.

Схема: подключение импульсного трансформатора

Как видите, схема подключения практически идентична с обычными трансформаторами, чего не скажешь о временной диаграмме.

Временная диаграмма иллюстрирующая работу импульсного трансформатора

На первичную обмотку поступают импульсные сигналы, имеющие прямоугольную форму е_(t), временной интервал между которыми довольно короткий. Это вызывает возрастание индуктивности во время интервала t_u, после чего наблюдается ее спад в интервале (Т-t_u).

Перепады индукции происходят со скоростью, которую можно выразить через постоянную времени по формуле: τ_p=L/R_н

Коэффициент, описывающий разность индуктивного перепада, определяется следующим образом: ∆В=В_max – В_r

• В_max – уровень максимального значения индукции;
• В_r –остаточный.

Более наглядно разность индукций представлена на рисунке, отображающем смещение рабочей точки в магнитопроводном контуре ИТ.

График смещения

Как видно на временной диаграмме, вторичная катушка имеет уровень напряжения U₂, в котором присутствуют обратные выбросы. Так проявляет себя накопленная в магнитопроводе энергия, которая зависит от намагничивания (параметр i_u).

Импульсы тока проходящего через первичную катушку, отличаются трапецеидальной формой, поскольку токи нагрузки и линейные (вызванные намагничиванием сердечника) совмещаются.

Уровень напряжения в диапазоне от 0 до t_u остается неизменным, его значение е_t=U_m. Что касается напряжения на вторичной катушке, то его можно вычислить, воспользовавшись формулой:

• Ψ – параметр потокосцепления;
• S – величина, отображающая сечение магнитопроводного сердечника.

Учитывая, что производная, характеризующая изменения тока, проходящего через первичную катушку, является постоянной величиной, нарастание уровня индукции в магнитопроводе происходит линейно. Исходя из этого, допустимо вместо производной внести разность показателей, сделанных через определенный интервал времени, что позволяет внести изменения в формулу:

в этом случае ∆t будет отождествляться с параметром t_u , который характеризует длительность, с которой протекает входной импульс напряжения.

Чтобы вычислить площадь импульса, с которым напряжение образуется во вторичной обмотке ИТ, необходимо обе части предыдущей формулы умножить на t_u. В результате мы придем к выражению, которое позволяет получить основной параметр ИТ:

Заметим, что от параметра ∆В прямо пропорционально зависит величина площади импульса.

Вторая по значимости величина, характеризующая работу ИТ, – перепад индукции, на него влияют такие параметры, как сечение и магнитная проницаемость сердечника магнитопровода, а также числа витков на катушке:

Здесь:

• L – перепад индукции;
• µ_а – магнитная проницаемость сердечника;
• W₁ – число витков первичной обмотки;
• S – площадь сечения сердечника;
• l_cр – длинна (периметр) сердечника (магнитопровода)
• В_r – величина остаточной индукции;
• В_max – уровень максимального значения индукции.
• H_m – Напряженность магнитного поля (максимальная).

Учитывая, что параметр индуктивности ИТ полностью зависит от магнитной проницаемости сердечника, при расчета необходимо исходить из максимального значения µ_а, которое показывает кривая намагничивания. Соответственно, что у материала, из которого делается сердечник, уровень параметра В_r, отображающий остаточную индукцию, должен быть минимальным.

Видео: подробное описание принципа работы импульсного трансформатора

Исходя из этого, в качестве на роль материала сердечника ИТ, идеально подходит лента, изготовленная из трансформаторной стали. Также можно применять пермаллой, у которого такой параметр как коэффициент прямоугольности, минимальный.

Высокочастотным ИТ идеально подходят сердечники из ферритовых сплавов, поскольку этот материал отличается незначительными динамическими потерями. Но из-за его низкой индуктивности приходится делать ИТ больших размеров.

Расчет импульсного трансформатора

Рассмотрим, как необходимо производить расчет ИТ . Заметим, КПД устройства напрямую связано с точностью вычислений. В качестве примера возьмем схему обычного преобразователя, в которой используется ИТ тороидального вида.

Схема преобразователя

В первую очередь нам потребуется вычислить уровень мощности ИТ, для этого воспользуемся формулой: Р=1,3 х Р_н.

Значение Р_н отображает, сколько мощности будет потреблять нагрузка. После этого рассчитываем габаритную мощность (Р_гб), она должна быть не меньше мощности нагрузки:

Необходимые для вычисления параметры:

• S_c – отображает площадь сечения тороидального сердечника;
• S – площадь его окна (как наитии это и предыдущее значение показано на рисунке);

(полученный результат округляется в большую сторону)

Величина U_I определяется выражением:

U_I=U/2-U_э ( U – питающее преобразователь напряжение; U_э– уровень напряжения, поступающего на эмиттеры транзисторных элементов V1 и V2).

Переходим к вычислению максимального тока, проходящего через первичную обмотку ИТ:

Параметр η равен 0,8, это КПД, с которым должен работать наш преобразователь.

Диаметр используемого в обмотке провода вычисляется по формуле:

Осталось рассчитать выходную обмотку ИТ, а именно, количество витков провода и его диаметр:

Если у вас возникли проблемы с определением основных параметров ИТ, в интернете можно найти тематические сайты, позволяющие в онлайн режиме рассчитать любые импульсные трансформаторы.

Принцип реализации вторичной мощности за счёт применения дополнительных устройств, обеспечивающих энергией схемы, уже достаточно давно используется в большей части электроприборов. Этими устройствами являются блоки питания. Они служат для преобразования напряжения до необходимого уровня. БП могут быть как встроенными, так и отдельными элементами. Принципов преобразования электроэнергии существует два. Первый основан на применении аналоговых трансформаторов, а второй основан на использовании импульсных блоков питания. Разница между этими принципами довольно большая, но, к сожалению, не все её понимают. В этой статье разберёмся, как работает импульсный блок питания и чем же он так отличается от аналогового. Давайте же начнём. Поехали!

Плата импульсного блока питания

Первыми появились именно трансформаторные БП. Их принцип работы заключается в том, что они меняют структуру напряжения с помощью силового трансформатора, который подключён к сети 220 В. Там снижается амплитуда синусоидальной гармоники, которая направляется дальше к выпрямительному устройству. Затем происходит сглаживание напряжения параллельно подключенной ёмкостью, которая подбирается по допустимой мощности. Регулирование напряжения на выходных клеммах обеспечивается благодаря смене положения подстроечных резисторов.

Теперь перейдём к импульсным БП. Они появились несколько позже, однако, сразу завоевали немалую популярность за счёт ряда положительных особенностей, а именно:

• Доступности комплектования;
• Надёжности;
• Возможности расширить рабочий диапазон для выходных напряжений.

Все устройства, в которых заложен принцип импульсного питания, практически ничем не отличаются друг от друга.

Элементами импульсного БП являются:

• Линейный источник питания;
• Источник питания Standby;
• ТПИ;
• Генератор (ЗПИ, управление);
• Ключевой транзистор;
• Оптопара;
• Цепи управления.

Чтобы подобрать блок питания с конкретным набором параметров, воспользуйтесь сайтом ChipHunt.

Давайте, наконец, разберёмся, как работает импульсный блок питания. В нём применяются принципы взаимодействия элементов инверторной схемы и именно благодаря этому достигается стабилизированное напряжение.

Сперва на выпрямитель поступает обычное напряжение 220 В, далее происходит сглаживание амплитуды при помощи конденсаторов ёмкостного фильтра. После этого выполняется выпрямление проходящих синусоид выходным диодным мостом. Затем происходит преобразование синусоид в импульсы высоких частот. Преобразование может выполняться либо с гальваническим отделением сети питания от выходных цепей, либо без выполнения такой развязки.

Если БП с гальванической развязкой, то сигналы высокой частоты направляются на трансформатор, который и осуществляет гальваническую развязку. Для увеличения эффективности трансформатора повышается частота.

Работа импульсного БП основана на взаимодействии трёх цепочек:

• ШИМ-контроллера (управляет преобразованием широтно-импульсной модуляции);
• Каскада силовых ключей (состоит из транзисторов, которые включаются по одной из трёх схем: мостовой, полумостовой, со средней точкой);
• Импульсного трансформатора (имеет первичную и вторичную обмотки, которые монтируются вокруг магнитопровода).

Если же блок питания без развязки, то ВСЧ разделительный трансформатор не используется, при этом сигнал подаётся сразу на фильтр низких частот.

Сравнивая импульсные блоки питания с аналоговыми, можно увидеть очевидные преимущества первых. ИБП имеют меньший вес, при этом их КПД значительно выше. Они имеют более широкий диапазон питающих напряжений и встроенную защиту. Стоимость таких БП, как правило, ниже.

Из недостатков можно выделить наличие высокочастотных помех и ограничений по мощности (как при высоких, так и при низких нагрузках).

Проверить ИБП можно при помощи обычной лампы накаливания. Обратите внимание, что не следует подключать лампу в разрыв удалённого транзистора, поскольку первичная обмотка не рассчитана на то, чтобы пропускать постоянный ток, поэтому ни в коем случае нельзя допускать его пропускания.

Если лампа светится, значит, БП работает нормально, если же не светится, то блок питания не работает. Короткая вспышка говорит о том, что ИБП блокируется сразу после запуска. Очень яркое свечение свидетельствует об отсутствии стабилизации выходного напряжения.

Теперь вы будете знать на чём основан принцип работы импульсного и обычного аналогового блоков питания. Каждый из них имеет свои особенности строения и работы, которые следует понимать. Также вы сможете проверить работоспособность ИБП при помощи обычной лампы накаливания. Пишите в комментариях была полезной для вас эта статья и задавайте любые интересующие вопросы по рассмотренной теме.