Расчет трансформатора импульсного блока питания

Работа импульсного блока питания во многом зависит от того, насколько точно выполнен расчет трансформатора. Даже малейшее отличие его параметров от оптимальных для конкретного источника питания может привести к снижению КПД и ухудшению характеристик. Поэтому к расчету трансформатора следует отнестись с особым вниманием.

Прежде всего необходимо рассчитать (в ваттах) используемую мощность трансформатора Р_исп=1,3xР_н (Р_н — мощность, потребляемая нагрузкой). Далее, задавшись габаритной мощностью Р_габ, которая должна удовлетворять условию Р_габ≥Р_исп следует подобрать подходящий тороидальный ферритовый магнитопровод. Его параметры связаны с Р_габ соотношением Р_габ=S_cS_оfB_max/150, Вт. Здесь f — частота преобразования напряжения, Гц; S_c=(D-d)h/2 — площадь сечения магнитопровода, см² (D и d — соответственно наружный и внутренний диаметры, h — высота кольца, см); S_о=πd²/4 — площадь окна магнитопровода, см², B_max — максимальное значение индукции (в тесла), которое зависит от марки феррита и может быть определено по справочнику, содержащему сведения о ферромагнитных материалах.

После этого, задавшись напряжением на первичной обмотке трансформатора U₁, находят число витков W₁=0,25x10⁴U₁/B_maxS_c. Для преобразователя (см. рисунок) U₁=U_пит/2-U_{КЭ нас}, где U_пит - напряжение питания преобразователя, а U_{КЭ нас} напряжение насыщения транзисторов коллектор — эмиттер VT1, VT2. Полученное значение W₁ необходимо округлять в большую сторону (во избежание насыщения магнитопровода).

Далее определяют максимальный ток (в амперах) первичной обмотки: I_1max=P_н/ηU₁ (η — КПД преобразователя, обычно 0,8) и диаметр (в миллиметрах) ее провода: d₁=0,6√I_1max. В заключение находят число витков выходной обмотки трансформатора: W₂=W₁U₂/U₁ и диаметр провода: d₂=0,6√I₂ (U₂ и I₂ соответственно напряжение и ток вторичной обмотки).

Пример расчета импульсного трансформатора блока питания для стереофонического усилителя

Для примера рассчитаем высокочастотный трансформатор блока питания стереофонического усилителя, имеющего следующие выходные напряжения и токи: U₂=(25+25) В; I₂=3 A; U₃=20 В; I₃=1 A; U₄=10 В; I₄=3 A. Потребляемая нагрузкой мощность P_н=200 Вт.

Используемая мощность этого трансформатора Р_исп=1,3x200=260 Вт. Частоту преобразования f выберем равной 10⁵ Гц. В качестве магнитопровода применим кольцо типоразмера К38Х24Х7 из феррита марки 2000НН (B_max=0,25 Т), Определив площадь сечения S_c=(3,8 - 2,4)x0,7/2=0,49см²- и площадь окна выбранного магнитопровода S_о=πx2,4²/4=4,5см², найдем габаритную мощность трансформатора Р_габ=0,49x4,5x10⁵x0.25/150=367 Вт. Условие Р_габ≥Р_исп выполняется.

Теперь определим напряжение на первичной обмотке трансформатора и ее число витков: U₁=(285/2)—1,6=141 В; W₁=0,25x10⁴x141/10⁵x0,25-0,49≈29. Для исключения насыщения магнитопровода выбираем W₁ = 30.

Затем находим максимальный ток первичной обмотки и диаметр провода: I_1max= 200/0,8x141 = 1,75 A; d₁=0,6√1,75=0,8 мм.

После этого определяем число витков и диаметр провода выходных обмоток: W₂=30x25/141=5; d₂=0,6√3=1мм;

W₃=30x20/141=4; d₃=0,6√1=0,6мм;

W₄=30x10/141=2; d₄=0,6√3=1мм;