Аудио & Видео
Нашли ошибку? Сообщите нам ...Комментировать: Высокочастотный трансформатор своими рукамиРаспечатать: Высокочастотный трансформатор своими руками

Высокочастотный трансформатор своими руками


Надежный дистрибьютор электронных компонентов на складе - Barumelec.com

"Аудио & Видео" - информация по новинкам аудио-, видео-техники и аксессуаров: обзоры аппаратуры (видеокамеры, телевизоры, магнитолы, DVD и др.), тесты, отзывы, советы, все, что поможет Вам сориентироваться и правильно сделать выбор той или иной аудио- или видео-техники.


Импульсный, он же высокочастотный, трансформатор – это отдельный вид трансформаторов, который может работать с очень короткими импульсами тока и напряжениями на входе, обеспечивая при этом минимальный уровень искажения выходных импульсов.

Чисто технически ничего не меняется, в составе высокочастотного трансформатора, также как и в силовом, имеются:

1. Первичная обмотка, которая представляет собой катушку индуктивности.

2. Сердечник, который позволяет равномерно распределить возникающую магнитную индукцию.

3. Вторичная обмотка, в которой из-за магнитной индукции первой катушки возникает ток.

Если так разобраться, и силовой, и импульсный трансформатор работают только с переменными токами. Однако, отличие первых от вторых в том, что импульсные имеют специальный сердечник, который позволяет работать с очень быстрыми колебаниями. при повышении частот в таких сердечниках возникает обратный эффект, когда в первичной обмотке уже нет тока, но сердечник всё еще передаёт остаточную энергию вторичной обмотке.

Таким образом, существенно возрастает эффективность преобразования тока (коэффициент) и ощутимо уменьшаются габариты конечного устройства.

Виды высокочастотных трансформаторов

Как и было отмечено выше, конструктивно импульсные тр-ры практически ничем не отличаются от силовых. Поэтому они могут быть:

  • Броневыми;
  • Стержневыми;
  • Бронестержневыми (комбинация первых двух);
  • Тороидальными.

В первых трех конструктивных решениях применяется специальное трансформаторное железо, которое должно быть по габаритам соотнесено с катушками первичной и вторичной обмоток. Собрать и намотать такие трансформаторы достаточно сложно, поэтому их проектируют сразу как готовое отраслевое решение (для применения в конкретных приборах и условиях).

Тороиды (кольца) из ферритов, которые могут эксплуатироваться на высоких частотах, заметно доступнее. Их можно найти практически в любом магазине радиоэлектроники или заказать на дом.

Собственно, по этой причине самодельную силовую технику с импульсными блоками питания чаще всего делают на тороидальных ВЧ трансформаторах.

В промышленности можно встретить трансформаторы, работающие с напряжениями:

  • До 10 кВ;
  • До 50 кВ;
  • И свыше 50 кВ.

Они предполагают совсем другие подходы в проектировании.

Преимущества и недостатки

Если на преимуществах можно не останавливаться подробно (это минимальные габариты и высокая эффективность), то о недостатках нужно упомянуть обязательно. Дело в том, что они влияют на проектирование конечного изделия, чаще всего это ИБП (импульсный блок питания). А именно:

1. Для работы обязательно требуется ВЧ-генератор. То есть ток требует подготовки и проходит, по сути, не одну процедуру преобразования после первичного источника. Этот генератор должен быть согласован по параметрам с самим трансформатором.

2. Колебания на высоких частотах создают различные помехи как в первичном источнике тока (например, в сети переменного тока), так и в питаемой цепи. А это может негативно отразиться на работе не только целевого устройства, но и на всех остальных устройств, подключённых к первичному источнику. А значит, необходимо обязательно предусматривать фильтры от ВЧ-помех на входе и выходе ИБП.

3. Без нагрузки эксплуатировать ИБП нельзя. Дело в том, что в силовых трансформаторах закладывается некоторый запас по мощности, а в случае с импульсными сделать это физически очень сложно.

Проектирование / расчёт

Как и было сказано выше, трансформатор согласуется по параметрам с ВЧ-генератором. То есть для проектирования нужно как минимум знать характеристики вашего генератора или проектировать его вместе с тр-ром.

Наиболее подробную методику, подходящую для профессиональных инженеров можно изучить, например, в методическом пособии Томского политеха, ну или в других научных трудах (их масса).

А можно воспользоваться специальным программным обеспечением, например, PI Expert Suite (она позволяет спроектировать и оптимизировать блоки питания что называется "под ключ"), ExcellentIT или аналогичным ПО.

Из входных параметров вам понадобятся:

  • Максимальная индукция (порог для ферритов - 0,39 Тл, но лучше использовать показатель 0,186 Тл, он характерен для эксплуатации тр-ра в самых плохих условиях).
  • Частота преобразования. Это один из ключевых показателей. Она может быть в диапазоне 20-120 кГц. Ниже минимума – может появится "свист" при работе, а выше – существенно вырастут динамические потери.
  • Плотность тока. Оптимальный диапазон 5-6 А/мм.кв., но не более 10.
  • Напряжение на входе (определяется первичным источником или параметрами генератора).
  • Коэффициент заполнения. В идеале – 0,35 (больше ставить точно не стоит, могут быть проблемы с соотношением габаритов сердечника и обмоток).

Расчётные выходные параметры:

  • Напряжение (в зависимости от того, что вам требуется);
  • Ток (аналогично);
  • Диаметр провода (чем толще проводник, тем хуже будет его работа);
  • Наличие стабилизации выходов;
  • Тип выпрямления и преобразования (в соответствии с вашей схемой, это может быть мостовое, одно- или двуполярное со средней точкой и т.д.);
  • Потери на диодах (для ультрабыстрых моделей это около 0,6 В даже в самых плохих условиях).

После произведения расчётов вы получаете конкретные параметры и габариты, в том числе:

  • Число витков первички и вторички;
  • Плотность тока;
  • Индуктивность дросселя;
  • И т.д.

По ним остаётся только правильно подобрать сердечники и выполнить намотку.

Намотка

После всего, что было изложено выше, это самое простое. Нужно только:

  • Намотать первичку. Если вы получили небольшое количество витков, то можно заменить выбранную проволоку на связку из проводов меньшего диаметра, так распределение по сердечнику будет равномернее. Главное, чтобы совокупная площадь сечения не вышла за пределы изначальной.
  • Выполнить изоляцию. Нельзя делать большой зазор (толщину слоя).
  • Намотать вторичку (в соответствии с вашей схемой, например, с выводом средней точки, проволоку тоже можно заменить на связку).

Выполнять проверку трансформатора можно только с нагрузкой и собранным генератором частоты!

Автор: RadioRadar


Дата публикации: 25.12.2018
Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.


Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:








 



RadioRadar.net - datasheet, service manuals, схемы, электроника, компоненты, semiconductor,САПР, CAD, electronics