Импульсный трансформатор
Одним из основных элементов импульсных источников питания является импульсный трансформатор. Особенность работы данного вида трансформатора заключается в том, что на вход подается периодическая последовательность импульсов одной полярности, содержащие постоянную составляющую тока.
В следствии чего, происходит непрерывное подмагничивание сердечника. Рассмотрим более детально работу импульсного трансформатора. Схема включения трансформатора изображена на рисунке 1 (а).
На рисунке 1 (б) приведены временные зависимости тока, напряжения и индукции во вторичной обмотке от напряжения на первичной обмотке:
Рисунок 1. Схема включения (а) и временные диаграммы (б) импульсного трансформатора.
Так как напряжение на входе имеет прямоугольную форму е(t) и период следования импульсов больше чем их длительность, то при положительном напряжении (интервал tu ) индукция магнитного поля возрастает.
А когда напряжение на входе отсутствует (интервал (T−tu)), индукция спадает по экспоненциальному закону. Скорость уменьшения и увеличения индукции сердечника трансформатора характеризуется постоянной времени, которая рассчитывается по формуле:
Индукция изменяется от максимального значения Bm до значения остаточной индукции Br.
Данный процесс проиллюстрирован на рисунке 2. Рабочая точка на петле гистерезиса перемещается по частному циклу перемагничивания, что ведет к возрастанию минимально необходимых габаритов сердечника.
Рисунок 2. Перемещение рабочей точки в сердечнике импульсного трансформатора.
Следует обратить внимание, что напряжение на вторичной обмотке трансформатора U2 содержит отрицательный выброс в следствии накопленной сердечником энергии, что обеспечивается током намагничивания iμ.
Это линейный ток, который добавляется к импульсному току нагрузки. В результате чего импульсы входного тока (первичной обмотки) имеют форму трапеции.
Напряжение во вторичной обмотке рассчитывается по формуле:
где ψ – потокосцепление, s – сечение магнитопровода.
Так как производная от изменения постоянного тока в первичной обмотке при выбранных условиях имеет постоянное значение, то индукция сердечника импульсного трансформатора возрастает по линейному закону.
Это позволяет нам заменить производную разностью начальных и конечных значений временного интервала. Тогда предыдущая формула будет иметь следующий вид:
где Δt = tu — длительность входного импульса напряжения
Немного видоизменим формулу, заменив Δt длительностью импульса tu и умножим обе части формулы на эту величину:
Данное выражение описывает площадь импульса напряжения, передаваемого во вторичную обмотку, что является основной характеристикой импульсного трансформатора. Она зависит напрямую от перепада индукции, чем больше ΔB, тем больше площадь и соответственно тем лучше.
Величина ΔB определяется индуктивностью первичной обмотки, которая зависит от площади сечения сердечника, его магнитной проницаемости и количества витков провода:
Значительно влияет на индуктивность трансформатора магнитная проницаемость. Исходя из чего, при проектировании трансформатора выбирают магнитный материал с линейным участком кривой намагничивания, а также с наибольшим значением μа.
Выбранный магнитный материал должен обладать минимальным значением остаточной индукции Вr. В случае, если магнитный материал и тип обмотки не подходят, форма импульса значительно искажается, что негативно отражается на характеристиках трансформатора и приводит к появлению шумов в аппаратуре.
Из магнитных материалов для изготовления импульсных трансформаторов используются тонкие ленты трансформаторных сталей или пермаллой с малым коэффициентом прямоугольности:
В высокочастотных импульсных трансформаторах применяются ферритовые сердечники, так как они имеют малые динамические потери.
Трансформаторы импульсные
Трансформатор EE25 130:12:14:22 импульсный — используются, как понижающий трансформатор в блоке питания платы управления сварочного аппарата. Характеристики Соотношение обмоток 130:1..
Трансформатор EE25 200:6:30:15 импульсный
Трансформатор EE25 200:6:30:15 импульсный — используются, как понижающий трансформатор в блоке питания платы управления сварочного аппарата. Характеристики Соотношение обмоток 200:6.
Трансформатор EE25 4.5mH 130:12:20:22 импульсный
Трансформатор EE25 4.5mH 130:12:20:22 импульсный — используются, как понижающий трансформатор в блоке питания платы управления сварочного аппарата. Характеристики Соотношение обмоток..
Трансформатор EEL22 25:25:25 импульсный
Трансформатор EEL22 25:25:25 импульсный — применяют в инверторах для гальванической развязки. Характеристики Соотношение обмоток 25:25:25 Количество ножек 6 Размер сердечника Т..
Трансформатор EEL22 67:7:12:12 импульсный
Трансформатор EEL22 67:7:12:12 импульсный — используются, как понижающий трансформатор в блоке питания платы управления сварочного аппарата. Характеристики Соотношение обмоток 67:7:1..
Трансформатор EI33 200:30:15:16 импульсный
Трансформатор EI33 200:30:15:16 импульсный — используются, как понижающий трансформатор в блоке питания платы управления сварочного аппарата. Характеристики Соотношение обмоток ..
Трансформатор POT30x19 16:26:26 импульсный
Трансформатор POT30x19 16:26:26 импульсный — используют, как понижающий трансформатор в блоке питания платы управления сварочного аппарата. Характеристики Соотношение обмоток 16:26:2..
Трансформатор для LGK-100/120 импульсный EI28 23:23:23
Трансформатор для LGK-100/120 импульсный EI28 23:23:23 — используются, как разделительный трансформатор в блоке питания платы управления сварочного аппарата. Характеристики Соотношен..
Трансформатор для ZX7-225/255 EI28 180:14:22 импульсный.
Трансформатор для ZX7-225/255 EI28 180:14:22 импульсный — используются, как понижающий трансформатор в блоке питания платы управления сварочного аппарата. Характеристики Соотношение ..
Трансформатор импульсный E27 145:11:20:11:22
Трансформатор импульсный E27 145:11:20:11:22 — используются, как понижающий трансформатор в блоке питания платы управления сварочного аппарата. Характеристики Соотношение обмото..
Трансформатор импульсный EEL22 25:25:25
Трансформатор импульсный EEL22 25:25:25й — используются на платах управления сварочного аппарата. Характеристики Соотношение обмоток 25:25:25 Количество ножек 6 и 2 провода ..
Трансформатор импульсный EEL25 15:15CE
Трансформатор импульсный EEL25 15:15CE — используются, как разделительный трансформатор в блоке питания платы управления сварочного аппарата. Характеристики Соотношение обмоток 15:15..
Трансформатор импульсный EEL27 26:26:26
Трансформатор импульсный EEL27 26:26:26 — используются, как разделительный трансформатор в блоке питания платы управления сварочного аппарата. Характеристики Соотношение обмоток 26:2..
Трансформатор импульсный EI33 200:30:30:16
Трансформатор импульсный EI33 200:30:30:16 — используются, как понижающий трансформатор в блоке питания платы управления сварочного аппарата. Характеристики Соотношение обмоток ..
Трансформатор импульсный EI33 230:15:30:30:36
Трансформатор импульсный EI33 230:15:30:30:36 — используются, как понижающий трансформатор в блоке питания платы управления сварочного аппарата. Характеристики Соотношение обмот..
Трансформатор импульсный EI33 230:15:35:30
Трансформатор импульсный EI33 230:15:35:30 — используются, как понижающий трансформатор в блоке питания платы управления сварочного аппарата. Характеристики Соотношение обмоток&..
Показано с 1 по 16 из 24 (всего 2 страниц)
Ассортимент категории Трансформаторы импульсные
Трансформаторы импульсные, используют для передачи коротких импульсов с наименьшими искажениями действующими в переходных процессах, используются в устройствах импульсного типа.
Импульсные трансформаторы дают возможность изменить уровень и полярность образованного импульса тока или напряжения, согласовать сопротивление устройства, генерирующего импульсы, с сопротивлением потребителя нагрузки, а также разделить потенциалы приемника и источника импульсов, принимать на отдельных нагрузках импульсные сигналы только от одного генератора, создавать обратную связь в схеме импульсного устройства.
Создание мощных импульсов определенных параметров возможно только с использованием трансформаторов импульсных высокого напряжения. Форма импульсов на выходе зависит от свойств самих трансформаторов. Это актуально при значительном коэффициенте трансформации.
Использование повышающих трансформаторов импульсных дает возможность существенно сократить габаритные размеры, массу и цену устройства, хотя это негативно сказывается на виде импульсов, потому, что увеличивается длина среза, фронта и неравномерность формы вершины. Значение коэффициента трансформации повышается до 20 при длине импульсов в несколько десятков микросекунд.
Сфера использования
Основная сфера использования импульсных трансформаторов — это импульсные устройства: газовые лазеры, инверторы, генераторы на триодах, дифференцирующие трансформаторы, магнетроны и т. д.
Многие современные радиоэлектронные устройства не обходятся без таких типов трансформаторов. Они применяются в импульсных источниках питания, компьютерах, современных телевизорах. Наиболее важной функцией является стабилизация напряжения выхода в рабочем режиме.
Другой важной сферой их использования является защита от короткого замыкания на нагрузке при холостом ходе, и защита от чрезмерного роста напряжения, а также перегрева оборудования.
Трансформаторы для импульсных источников питания
Общие сведения
В современной зарубежной бытовой и офисной РЭА, а именно в устройствах их электропитания, находят широкое применение различные типы трансформаторов для импульсных источников питания
Импульсные сетевые блоки и модули питания бытовой и офисной аппаратуры, подключенной к сети переменного тока, применяются для получения напряжений постоянного тока, необходимых для питания всех функциональных узлов РЭА. Такие блоки и модули импульсных источников питания обеспечивают существенные преимущества перед традиционными источниками питания в достижении меньшей материалоемкости, большей удельной мощности и более высокого КПД. Это обусловлено отсутствием традиционных сетевых трансформаторов питания типа ТС, работающих на частоте 50 Гц, и использованием импульсной стабилизации вторичных напряжений вместо ранее общепринятых компенсационных стабилизаторов непрерывного действия.
В импульсных сетевых блоках питания переменное напряжение питающей сети преобразуется в достаточно высокое напряжение постоянного тока при помощи бестрансформаторного выпрямителя с соответствующим фильтром. Напряжение с выхода фильтра поступает на вход импульсного стабилизатора напряжения, основная задача которого заключается в преобразовании выпрямленного напряжения в последовательность прямоугольных импульсов, которые затем преобразуются в постоянное напряжение. Регулировка уровня выходного напряжения осуществляется изменением длительности этих импульсов В состав импульсного стабилизатора напряжения входит регулирующий элемент, который работает в импульсном режиме Переход к ключевому режиму работы регулирующего элемента предопределил достаточно высокий КПД импульсных блоков питания (до 0,9)
Именно наличие ключевого каскада, преобразующего выпрямленное напряжение в последовательность прямоугольных импульсов, и является принципиальной особенностью импульсного блока питания А стабилизация выходного напряжения осуществляется изменением соотношения времени открытого и закрытого состояний ключа, который соединен последовательно с первичной обмоткой высокочастотного импульсного трансформатора Этот трансформатор обеспечивает гальваническую развязку между выходом блока питания и первичной сетью питания переменного тока.
Наибольшее распространение получили импульсные блоки питания с высокочастотным импульсным трансформатором, в которых ключевой высокочастотный преобразователь работает на постоянной частоте повторения импульсов, а длительность самих импульсов изменяется под действием формирователя широтно-импульсной модуляции (ШИМ).
В импульсных блоках питания обычно используются одно- или двухтактные высокочастотные ключевые преобразователи. КПД однотактных преобразователей значительно ниже, чем у двухтактных. Поэтому однотактные импульсные блоки питания мощностью более 70 Вт разрабатывать нецелесообразно. Значительно большую мощность, при достаточно высоком КПД (до 95%), обеспечивают двухтактные преобразователи Их можно подразделить на несколько групп, характеризующихся по способу возбуждения мощных выходных ключевых транзисторов и схемами их включения в цепь первичной обмотки высокочастотного импульсного трансформатора преобразователя. По способу возбуждения преобразователи делятся на две группы с самовозбуждением и с независимым внешним возбуждением. Преобразователи с самовозбуждением достаточно трудоемки в налаживании, а при конструировании мощных (более 200 Вт) импульсных блоков питания сложность их изготовления неоправданно возрастает, поэтому для таких источников питания они малопригодны Преобразователи же с внешним возбуждением наилучшим образом подходят для проектирования импульсных блоков питания повышенной мощности и почти не требуют налаживания По способу подключения ключевых транзисторов к импульсному трансформатору различают три известные схемы полумостовую, мостовую и с первичной обмоткой трансформатора, имеющей отвод от середины обмотки (балансную) Однако во всех перечисленных схемах импульсных блоков питания существует реальная опасность возникновения сквозного тока через ключевые транзисторы и первичную обмотку импульсного трансформатора, вследствие подачи в одно из плеч открывающего напряжения в то же самое время, когда из-за своих инерционных свойств другое плечо еще полностью не закрылось. Такое явление всегда приводит к работе коммутирующих элементов в режиме замыкания, к выходу из строя дорогостоящих мощных высоковольтных транзисторов и к существенной перегрузке первичной обмотки импульсного трансформатора Это в свою очередь значительно снижает надежность и КПД импульсного блока питания Для устранения подобных нежелательных явлений в таких схемах преобразователей приходится принимать ряд специальных мер по надежному закрытию одного из ключевых транзисторов до открывания второго.
Эти специальные меры значительно усложняют полумостовые, мостовые и балансные схемы импульсных блоков питания, и поэтому в бытовой технике более широкое распространение получили обрат-ноходовые импульсные источники питания, в которых коммутирующий ключевой транзистор в первый такт обеспечивает накопление электромагнитной энергии в обмотках и в магнитопроводе накопительного трансформатора обратного хода, а во второй — ее передачу в нагрузку. Такие трансформаторы обратного хода фактически являются связанными катушками индуктивности с несколькими обмотками или многообмоточными линейными дросселями, служащими прежде всего для накопления электромагнитной энергии с последующей ее передачей в нагрузку и одновременно обеспечивающими развязку в обратноходовых преобразователях.
В зависимости от конкретных требований, предъявляемых к импульсному блоку питания, он может содержать различные дополнительные функциональные узлы и цепи, так или иначе связанные с выходным высокочастотным импульсным трансформатором: стабилизатор выходного напряжения, устройство защиты от перегрузок и аварийных режимов, цепи первоначального запуска, подавления помех и др.
К списку статей
Блок питания: импульсный или трансформаторный? Разбираем преимущества и недостатки
Лабораторный блок питания – это вторичный источник электроэнергии, дополненный блоками регулировки выходного напряжения и тока, контроля работы и индикации режимов, а также схемами защиты.
Лабораторный блок питания (ЛБП) – очень востребованное профессионалами оборудование. Он активно используется инженерами, занимающимися разработкой и ремонтом различных электронных устройств. В настоящее время есть много типов и моделей лабораторных источников питания (ИП). Их настолько много, что новичку непросто сориентироваться в таком многообразии оборудования.
Чтобы выбрать оптимальный источник питания для определенных целей, рекомендуется вначале разобраться в особенностях различных типов ЛБП, а уже после принимать решение об их покупке.
Материал обновлён 24.11.2022
Время чтения: 10 минут
Увлечённые и опытные авторы компании, разбирающиеся в измерительном, оптическом и паяльном оборудовании, любящие своё дело
В этой статье рассмотрим:
- Классификация лабораторных источников питания
- Линейные
- Импульсные
- Преимущества импульсных источников
- Недостатки импульсных блоков
- Преимущества линейных БП
- Недостатки линейных источников
Классификация лабораторных источников
Лабораторные ИП могут классифицироваться по различным параметрам. Но наиболее популярным видом классификации является деление по типу конструкции. В соответствии с ним все ЛБП делятся на импульсные и линейные. Последние, также называют трансформаторными. Чем отличаются импульсные источники питания от линейных разберём далее.
Линейный блок питания
Традиционным считается линейный блок питания (БП). В основе его конструкции лежит понижающий трансформатор. После трансформатора в схему включен диодный мост (выпрямитель), который преобразует переменное напряжение в постоянное. Далее располагается основная схема, отвечающая за регулировку выходного напряжения, а также его стабилизацию. Как правило, за функцию стабилизации отвечает высокоемкостный конденсатор.
Большинство блоков имеют более сложную принципиальную схему, включающую блоки регулировки и стабилизации напряжения, а также тока, блоки защиты и индикации. Простейший трансформаторный блок питания возможно сделать своими руками, при этом, основным и самым дорогим компонентом в нем будет понижающий трансформатор.
Среди мастеров, осуществляющих ремонт и проектирование электроники и радиотехнических устройств, самые популярные ЛБП – модели с выходными характеристиками: напряжения в диапазоне от 0 до 30 В и тока в диапазоне до 5 А.
В качестве примера, можно привести источник постоянного тока YIHUA-305D. Этот БП представляет собой высокоточный агрегат, при помощи которого можно тонко настраивать параметры выходного тока и напряжения в установленном диапазоне. Цифровой индикатор у устройства работает в двойном режиме, одновременно отображая текущие показатели напряжения и выходного тока. Помимо этого, ЛБП имеет режим защиты от короткого замыкания (SCP), перегрузки по току (OCP), а также функцию самовосстановления после срабатывания защиты.
Импульсный блок питания
В настоящее время большинство используемых лабораторных блоков питания – это преимущественно установки импульсного типа. Что значит импульсный блок питания?
Принцип работы достаточно прост: вначале происходит предварительное выпрямление входного напряжения, после этого оно преобразуется в импульсы с увеличенной частотой и требуемой скважностью. Далее импульсы передаются в трансформатор, где напряжение понижается до требуемой величины. После трансформатора вновь расположен диодный выпрямитель, после которого выполняется стабилизация напряжения в импульсном блоке питания (ИБП).
Для генерации импульсов могут применяться как однотактные, так и двухтактные схемы. Оба типа схем строятся на базе биполярных или полевых транзисторов. В современных схемах наибольшую популярность получили IGBT и MOSFET транзисторы.
Двухтактные схемы чаще всего строятся на базе широтно-импульсного контроллера (ШИМ-контроллера). Эти небольшие микросхемы содержат схему, позволяющую генерировать сигналы требуемой ширины и скважности для управления силовыми ключами.
В ИБП используются небольшие трансформаторы. Их более чем достаточно, поскольку увеличение частоты напряжения повышает эффективность работы трансформатора, а, следовательно, конструкцию можно значительно уменьшить. Часто сердечник трансформатора ИБП изготавливается из ферромагнитных материалов, что дополнительно облегчает общую конструкцию.
Что же обеспечивает стабилизацию напряжения в импульсном блоке питания? Эту функцию берёт на себя отрицательная обратная связь, которая поддерживает выходное напряжение на одном уровне. При этом величина нагрузки и колебания входного напряжения не оказывают никакого влияния на выходные параметры.
Вполне возможно сделать импульсный ЛБП своими руками. При этом основными компонентами будут: линейный регулятор, ШИМ-контроллер, а также импульсный трансформатор.
MAISHENG MS305D– один из популярных ЛБП на рынке. Этот ИБП – эталон компактности и удобства. Он пользуется высоким спросом как среди любителей, так и среди профессионалов.
Данный источник импульсного типа подходит для питания самых разных электронных схем и устройств, обеспечивая им стабильную работу. Конструкцией устройства предусмотрена возможность настраивать параметры переменного тока в диапазоне от 0 до 5 А, а также напряжения от 0 до 30 В. В блоке присутствует защита от короткого замыкания, перегрева и перегрузки по току. Модель оснащена системой плавной регулировки, которая позволяет точно подобрать напряжение и ток на выходе. Также устройство оснащено удобным цифровым дисплеем, на котором в реальном времени отображаются параметры напряжения и переменного тока.
Преимущества и недостатки
Что же выбрать? Линейный или импульсный блок питания?
Импульсные БП используются практически повсеместно. Они активно вытесняют с рынка менее удобные трансформаторные модели. Тем не менее только в работе можно оценить сильные и слабые стороны импульсных и трансформаторных источников.
Каждый из рассматриваемых типов блоков имеет свои преимущества, а также недостатки.
Так, к примеру, КПД импульсного блока питания наиболее высокий, а мощность, по сравнению с трансформаторными моделями, значительно больше. В свою очередь, линейные источники питания отличаются простотой конструкции, надежностью работы и не требуют дорогого ремонта. Отметим преимущества и недостатки, консолидируя характеристики ЛБП.
Преимущества импульсных источников
К достоинствам импульсных агрегатов нужно отнести:
- высокий коэффициент стабилизации;
- высокий коэффициент полезного действия;
- более широкий диапазон входных напряжений;
- более высокую мощность, по сравнению с линейными устройствами;
- отсутствие чувствительности к качеству электропитания и частоте входного напряжения;
- небольшие габариты дающие хорошую транспортабельность;
- доступная цена.
Недостатки импульсных блоков
К явным недостаткам импульсных ИП можно отнести:
- импульсная система питания дает высокочастотные помехи;
- сложность схем, что негативно сказывается на надежности;
- ремонт далеко не всегда удается произвести своими руками.
Преимущества линейных БП
Трансформаторные ЛБП также имеют ряд плюсов, среди которых:
- простота и надежность конструкции;
- высокая ремонтопригодность, а также невысокая стоимость запчастей;
- отсутствие радиопомех;
Недостатки линейных источников
Если определять недостатки линейных вторичных источников питания, то среди них можно выделить:
- большой вес и габариты, что часто делает транспортировку очень неудобной;
- обратная зависимость между КПД и стабильностью выходного напряжения;
- высокая металлоемкость конструкции.
Мощные импульсные ЛБП
ИП импульсного типа можно конструировать с большой выходной мощностью, в десятки сотен ватт, и при этом они будут очень лёгкими и компактными. Яркими представителями этих устройств, в качестве примера, можно привести ЛБП компании
Модель Мощность MAISHENG MP3060D (30В, 60А) 1800 Вт MAISHENG MP6030D (60В, 30А) 1800 Вт MAISHENG MP5050D (50В, 50А) 2500 Вт MAISHENG MP5060D (50В, 60А) 3000 Вт MAISHENG MP40010D (400 В, 10 А) 4000 Вт MAISHENG MP15030D (150 В, 30 А) 4500 Вт MAISHENG MP30150D (30 В, 150 А) 4500 Вт MAISHENG MP6080D (60 В, 80 А) 4800 Вт MAISHENG MP50100D (50 В, 100 А) 5000 Вт Лабораторный блок питания: импульсный или линейный?
Современные источники питания представлены огромным ассортиментом. Значительным спросом пользуются как импульсные, так и трансформаторные БП. И то, какие цели вы преследуете, приобретая лабораторный БП, влияет на тип выбираемого вами оборудования.
Если вам необходимо всегда иметь под рукой надежное устройство с отсутствием радиопомех, которое редко ломается, а также легко поддается ремонту, тогда обратите внимание на трансформаторные модели. Если же для вас важна мощность и высокий коэффициент полезного действия, в таком случае стоит подробнее изучить модельный ряд импульсных устройств.
Если же у вас остались вопросы по выбору ЛБП, то мы рекомендуем ознакомиться с дополнительными статьями о выборе источников питания:
- Лабораторные источники питания: особенности выбора;
- Выбираем программируемый источник питания постоянного тока.