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:
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:
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:
Расчётные выходные параметры:
После произведения расчётов вы получаете конкретные параметры и габариты, в том числе:
По ним остаётся только правильно подобрать сердечники и выполнить намотку.
Намотка
После всего, что было изложено выше, это самое простое. Нужно только:
Выполнять проверку трансформатора можно только с нагрузкой и собранным генератором частоты!
Автор: RadioRadar