Трансформатори типу ТПІ. Трансформатори, довідник

Мал. 1. Схема плати мережного фільтра.

У радянських телевізорах Горизонт Ц-257 застосовувалося імпульсне джерело живлення з проміжним перетворенням напруги мережі частотою 50 Гц в імпульси прямокутної форми з частотою проходження 20...30 кГц і подальшим їх випрямленням. Вихідні напруги стабілізуються шляхом зміни тривалості та частоти повторення імпульсів.

Джерело виконано у вигляді двох функціонально закінчених вузлів: модуля живлення та плата мережного фільтра. У модулі забезпечена розв'язка шасі телевізора від мережі, а елементи, що гальванічно пов'язані з мережею, закриті екранами, що обмежують доступ до них.

Основні технічні характеристики імпульсного блоку живлення

• Максимальна вихідна потужність, Вт........100
• Коефіцієнт корисної дії..........0,8
• Межі зміни напруги мережі,......... 176...242
• Нестабільність вихідної напруги, %, не більше..........1
• Номінальні значення струму навантажень, мА, джерел напруги, В:
  135 ....................500
  28 ....................340
  15 ..........700
  12 ..........600
• Маса, кг ..................1

Мал. 2 Принципова схема модуля живлення.

Він містить випрямляч мережної напруги (VD4-VD7), каскад запуску (VT3), вузли стабілізації (VT1) і блокування 4VT2), перетворювач (VT4, VS1, Т1), чотири однонапівперіодних випрямляча вихідної напруги (VD12-VD15) і компенсаційний 12 В (VT5-VT7).

При включенні телевізора напруга мережі через обмежувальний резистор і ланцюги перешкоди тиску, розташовані на платі фільтрів живлення, надходить на випрямний міст VD4-VD7. Випрямлену ним напругу через обмотку намагнічування I імпульсного трансформатора Т1 проходить на колектор транзистора VT4. Наявність цієї напруги на конденсаторах С16 С19 С20 індикує світлодіод HL1.

Позитивні імпульси напруги мережі через конденсатори С10, С11 і резистор R11 заряджають конденсатор С7 каскаду запуску. Як тільки напруга між емітером і базою 1 одноперехідного транзистора VT3 досягає 3, він відкривається і конденсатор С7 швидко розряджається через його перехід емітер - база 1, емітерний перехід транзистора VT4 і резистори R14, R16. Внаслідок цього транзистор VT4 відкривається на 10...14 мкс. За цей час струм в обмотці намагнічування I зростає до 3...4 А, а потім коли транзистор VT4 закритий, зменшується. Виникаючі при цьому на обмотках II і V імпульсні напруги випрямляються діодами VD2, VD8, VD9, VD11 і заряджають конденсатори С2, С6, С14: перший з них заряджається від обмотки II, два інших - від обмотки V. При кожному наступному включенні та вимкненні транзистора VT4 відбувається заряджання конденсаторів.

Що ж до вторинних ланцюгів, то в початковий момент після включення телевізора конденсатори С27- СЗО розряджені, і модуль живлення працює в режимі, близькому до короткого замикання. При цьому вся енергія, накопичена в трансформаторі Т1, надходить у вторинні ланцюги, і процес коливання в модулі відсутня.

Після закінчення зарядки конденсаторів коливання залишкової енергії магнітного поля в трансформаторі Т1 створюють таку напругу позитивного зворотного зв'язку в обмотці V, яке призводить до виникнення коливального процесу.

У цьому режимі транзистор VT4 відкривається напругою позитивного зворотного зв'язку, а закривається напругою на конденсаторі С14 надходить через тиристор VS1. Відбувається так. Лінійно наростаючий струм транзистора VT4, що відкрився, створює на резисторах R14 і R16 падіння напруги, яке в позитивній полярності через комірку R10C3 надходить на керуючий електрод тиристор VS1. У момент, що визначається порогом спрацьовування, тиристор відкривається, напруга на конденсаторі С14 виявляється прикладеним у зворотній полярності до переходу емітерного транзистора VT4, і він закривається.

Таким чином, включення тиристора задає тривалість пилкоподібного імпульсу колекторного струму транзистора VT4 і, відповідно, кількість енергії, що віддається у вторинні ланцюги.

Коли вихідні напруги модуля досягають номінальних значень, конденсатор С2 заряджається настільки, що напруга, що знімається з дільника R1R2R3, стає більшою за напругу на стабілітроні VD1 і транзистор VT1 вузла стабілізації відкривається. Частина його колекторного струму підсумовується в ланцюзі керуючого електрода тиристора зі струмом початкового зміщення, створюваним напругою на конденсаторі С6, і струмом, що виникає під дією напруги на резисторах R14 і R16. В результаті тиристор відкривається раніше і колекторний струм транзистора VT4 зменшується до 2...2,5 А.

При збільшенні напруги мережі чи зменшенні струму навантаження зростають напруги всіх обмотках трансформатора, отже, і напруга на конденсаторі С2. Це призводить до збільшення колекторного струму транзистора VT1, більш раннього відкривання тиристора VS1 і закривання транзистора VT4, а отже, зменшення потужності, що віддається в навантаження. І навпаки, при зменшенні напруги мережі або збільшення струму навантаження потужність, що передається в навантаження, збільшується. Таким чином, стабілізуються відразу всі вихідні напруги. Підстроювальним резистором R2 встановлюють їх початкові значення.

У разі короткого замикання одного з виходів модуля автоколивання зриваються. В результаті транзистор VT4 відкривається тільки каскадом запуску на транзисторі VT3 і закривається тиристором VS1 при досягненні струмом колектора транзистора VT4 значення 3,5 ... 4 А. На обмотках трансформатора з'являються пакети імпульсів, що випливають з частотою мережі живлення і частотою частот. У цьому режимі модуль може працювати тривалий час, оскільки колекторний струм транзистора VT4 обмежений допустимим значенням 4 А, а струми у вихідних ланцюгах – безпечними значеннями.

З метою запобігання великим кидкам струму через транзистор VT4 при надмірно зниженій напрузі мережі (140... 160) і, отже, при нестійкому спрацьовуванні тиристора VS1 передбачений вузол блокування, який в такому випадку вимикає модуль. На базу транзистора VT2 цього вузла надходить пропорційне випрямлену мережеву постійну напругу з дільника R18R4, а на емітер - імпульсна напруга частотою 50 Гц і амплітудою, що визначається стабілітроном VD3. Їхнє співвідношення вибрано таким, що при зазначеній напрузі мережі транзистор VT2 відкривається і імпульсами колекторного струму відкриває тиристор VS1. Автоколивальний процес припиняється. З підвищенням напруги мережі транзистор закривається і роботу перетворювача впливає. Для зменшення нестабільності вихідної напруги 12 застосований компенсаційний стабілізатор напруги на транзисторах (VT5-VT7) з безперервним регулюванням. Його особливість - обмеження струму при короткому замиканні навантаження.

З метою зменшення впливу на інші ланцюги вихідний каскад каналу звукового супроводу живиться окремої обмотки III.

У імпульсному трансформаторі ТПІ-3 (Т1) застосований магнітопровід М3000НМС Ш12Х20Х15із повітряним зазором 1,3 мм на середньому стрижні.

Мал. 3. Схема розташування обмоток імпульсного трансформатора ТПІ-3.

Намотувальні дані трансформатора ТПІ-3 імпульсного блоку живлення наведені:

Усі обмотки виконані проводом ПЕВТЛ 0,45. З метою рівномірного розподілу магнітного поля за вторинними обмотками імпульсного трансформатора та збільшення коефіцієнта зв'язку обмотка I розбита на дві частини, розташовані в першому та останньому шарах і з'єднані послідовно. Обмотка стабілізації II виконана з кроком 1,1 мм на один шар. Обмотка III та секції 1 - 11 (I), 12-18 (IV) намотані у два дроти. Для зниження рівня випромінюваних перешкод введені чотири електростатичні екрани між обмотками і короткозамкнутий екран поверх магнітолровода.

На платі фільтрів живлення (рис. 1) розміщені елементи загороджувального фільтра L1C1-СЗ, струмообмежуючий резистор R1 та пристрій автоматичного розмагнічування маски кінескопа на терморезисторі R2 з позитивним ТКС. Останнє забезпечує максимальну амплітуду струму розмагнічування до 6 А з плавним спадом протягом 2...3 с.

Увага!!!При роботі з модулем живлення та телевізором необхідно пам'ятати, що елементи плати фільтрів живлення та частина деталей модуля знаходяться під напругою мережі. Тому ремонтувати та перевіряти модуль живлення та плату фільтрів під напругою можна тільки при включенні їх у мережу через розділовий трансформатор.

Шуруповерт, або акумуляторний дриль дуже зручний інструмент, але є і істотний недолік, - при активному використанні акумулятор розряджається дуже швидко, - за кілька десятків хвилин, а на зарядку потрібно годинник. Не рятує навіть запасного акумулятора. Хорошим виходом із положення при проведенні робіт у приміщенні з робочою електромережею 220V було б зовнішнє джерело живлення шуруповерта від мережі, яке можна було б використовувати замість акумулятора. Але, на жаль, промислово не випускаються спеціалізовані джерела для живлення шуруповертів від електромережі (тільки зарядні пристрої для акумуляторів, які неможливо використовувати як мережеве джерело через недостатній вихідний струм, а тільки як зарядний пристрій).

У літературі та інтернеті зустрічаються пропозиції як джерело живлення для шуруповерта з номінальною напругою 13V використовувати автомобільні зарядні пристрої на основі силового трансформатора, а також блоки живлення від персональних комп'ютерів та галогенних освітлювальних ламп. Все це, можливо, непогані варіанти, але не претендуючи на оригінальність, я пропоную зробити спеціальний блок живлення самостійно. Тим більше, на основі схеми, що наводиться мною, можна зробити і блок живлення іншого призначення.

Отже, схема джерела показано малюнку у тексті статті.

Це класичний зворотноходовий AC-DC перетворювач на основі ШІМ генератора UC3842.

Напруга від мережі надходить на міст на діодах VD1-VD4. На конденсаторі С1 виділяється постійна напруга близько 300V. Цією напругою живиться генератор імпульсний з трансформатором Т1 на виході. Спочатку напруга, що запускає, надходить на виведення живлення 7 ІМС А1 через резистор R1. Включається генератор імпульсів мікросхеми і видає імпульси на виводі 6. Вони подаються на затвор потужного польового транзистора VT1 в ланцюзі якого включена первинна обмотка імпульсного трансформатора Т1. Починається робота трансформатора і з'являються на вторинних обмотках вторинні напруги. Напруга з обмотки 7-11 випрямляється діодом VD6 і використовується
для живлення мікросхеми А1, яка перейшовши на режим постійної генерації, починає споживати струм, який не здатний підтримувати пускове джерело живлення на резисторі R1. Тому при несправності діода VD6 джерело пульсує, через R1 конденсатор С4 заряджається до напруги, необхідного для запуску генератора мікросхеми, а коли генератор запускається підвищений струм С4 розряджає, і генерація припиняється. Потім процес повторюється. При справності VD6 схема відразу після запуску переходить живлення від обмотки 11 -7 трансформатора Т1.

Вторинна напруга 14V (на холостому ходу 15V, під повним навантаженням 11V) береться з обмотки 14-18. Випрямляється діодом VD7 та згладжується конденсатором С7.
На відміну від типової схеми не використовується схема захисту вихідного ключового транзистора VT1 від підвищеного струму сток-исток. А вхід захисту – висновок 3 мікросхеми просто з'єднаний із загальним мінусом харчування. Причина цього рішення у відсутності у автора в наявності необхідного низькоомного резистора (все-таки доводиться робити з того, що є в наявності). Так що транзистор тут не захищений від перевантаження струмом, що звичайно не дуже добре. Втім, схема вже довго працює і без цього захисту. Однак, за бажання можна легко зробити захист, дотримуючись типової схеми включення ІМС UC3842.

Деталі. Імпульсний трансформатор Т1 готовий ТПІ-8-1 від модуля живлення МП-403 кольорового вітчизняного телевізора типу 3-УСЦТ або 4-УСЦТ. Ці телевізори сьогодні часто йдуть на розбирання або взагалі викидаються. Та й трансформатори ТПІ-8-1 у продажу є. На схемі номера висновків обмоток трансформатора показані відповідно до маркування на ньому і на принциповій схемі модуля живлення МП-403.

У трансформатора ТПІ-8-1 є інші вторинні обмотки, так що можна отримати ще 14V використовуючи обмотку 16-20 (або 28V включивши послідовно 16-20 і 14-18), 18V з обмотки 12-8, 29V з обмотки 12- 10 та 125V з обмотки 12-6. Таким чином, можна отримати джерело живлення для живлення будь-якого електронного пристрою, наприклад УНЧ з попереднім каскадом.

Втім, цим справа і обмежується, тому що перемотувати трансформатор ТПІ-8-1, - досить невдячна робота. Його осердя щільно склеєний і при спробі його розділити ламається зовсім не там, де чекаєш. Так що взагалі будь-яку напругу від цього блоку отримати не вийде, хіба що за допомогою вторинного стабілізатора, що знижує.

Транзистор IRF840 можна замінити на IRFBC40 (що в принципі теж саме) або на BUZ90, КП707В2.

Діод КД202 можна замінити будь-яким більш сучасним випрямляючим діодом на прямий струм не нижче 10А.

Як радіатор для транзистора VT1 можна використовувати наявний на платі модуля МП-403 радіатор ключового транзистора, трохи переробивши його.

[ 28 ]

Закінчення таблиці 3.3

Намотувальні дані трансформаторів типу ТПІ, що працюють в імпульсних блоках живлення стаціонарних та переносних телевізійних приймачах, наведено в табл. 3 3 Принципові електричні схеми трансформаторів ТПІ показані на рис.

10 IS 15 15 1412 11

Рис 3 1 Електричні схеми трансформаторів типу ТПІ-2

3.3. Трансформатори для зворотноходових перетворювачів

Як було сказано вище, трансформатори для зворотноходових перетворювачів виконують функції накопичувача електромагнітної енергії під час дії імпульсу в ланцюгу комутувального транзистора і, одночасно, елемента гальванічної розв'язки між вхідною і вихідною напругою перетворювача Так, у відкритому стані комутувального транзистора під дією імпульсу комутатора зворотного ходу підключена до джерела енергії, до конденсатора фільтра, і струм в ній лінійно наростає При цьому полярність напруги на всіх обмотках протилежну і енергія, запасена в його магнітному полі, переходить у вихідні фільтри, що згладжують, у вторинних обмотках трансформатора При цьому необхідно при виготовленні трансформатора забезпечувати, щоб електромагнітний зв'язок між його вторинними обмотками була б максимально можливою У цьому випадку напруги на всіх обмотках будуть мати однакову форму миттєві значення напруги пропорційні числу витків відповідної обмотки Таким чином, трансформатор зворотного ходу працює як лінійний дросель, а інтервали накопичення електромагнітної енергії в ньому і передачі накопиченої енергії в навантаження рознесені в часі

Для виготовлення трансформаторів зворотного ходу найкраще застосовувати броньові феритові магнітопроводи (із зазором у центральному стрижні), що забезпечують лінійне намагнічування.

Основні процедури проектування трансформаторів для перетворювачів зворотного ходу полягають у виборі матеріалу та форми осердя, визначенні пікового значення індукції, визначенні розмірів сердечника, обчисленні величини немагнітного зазору та визначенні числа витків та розрахунку обмоток При цьому всі необхідні значення параметрів елементів схеми перетворювача, такі як

індуктивність первинної обмотки трансформатора, піковий та середньоквадратичний струми та коефіцієнт трансформації повинні бути визначені до початку процедури розрахунку.

Вибір матеріалу та форми сердечника

Як матеріал для осердя трансформатора зворотного ходу найбільш часто використовується ферит Порошкові молібден-пермалоєві тороїдальні сердечники мають більш високі втрати, але вони також часто використовуються на частотах нижче 100 кГц, коли розмах коливань магнітного потоку невеликий - в дроселях і трансформаторах зворотного ходу, що використовуються в режим безперервного струму. Порошкові залізні осердя іноді використовуються, але вони мають або занадто низьке значення магнітної проникності, або занадто великі втрати для практичного використання імпульсних джерел живлення на частотах понад 20 кГц.

Високі значення магнітних проникностей (3 ТОВ... 100 ТОВ) основних магнітних матеріалів не дозволяють запасати в них багато енергії. Ця властивість є прийнятною для трансформатора, але не для котушки індуктивності. Велика кількість енергії, яка має бути запасена в дроселі або трансформаторі зворотного ходу, фактично зосереджується в повітряному зазорі, який розриває шлях магнітних силових ліній усередині осердя з великою магнітною проникністю. У молібден-пермалоєвих та порошкових залізних сердечниках енергія накопичується в немагнітній сполучній речовині, що утримує магнітні частинки разом. Цей розподілений зазор не може бути виміряний або визначений безпосередньо, натомість наводиться еквівалентна магнітна проникність для всього сердечника з урахуванням немагнітного матеріалу.

Визначення пікового значення індукції

Значення індуктивності і струму, що обчислюються нижче, відносяться до первинної обмотки трансформатора. Єдина обмотка звичайної котушки індуктивності (дросселя) також називатимемо первинною обмоткою. Необхідна величина індуктивності L та пікове значення струму короткого замикання через котушку індуктивності 1кз визначається схемою застосування. Розмір обидві ці величини визначають максимальне значення енергії, яку котушка індуктивності повинна запасати (у зазорі) без насичення сердечника і з прийнятними втратами в магнітопроводі та проводах.

Далі необхідно визначити максимальне пікове значення індукції Втах, яке відповідає піковому струму 1кз. Щоб мінімізувати розмір зазору, необхідний для накопичення необхідної енергії, котушка індуктивності повинна використовуватися якнайбільше в режимі максимальної індукції. Це дозволяє мінімізувати кількість витків в обмотках, втрати на вихрові струми, а також розмір та вартість котушки індуктивності.

Насправді значення Втах обмежується або насиченням сердечника Bs, або втратами в магнитопроводе. Втрати у феритовому сердечнику пропорційні, як частоті, і повному розмаху зміни індукції ДВ протягом кожного циклу перемикання (комутації), зведеному ступінь 2,4.

У стабілізаторах, що працюють в режимі безперервного струму (дроселі в понижувальних стабілізаторах і трансформатори в зворотноходових схемах), втрати в осерді котушки індуктивності на частотах нижче 500 кГц зазвичай незначні, так як відхилення магнітної індукції від постійного робочого рівня незначні. бути майже рівним значенню індукції насичення з невеликим запасом. Значення індукції насичення більшості потужних феритів для сильних полів типу 2500Н1/1С вище 0,3 Тл, тому значення максимальної індукції може бути обрано рівним 0,28 ..0,3 Тл.

Описано принципову схему саморобного імпульсного блоку живлення з вихідною напругою +14В і струмом, достатнім для живлення шуруповерта.

Шуруповерт, або акумуляторний дриль дуже зручний інструмент, але є і істотний недолік, при активному використанні акумулятор розряджається дуже швидко, - за кілька десятків хвилин, а на зарядку потрібно годинник.

Не рятує навіть запасного акумулятора. Хорошим виходом із положення при проведенні робіт у приміщенні з робочою електромережею 220V було б зовнішнє джерело живлення шуруповерта від мережі, яке можна було б використовувати замість акумулятора.

Але, на жаль, промислово не випускаються спеціалізовані джерела для живлення шуруповертів від електромережі (тільки зарядні пристрої для акумуляторів, які неможливо використовувати як джерело мережі через недостатній вихідний струм, а лише як зарядний пристрій).

У літературі та інтернеті зустрічаються пропозиції як джерело живлення для шуруповерта з номінальною напругою 13V використовувати автомобільні зарядні пристрої на основі силового трансформатора, а також блоки живлення від персональних комп'ютерів та галогенних освітлювальних ламп.

Все це, можливо, непогані варіанти, але не претендуючи на оригінальність, я пропоную зробити спеціальний блок живлення самостійно. Тим більше, на основі схеми, що наводиться мною, можна зробити і блок живлення іншого призначення.

Принципова схема

Схема частково запозичена з Л.1, вірніше, сама ідея зробити нестабілізоване імпульсне джерело живлення за схемою блокінг-генератора на основі трансформатора блоку живлення телевізора.

Мал. 1. Схема простого імпульсного джерела живлення для шуруповерта, виконана на транзисторі КТ872.

Напруга від мережі надходить на міст на діодах VD1-VD4. На конденсаторі С1 виділяється постійна напруга близько 300V. Цією напругою живиться генератор імпульсний на транзисторі VТ1 з трансформатором Т1 на виході.

Схема на VТ1 – типовий блокінг-генератор. У колекторному ланцюзі транзистора включена первинна обмотка трансформатора Т1 (1-19). На неї надходить напруга 300V з виходу випрямляча на діодах VD1-VD4.

Для запуску блокінг-генератора та забезпечення його стабільної роботи на базу транзистора VТ1 надходить напруга усунення ланцюга R1-R2-R3-VD6. Позитивний зворотний зв'язок, необхідний для роботи блокінг-генератора, забезпечується однією з вторинних котушок імпульсного трансформатора Т1 (7-11).

Змінна напруга з неї через конденсатор С4 надходить у базовий ланцюг транзистора. Діоди VD6 і VD9 служать на формування імпульсів з урахуванням транзистора.

Діод VD5 разом із ланцюгом C3-R6 обмежує викиди позитивної напруги на колекторі транзистора величиною напруги живлення. Діод VD8 разом із ланцюгом R5-R4-C2 обмежує викиди негативної напруги на колекторі транзистора VT1. Вторинна напруга 14V (на холостому ходу 15V, під повним навантаженням 11V) береться з обмотки 14-18.

Випрямляється діодом VD7 та згладжується конденсатором С5. Режим роботи виставляється підстроювальним резистором R3. Його регулюванням можна не тільки досягти впевненої роботи блоку живлення, але в деяких межах відрегулювати вихідну напругу.

Деталі та конструкція

Транзистор VT1 має бути встановлений на радіатор. Можна використовувати радіатор від блока живлення МП-403 чи будь-який інший аналогічний.

Імпульсний трансформатор Т1 – готовий ТПІ-8-1 від модуля живлення МП-403 кольорового вітчизняного телевізора типу 3-УСЦТ або 4-УСЦТ. Ці телевізори деякий час тому йшли на розбирання або взагалі викидалися. Та й трансформатори ТПІ-8-1 у продажу є.

На схемі номера висновків обмоток трансформатора показані відповідно до маркування на ньому і на принциповій схемі модуля живлення МП-403.

У трансформатора ТПІ-8-1 є інші вторинні обмотки, так що можна отримати ще 14V використовуючи обмотку 16-20 (або 28V включивши послідовно 16-20 і 14-18), 18V з обмотки 12-8, 29V з обмотки 12- 10 та 125V з обмотки 12-6.

Таким чином, можна отримати джерело живлення для живлення будь-якого електронного пристрою, наприклад, УНЧ з попереднім каскадом.

На другому малюнку показано, як можна зробити випрямлячі на вторинних обмотках трансформатора ТПІ-8-1. Ці обмотки можна використовувати для окремих випрямлячів або включати їх послідовно для більшої напруги. Крім того, в деяких межах можна регулювати вторинні напруги, змінюючи число витків первинної обмотки 1-19, використовуючи для цього її відводи.

Мал. 2. Схема випрямлячів на вторинних обмотках трансформатора ТПІ-8-1.

Втім, цим справа й обмежується, бо перемотувати трансформатор ТПІ-8-1 – досить невдячна робота. Його осердя щільно склеєно, і при спробі його розділити ламається зовсім не там, де чекаєш.

Так що взагалі будь-яку напругу від цього блоку отримати не вийде, хіба що за допомогою вторинного стабілізатора, що знижує.

Діод КД202 можна замінити будь-яким більш сучасним випрямляючим діодом на прямий струм не нижче 10А. Як радіатор для транзистора VT1 можна використовувати наявний на платі модуля МП-403 радіатор ключового транзистора, трохи переробивши його.

Щеглов Ст Н. РК-02-18.

Література:

1. Компаненко Л. – Простий імпульсний перетворювач напруги для БП телевізора. Р-2008-03.