При проектировании трансформатора для любого преобразователя энергии приходится идти на несколько компромиссов. Нужно найти компромисс между размерами сердечника и числом витков первичной обмотки и плотностью магнитного потока. Другим компромиссом является количество витков и соответствующие потери, обусловленные сопротивлением обмотки. Решив эти вопросы, вы обычно приходите к хорошему компромиссу – выбору числа витков первичной и вторичной обмоток. Однако если преобразователь имеет более одного выхода, вы сталкиваетесь с новым набором компромиссов. У преобразователей большой мощности с низким выходным напряжением число витков вторичной обмотки часто бывает очень небольшим. В прямоходовом преобразователе вторичная обмотка 3.3 В обычно имеет один виток. Такая одновитковая конфигурация идеальна для снижения сопротивления обмотки и связанных с этим потерь мощности.
Для рассматриваемой конструкции среднее выходное напряжение составляет 3.3 В на виток. Это значит, что если нужен еще один выход преобразователя, его напряжение будет кратно 3.3 В. Для преобразователей энергии с несколькими выходами соотношения между выходными напряжениями часто не являются целыми числами (проблема, известная как «гранулярность витков»). В рассматриваемом примере, если напряжение основного выхода равно 3.3 В, а требуемое напряжение вспомогательного выхода равно 5 В, два витка вторичной обмотки дают 6.6 В, то есть, ошибка составляет 32%. Линейный регулятор может снизить напряжение 6.6 до 5 В, но ценой потери энергии. На Рисунке 1 показан подход к решению проблемы гранулярности, если к стабилизации не предъявляется особо жестких требований (от 5 до 15%).
 |
|
| Рисунок 1. | Дельта-трансформатор устраняет проблему гранулярности отношения числа витков. |
T1 – это обычный прямоходовой трансформатор. Каждая вторичная обмотка имеет по одному витку. Контур обратной связи стабилизирует напряжение основного выхода VOUT1 на уровне 3.3 В. Цель состоит в том, чтобы напряжение VOUT2 на вспомогательном выходе равнялось 5.5 В. Однако при единственном витке вторичной обмотки напряжение на этом выходе также будет равно 3.3 В. Следовательно, нужен простой способ увеличения этого напряжения. Для этого к вторичным обмоткам можно добавить еще один трансформатор T2, называемый дельта-трансформатором (Рисунок 1). Первичная обмотка дельта-трансформатора параллельна обмотке VOUT1, а вторичная включена последовательно с обмоткой VOUT2. Такое подключение добавляет долю основного выходного напряжения VOUT1 к напряжению вспомогательного выхода VOUT2. (Величина этой доли определяется соотношением витков). Предположим, что в приведенном выше примере основной трансформатор работает с коэффициентом заполнения 50%, и что прямое падение напряжения на выпрямителях составляет 0.6 В. Тогда выражение, связывающее VOUT1 и напряжение вторичной обмотки трансформатора VT1 во включенном состоянии, будет выглядеть следующим образом:
3.3 = (VT1 – 0.6)(0.5) – (0.6)(0.5).
Таким образом, VT1 = 7.8 В.
Теперь нужно найти желаемое общее напряжение VT2 ведомого выхода VOUT2, используя аналогичное соотношение:
5 = (VT2 – 0.6)(0.5) – (0.6)(0.5).
Откуда VT2 = 11.2 В. VT2 – это сумма напряжения вторичной обмотки основного трансформатора и напряжения вторичной обмотки дельта-трансформатора. Желаемое вторичное напряжение дельта-трансформатора составляет 11.2 – 7.8 = 3.4 В. Поскольку напряжение первичной обмотки дельта-трансформатора также равно 7.8 В, отношение витков дельта-трансформатора должно быть 7.8/3.4 = 2.3. В данном примере для дельта-трансформатора можно использовать 10 и 23 итка.
Вторичная обмотка основного трансформатора выдает ток только во время его включенного состояния, и на активном сопротивлении вторичной обмотки падает некоторое напряжение. Следовательно, произведение напряжения на время для вторичной обмотки основного трансформатора не равно в точности нулю, что является необходимым условием для сброса энергии первичной обмотки дельта-трансформатора. Таким образом, первичную обмотку дельта-трансформатора следует сделать резистивной, чтобы добавить небольшое прямое падение напряжения, или использовать сердечник с небольшим зазором. Этот подход можно использовать во всех понижающих регуляторах для точной настройки напряжения вспомогательного выхода.
Купить MC33023 на РадиоЛоцман.Цены
