Wie dimensioniert man einen Netzteiltransformator?

9

Ich zögere immer, wenn ich einen Transformator für eine Gleichstromversorgung dimensioniere, und ich denke, ich überdimensioniere sie manchmal. Meine Verwirrung ergibt sich aus dem Unterschied zwischen Transformator und Gleichspannung.
Wenn ich 10V DC @ 1A benötige, reicht ein 10VA Transformator? Mein Bauchgefühl sagt, ich brauche mehr, also benutze ich einen größeren Transformator, aber wie viel größer muss er sein?

Federico Russo
quelle

Antworten:

17

Erstens reichen 10 VA nicht aus, wenn Sie letztendlich 10 V DC bei 1 A Ausgang wünschen. Theoretisch kann der Transformator 10 W abgeben, jedoch nur bei einem Leistungsfaktor von 1. Wenn Sie mit diesem Transformator nur einen Widerstand heizen müssten, wäre seine Spezifikation nur am Rande. Für alles andere ist es nicht genug. Dann wird jeder gute Ingenieur sowieso einen gewissen Spielraum hinzufügen.

Zweitens reichen 15VA oder 20VA nicht aus, um zu wissen, dass der Transformator das kann, was Sie wollen. Sie benötigen einen bestimmten Spannungsausgang, der 10 W liefern muss, nicht irgendeine Kombination aus Spannung und Strom, die 10 W ergibt.

Da Sie anscheinend nach einem Stromleitungstransformator fragen, möchten Sie vermutlich nur eine Vollwellenbrücke, eine Kappe und möglicherweise einen Linearregler am Ausgang anbringen. Die Spitzen der Wechselstromwellenform nach der Vollwellenbrücke müssen einige Volt über der Zielausgangsspannung liegen. Dies gibt Raum für ein Herabhängen bei hoher Last und für den Linearregler, um seine Arbeit zu erledigen. Stellen Sie fest, dass die Vollwellenbrücke unter der vollen 1A-Last um 1,5 Volt und für den Linearregler möglicherweise um 2 V abfällt. Allein hieraus müssen die Wechselstrompeaks mindestens 10 V + 1,5 V + 2 V = 13,5 V betragen. Die Berücksichtigung von Statik unter hoher Last ist schwieriger. Theoretisch steht die Ausgangsspannung des Transformators unter Volllast, ist jedoch häufig nicht für den ungünstigsten Netzspannungseingang spezifiziert. Hier müssen Sie das Transformator-Datenblatt sorgfältig durchsehen. Dann tritt zwischen den Spitzen ein Spannungsabfall auf, wenn der Strom nicht direkt vom Transformator, sondern von der Speicherkappe bezogen wird. Bisher benötigen wir mindestens 13,5 V / sqrt (2) = 9,5 V AC-Sinus, bevor wir den Abfall aufgrund der niedrigen Netzspannung und den Abfall zwischen den Leitungszyklen berücksichtigen. Es hört sich so an, als wäre ein 12-V-Transformator wahrscheinlich das Minimum, vorausgesetzt, die Speicherkappe ist angemessen groß.

Bei einer Netzfrequenz von 60 Hz wird die Speicherkappe mit einer Frequenz von 120 Hz oder alle 8,3 ms aufgeladen. Angenommen, wir haben einen 2-V-Abfall bei vollem Ausgangsstrom von 1A eingeplant. Dies bedeutet, dass die minimale Speicherkappe 1A * 8,3 ms / 2 V = 4,2 mF beträgt. Das ist ziemlich viel, aber machbar. Sie können damit beginnen oder mit einer höheren Spannung beginnen, um mehr Abfall zu ermöglichen, was eine kleinere Kappe ermöglichen würde.

Um eine konkrete Empfehlung abzugeben, wird so etwas wie ein 12-V-1,5-A-Transformator wahrscheinlich mit einer ausreichend großen Speicherkappe funktionieren. Beachten Sie, dass diese Art der Stromversorgung eher ineffizient ist. Die Vollwellenbrücke allein verbraucht etwa 1,5 W und der Linearregler mehr.

Die oben genannten Kompromisse sind gute Gründe, warum Sie keine direkten Stromleitungstransformatoren mit "dummem" Gleichrichter und Linearregler mehr sehen. Selbst in Nordamerika beträgt die Stromleitung nur 60 Hz, sodass der Transformator groß, schwer, teuer und das Ergebnis eher ineffizient ist. Heutzutage wird die Vollwellenbrücke direkt an die Wechselstromleitung angeschlossen und dann bei hoher Frequenz durch einen viel kleineren Transformator geschnitten, um die niedrige Spannung auf der isolierten Seite zu erzeugen. Durch Opto-Feedback zum Chopper kann die endgültige Ausgangsspannung geregelt werden. Dies ist viel effizienter und kann einen kleineren, billigeren, leichteren und effizienteren Transformator verwenden, da dieser mit 100 kHz betrieben wird. Dies ist genau das, was Schaltnetzteile vom Typ Wandwarze tun.

Olin Lathrop
quelle
Ich liebe deine langen detaillierten Antworten. Ich wünschte, ich könnte sie während der Arbeit in Stücken abteilen. Wenn Sie ein paar Überschriften für verschiedene Abschnitte hatten, kann jeder Leser sofort das bekommen, was er benötigt, und es ist ein großartiger Platzhalter für diejenigen von uns, die jeweils 20 bis 30 Sekunden Zeit haben, um die Site zu durchsuchen. Vielleicht ein Abschnitt zur Entscheidung über die Dimensionierung, vielleicht ein anderer zur Erläuterung der Effizienzanforderungen Ihrer Verordnung. Vielleicht ein Abschnitt über Durchhang und die Bulk-Kondensatoren (Filterung). Vielleicht eine Zusammenfassung. Für diejenigen von uns, die die Lektionen wollen, die wir hätten lernen können, ohne sie zu lernen.
Kortuk
@Kortuk: Du hast das schon mal erwähnt. Obwohl ich Ihr Recht auf Ihre eigene Meinung respektiere, bin ich anderer Meinung. Dieser Beitrag besteht nur aus 6 Absätzen und nimmt nur 2/3 meines Bildschirms vertikal ein. Ich glaube, Überschriften und zusätzliche Formatierungen würden in einem Post dieser kurzen Größe durcheinander bringen und ablenken. Ich werde versuchen, dies zu berücksichtigen, wenn ich längere Beiträge schreibe.
Olin Lathrop
@Kortuk, @Olin - Ich stimme Olin zu. Außerdem nimmt er sich immer die Mühe, detaillierte Antworten zu geben, die es wert sind, vollständig gelesen zu werden. Es sind alles nützliche Informationen. Ich versuche das gleiche zu tun. Es wäre ernsthaft demotivierend, wenn ich wüsste, dass die Leute zu faul sind, um sie zu lesen.
Stevenvh
@stevenvh (und auf olins Antwort sollte es ihn motivieren), Es gibt keine einfache Möglichkeit, dies zu bewerten. In der Vergangenheit habe ich einige Tests durchgeführt. Ich würde eine Antwort schreiben, genau wie bei Olin. Ich würde ein paar positive Stimmen bekommen. Ich würde in Abschnittsüberschriften bearbeiten, plötzlich bekommst du weitere 8 oder 9. Ich könnte dies mit einer ziemlich langen Verzögerung tun und es schien immer noch zu funktionieren. Wie ich selbst sagen wollte, arbeite ich in einer Umgebung, in der ich ständig einen Moment Zeit habe, etwas zu tun, aber fast sofort aufhören muss. Es ist kaum genug Zeit, einen Absatz 2 zu lesen, mit Abschnittsüberschriften, die ich gehen kann von Überschrift zu Überschrift.
Kortuk
1

Es ist immer eine gute Praxis, die zu kaufen und zu verwenden, die doppelt so hoch ist wie Ihre Anforderungen.

Zum Beispiel benötigen Sie einen Transformator mit einer Nennspannung von 10 V und 1 A, und Ihre Anwendung oder Ausrüstung verbraucht 1 A Strom, aber das Maximum, das der Transformator bietet. Jetzt erwärmt sich der Transformator erwärmt, wenn er gesättigt wird und mehr Wärme abpumpt, wodurch der Wirkungsgrad des Transformators verringert wird. Kaufen Sie also immer die doppelte Bewertung.

Und noch etwas: Ich weiß nicht, an welchem ​​Ort Sie leben. An meinem Heimatort sind India Transformers verfügbar, wenn die Nennwerte 10 V, 500 mA, 10 V, 1 A, 10 V, 2 A wie dargestellt sind Dies

Nicht in der VA-Bewertung, wenn nur die VA-Bewertung als hart bezeichnet wird, können 20 VA '10 V 2 A 'oder '20 V 1 A' zusammen mit VA wiedergeben, wenn die Spannung ebenfalls als gut bezeichnet wird.

Dann sind gemäß Ihrer Anforderung 10 V, 20 VA in Ordnung.

Hoffe das hilft.

Fliphit
quelle
Eine andere Sache, die berücksichtigt werden sollte, ist die Effizienz der Stromversorgung. Abhängig vom Gleichrichtungs- und Regelungssystem kann dies erhebliche Auswirkungen auf das Versorgungsdesign haben. Die Empfehlung des Pavan, die doppelte Menge zu verwenden, mag zunächst übertrieben erscheinen. Wenn Sie jedoch beispielsweise 10 V 1 A Gleichstrom am Ausgang benötigen und dafür die einfachste Schaltung verwenden (z. B. KA7810-Regler und KBL406-Gleichrichter), benötigen Sie mehr als zwei Volt für den Regler, zweimal 1,1 V für den Gleichrichter, wodurch der Betrag für einen stabilen Betrieb auf das absolute Minimum von 14,2 V gebracht wird.
AndrejaKo
Wenn Netzspannungsabfälle berücksichtigt werden, steigt dieser unter Last schnell auf 20 V und bringt uns auf den Wert von 20 VA.
AndrejaKo
Ein Filterkondensator nach dem Gleichrichter und vor dem Regler könnte jedoch dazu beitragen, den Spannungsregler zu erhöhen.
AndrejaKo
1
@Pavan - Alle Transformatoren, die ich jemals verwendet habe, wurden mit VA-Bewertung und Sekundärspannung (en) spezifiziert, gelegentlich auch mit Strom, aber nicht immer. Der Grund für die VA-Bewertung ist, dass sie die Größe bestimmt. Normalerweise beziehen sich alle 10VA-Typen eines Herstellers auf eine einzelne mechanische Zeichnung.
Stevenvh
@AndrejaKo: Ein Filterkondensator erhöht nicht nur die durchschnittliche Spannung am Gleichrichter, sondern es ist auch erforderlich, dass der Eingang zum Regler zumindest an den Nulldurchgängen des Leitungszyklus auf Null abfällt.
Olin Lathrop
0

Bei der Dimensionierung eines Transformators für eine Gleichstromlast muss der Wechselstrom des Transformators fast immer größer sein als der Gleichstrom, der der Last zugeführt wird, manchmal sogar erheblich. Wie viel größer ist, hängt von der Topologie des verwendeten Netzteils ab. Eine praktische Anleitung finden Sie hier.

Bitrex
quelle