带镇流器电容器的变压器单元。方案、说明

带镇流电容器的变压器单元

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带有镇流电容器和隔离变压器的电源由于尺寸小且不与网络电连接，因此在业余无线电爱好者中广受欢迎。然而，在开发此类设备时，需要考虑多种因素，以消除紧急情况，从而不仅导致电源故障，而且负载也可能出现故障。文章作者总结了创建此类设备的经验，建议您在设计和安装此类设备时应注意的事项。

在业余无线电实践中，带有镇流电容器和隔离变压器的信号源被广泛使用[1-6]。该解决方案允许您设计小型电源。让我们使用[1]中描述的低功率电源示例来考虑此类设备的一些设计问题（见图）。

变压器T1执行隔离变压器的功能。它在低输入和输出电压下运行。它的设计非常简单。电容C1是镇流电容，电阻R2在导通时限制电流脉冲。变压器初级绕组上的电压受到齐纳二极管 VD1 和 VD2 的限制。

在由电容器C1、变压器L初级绕组的电感和降到初级绕组的负载电阻RH组成的振荡电路中，可能发生谐振，从而导致电源失效。

我们假设在负载电源中，初级绕组上的电压为 20 V（典型情况）。这意味着初级绕组的负载电阻 RH 大约比电容 |XC10| 小 1 倍。电容器C1并与其形成10:1（大约）的分压器，即|XC1|=10RH。

使用正确设计的变压器，初级绕组的感抗|XL| 应该比初级绕组的负载电阻RH高约10倍，因此上述电路的品质因数极低，不可能出现谐振。

当负载关闭（空闲）时，会出现完全不同的情况。若满足上述关系式|ХC1|=10RH、|XL|=10RH，则|XC1|=|XL| 并发生共振。如果将 1...2 V 的电压而不是电源电压施加到输入，则在空载变压器的初级绕组上，由于谐振，电压将增加 10 倍或更多；所得电路的品质因数相当大，但当施加电源电压时，不会有这样的增加。随着绕组上的电压增加到标称电压 (20 V) 以上，变压器的磁路进入饱和状态，其电感下降，电路不再调谐到谐振。

然而，如果变压器的设计对允许的输入电压留有足够的余量，则上升幅度可能会非常显着。与标称模式下的操作相比，这将导致电容器 C1 上的电压增加，并且如果选择没有储备的电容器，则可能会发生击穿。其他同样严重的后果也是可能的。

因此，对于带有镇流电容器的无变压器电源来说，无额定负载运行是不可接受的。通常的解决方案是将一个齐纳二极管连接到源输出，或将两个背靠背齐纳二极管（或一个对称的齐纳二极管）连接到初级绕组（见图）。

带镇流电容器的变压器单元

所以对于功率相对较低的电源来说，这个问题就解决了。对于类似的强大设备（汽车电池充电器非常简单[2-4]），这些措施还不够。在这里，您可以将对称 dinistor 的模拟并联连接到初级或次级绕组 [7，图 5，a] 或提供针对空闲模式的继电保护 [3]。

根据额定电压选择镇流电容器时必须特别注意。这是电容器极板之间能够可靠且长时间运行的最高电压。大多数类型由标称直流电压调节。允许的交流电压始终小于额定电压，但额定电压高达 42 V（含）的金属纸电容器 MBGCH、K19-78、聚丙烯 K4-73 和聚对苯二甲酸乙二醇酯 K17-250 除外，这些参数为平等的。因此，在选择型号和额定电压时，必须使用电容器的参考书，并记住计算是针对交流电压的幅值进行的。

当电源连接（或断开）到网络时，其电路中会发生瞬态过程，一段时间后会被稳态所取代。在不深入探讨瞬态过程的理论基础的情况下，我们注意到两个交换定律：

1. 电感器（具有感抗的器件）中的电流不能突然变化，否则换流后的电流与换流前一刻的电流值相同。

2、电容器上的电压不能突变，否则换流后的电压与换流前的电压相同。

当电源连接到网络时，电容器尚未充电，其两端的电压降为零。电感中的电流不能立即产生，因此电阻器两端的电压为零，并且电源电压完全施加到变压器的初级绕组，该变压器的初级绕组被设计为显着较低的值。当接通时，匝间击穿的风险很高，并且大容量绕组变压器设计简单的优势消失，这就是它在无线电爱好者中广泛流行的原因。将电源连接到此时存在幅度或接近幅度电压的网络尤其危险。

限制连接时初级绕组上的电压的任务变得紧迫。在这种情况下，限流电阻没有帮助。

这迫使我们寻找另一种解决方案，使我们能够防止变压器匝间击穿的可能性，并保护电源元件免受数十倍电压的影响。

并联到初级绕组的两个反串联齐纳二极管上的限压器（见图）可以解决这个问题。对于每个半周期，限制器充当变压器初级绕组上的参数稳压器。镇流器功能主要由限流电阻R2来实现。电阻器必须针对短期过载电流进行设计，而齐纳二极管通常可以提供此功能。

如果在标称模式下齐纳二极管打开并用作稳定器，则正半波和负半波的整流电流脉冲的幅度可能会出现差异。这种效应可以通过以下事实来解释：正半波由一个齐纳二极管稳定，负半波由另一个齐纳二极管稳定。众所周知，即使是同一批次的两个齐纳二极管的稳定电压也可能存在显着差异。这会在 50 Hz 频率下产生额外的纹波分量，与 100 Hz 滤波器相比，使用抗混叠滤波器更难以抑制该纹波分量。

为了减少由于稳定电压差异而产生的额外纹波分量，建议不要将两个齐纳二极管背靠背串联，而是在二极管电桥的对角线上包含一个齐纳二极管，并与初级绕组。这将保持电源的可靠性。

如果对输出电压的稳定性没有更高的要求，我们可以建议选择齐纳二极管，其最小稳定电压比稳态下初级绕组上的最大幅度电压高1...3 V。在这种情况下，参数稳定器将仅在开机和空闲时执行电压限制器的功能。并且电源达到稳定状态后会自动关闭，显着提高了机组的效率。

文学

Pozharinsky L. 低功率电源。 - 电台，1978 年，#5，p。 56.
Kutergin G. 一个简单的充电器。 - 电台，1978 年，#5，第 27 页。
Dolin E. 充电器选项。 - 电台，1983 年，#5，第 58 页。
Biryukov S. 一个简单的充电器。 - 电台，1997 年，#3，第 50 页。
Biryukov S. 带淬火电容器的网络电源的计算。 - 广播，1997 年，第 5 期，第 48-50 页。
Prokoptsev Yu. 有关带有淬火电容器的电源的更多信息。 - 广播，1998 年，#12,0.46。
Alekseev S. 对称除数 - 在电源中。 - 广播，1998 年，第 10 期，第 70,71 页。

作者：B.Sadovskov，车里雅宾斯克

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