电源计算。方案、说明

电源的计算。无线电电子电气工程百科全书

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绝大多数业余无线电设计都是通过电源由市电供电。它通常包含网络变压器T1（图45）、二极管整流器VD1-VD4和大容量氧化物平滑电容器C1。辅助但必要的装置包括SA1开关、FU1熔断器和接通指示灯——微型白炽灯HL1，额定电压，变压器次级绕组电压稍高（短时间燃烧的灯持续时间较长）更长）。

电压调节器（如果有）连接在整流器输出和负载之间。通常，其输出电压小于 Uout，并且稳定器上消耗了大量功率。

我们先从网络变压器的计算开始。其尺寸和重量完全由电源应提供的功率决定：Рout = Uout·Iout。如果有多个次级绕组，则需要将每个绕组消耗的所有功率相加。将指示灯 Rind 的功率和整流二极管的功率损耗添加到计算出的功率中

Rvyp = 2Upr Iout

其中 Unp 是一个二极管的正向压降，对于硅二极管，该压降为 0,6 ... 1 V，具体取决于电流。 Unp 可以根据参考书中给出的二极管特性来确定。

从网络来看，变压器消耗的功率略大于计算值，这与变压器本身的损耗有关。有“铜损” - 由于电流通过绕组时发热 - 这些是由绕组的有源电阻引起的普通损耗，以及由磁芯和涡流的反向磁化作用引起的“铁损”其板中的电流。网络消耗的功率与供应的功率之比等于变压器的效率η。小功率变压器的效率较低，达60...65%，只有几百瓦功率的变压器才能提高到90%以上。所以，

Рtr \uXNUMXd (Pout + Rind + Rvyp) / η

现在可以使用经验公式确定磁芯中心杆（穿过线圈）的横截面积：

S2=点。

磁路的名称已经包含用于确定横截面的数据。例如，W25x40表示W形板中心部分的宽度为25毫米，该组板的厚度为40毫米。考虑到板彼此之间以及板上绝缘层的松配合，这种磁芯的横截面可以估计为 8 ... 9 cm2，并且缠绕在其上的变压器的功率为 65 .. .80W。

变压器磁路S的中心铁芯的横截面积决定了下一个重要参数——每伏匝数。不宜太小，否则磁路中的磁感应强度增大，磁芯材料进入饱和，同时初级绕组的空载电流急剧增大，其形状变为非正弦波——大电流峰值出现在初级绕组的顶部。正半波和负半波。板的杂散场和振动急剧增加。另一个极端 - 每伏匝数过多 - 会导致铜消耗过多并增加绕组的有源电阻。还需要减小导线的直径，以使绕组适合磁路的窗口。这些问题在[1]中有更详细的讨论。

缠绕在 W 形板标准铁芯上的工厂变压器的每伏匝数 n 通常根据比率 n = (45...50)/S 计算，其中 S 的单位为 cm2。通过确定n并将其乘以绕组的额定电压，即可获得其匝数。对于次级绕组，电压应比标称电压高 10%，以考虑其有源电阻上的压降。

变压器绕组上的所有电压（图 45 中的 UI 和 UII）均取有效值。

电源计算

应力幅值将高出 1,41 倍。如果次级绕组加载在桥式整流器上，则空闲时整流器输出端的电压Uout几乎等于次级绕组上的幅度。在负载下，整流电压降低并等于：

Uout = 1,41UII-2Unp-Ioutp.tp。

这里rtp是变压器次级绕组侧的电阻。在实践中有足够精度的情况下，我们可以设置 rtp = (0,03 ... 0,07) Uout / Iout，并且对于更强大的变压器采用更小的系数。

确定匝数后，应该找到绕组中的电流。次级绕组电流Iii = Iind + Pout/UII。初级绕组的有功电流（由于负载电流）Iia = Ptr / UI。此外，无功“磁化”电流也在初级绕组中流动，在铁芯中产生几乎等于变压器空载电流的磁通量。其值由初级绕组的电感L决定：Iip = Ui/2πfL

实际上，空载电流是通过实验确定的 - 对于正确设计的中高功率变压器，空载电流为 (0,1 ... 0,3) IiA。无功电流取决于每伏特的匝数，随着 n 的增加而减少。对于小功率变压器，允许 Iip = (0,5 ... 0,7) IiA。初级绕组的有功电流和无功电流正交相加，因此初级绕组的总电流Ii2 = Iiai2 + Iipi2。

确定绕组电流后，您应根据 2...3 A/mm2 变压器允许的电流密度找到线径。通过图 46 所示的图表可以方便地进行计算。 2[XNUMX]。

电源计算

将绕组放置在窗口中的可能性评估如下：通过测量窗口的高度（线圈的宽度），确定每个绕组的一层匝数，然后确定所需的层数。将层数乘以导线直径，再加上绝缘垫片的厚度，即可得出绕组的厚度。所有绕组的厚度应不大于窗口的宽度。此外，由于不可能用手紧密缠绕，因此最终的绕组厚度应增加 1,2...1,4 倍。

总之，我们提出了整流器的简化计算（图 45）。桥路中二极管允许的直流平均电流至少为0,5Iout，实际中选择正向电流大的二极管（为了可靠性）。允许的反向电压不应小于0,71Uii+0,5Uout，但由于空闲时Uout达到1,41Uii，因此建议选择二极管的反向电压不小于该值，即二极管上电压的幅值。次级绕组。考虑电源电压可能的波动也很有用。

整流电压纹波的幅度（以伏特为单位）可以使用简化的公式进行估算：

脉冲 = 5Iout/S。

输出电流以安培代替，电容器 C1 的电容以微法拉为单位。

对于几十毫安或更小的负载电流，允许限制带有齐纳二极管的最简单设备.

对于高负载电流，我们建议使用稍微复杂的稳定器，其电路如图 47 所示。 XNUMX.

电源计算

正如您所看到的，这里，除了元件 R1、VD1 上最简单的稳定器外，还添加了组装在晶体管 VT1 上的射极跟随器。如果在最简单的稳定器中负载电流不能大于齐纳二极管的电流，那么这里它可以超过齐纳二极管的电流h21e倍，其中h21e是晶体管基极的静态电流传输系数具有共发射极的电路。为了增加它，通常用复合晶体管代替VT1。稳定器的输出电压比稳定电压VD0,6低1V（复合晶体管为1,2V）。

建议先用稳压器开始计算稳压电源。根据所需电压和负载电流选择晶体管VT1和稳压二极管VD1。晶体管的基极电流为：

Ib \u21d Iout / hXNUMXe。

它将是元件 R1 和 VD1 上最简单的稳定器的输出电流。然后评估整流器 Uout-Upulse 输出端的最小电压 - 即使在最小允许电源电压下，它也应比负载所需电压高 2 ... 3 V。此外，按照上述方式进行计算。更先进的稳定器方案和计算在[3]中给出。

自查问题

1. 使用前面几节中的信息（RC 电路的脉冲响应），推导出上述未稳压整流器输出端纹波幅度的公式。在这种情况下，让电容器向整流器负载放电的持续时间为0,01 s（脉冲频率100 Hz）并使用近似值et/RC - 1 - t/RC。

2.找到一个旧的电源变压器（它可能会被烧坏），将其拆开并展开，记住甚至写下它的工作原理（这在自己制作变压器时会派上用场）。估计绕组的匝数和电线的直径。根据所描述的方法计算该变压器并比较结果。

3. 计算电压为 13,5 V、电流为 1 A 的全稳压电源。

不带平滑电容器的全波整流器输出端的电压波形如图所示 图。 64 细线。我们看到电压从零脉动到U_m 频率为 100 Hz。如果存在电容器，则在整流电压的峰值处将其充电至略小于 U 的值_m，并在峰值之间放电。整流电压的平均值表示为U_Ø. 脉动幅度 - U_脉冲.

电容器放电过程中，其上的电压按条件规定的规律从U值变化_Ø +你_脉冲直至U值_Ø -U_脉冲

因此，可以写

U_Ø -U_脉冲 =(你_Ø +你_脉冲)e^{-吨/ RC}-(你_Ø +你_脉冲).(1 - t/RC),

其中 t = 0,01 秒； R——整流器负载电阻； C为平滑电容器的容量。

左括号，缩短 U_Ø 并忽略 U 项_脉冲t/RC 由于其体积小（脉动幅度小于 U_Ø）我们得到2U_脉冲 =U_Ø吨/钢筋混凝土。

现在请注意，U_Ø/R等于负载电流I，代入t：U_脉冲 = 5 10^-3升/升，

其中所有量都必须用基本单位代替 - 伏特、安培和法拉。如果我们采用毫安为单位的电流和微法为单位的电容，我们可以得到以下纹波电压（以伏特为单位）的公式：

U_脉冲= 5 升/摄氏度。

文学

Polyakov V. 减少变压器的漏磁场。 - 广播，1983 年，第 7 期，第 28 页29、XNUMX。
马林从电源为无线电设备供电。 - M.：能源，1970。
Moskvin A. 带过载保护的晶体管稳压器。 - 广播，2003 年，第 2 期，第 26 页28-XNUMX。

作者：V.Polyakov

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