Návrh zdroje - transformátor

V následujících článcích budu v průběhu asi dvou měsíců popisovat stavbu kvalitního a výkonného, symetrického, stabilizovaného, regulovatelného zdroje napětí s regulovatelnou proudovou pojistkou. Zdroj bude regulovatelný zvlášť pro každou větev co se týče jak napětí tak i proudové pojistky a to v rozsahu ±1,25V až ±20V a ±100mA až ±5A. Celkový výkon bude tedy 200VA. Zdroj jsem původně navrhoval pro napájení 70W zesilovače, ale když jsem zjistil, že transformátor stojí skoro 1000Kč, tak jsem se rozhodl postavit zdroj univerzálně pro použití i v dílně a tedy i kvalitněji..

Vstupní napětí	230 V AC
Max. vstupní proud	1,1 A
Max. příkon	250 VA
Min. ztrátový výkon	50 VA
Max. ztrátový výkon	237 VA
Max. výstupní výkon	200 VA
Min. výstupní napětí	±1,25 V
Max. výstupní napětí	±20 V
Max. výstupní proud	5 A
Min. proud omezení	100 mA
Max. proud omezení	5 A

Výpočet napětí transformátoru:
Na výstupu chceme mít ±20V. Minimální úbytek napětí na stabilizátoru v jedné větvi (LM317T, LM337T) je 2V, úbytek napětí na proudové pojistce 1,2V a úbytek napětí na diodách diodového můstku ( 2 x 0,9 )V = 1,8V. Proud teče v jedné větvi přes dvě diody, proto 2x 0,9V. Dále bychom měli počítat s úbytkem napětí na bočníku ampérmetru, ale ten je většinou zanedbatelný - záleží na citlivosti ampérmetru (čím citlivější, tím lepší).
Celkový úbytek napětí na jedné větvi bude tedy:

U_ztrata = ( 2 + 1,2 + 1,8 )V = 5 V

Na výstupu chceme napětí regulovat do ±20V, tedy na jedné větvi bude napětí 20V. K těmto 20V přičteme úbytek napětí na jedné větvi 5V a vyjde nám napětí, které by měl mít transformátor po usměrnění bez ztráty, tedy 25V. Dále musíme počítat s nedokonalým vyhlazením napětí usměrněného střídavého napětí kondenzátory. A musíme počítat tedy s minimálním napětím, které za usměrňovačem bude (viz graf).

Graf průběhu napětí za usměrňovačem (na kondenzátoru):


Napětí U_x by tedy v našem případě mělo být 25V. Požadované napětí U_max bude záležet na hodnotě filtračního kondenzátoru a bude asi o 2V vyšší než U_x (viz 2.díl).
U_max = U_x + 2 = 25 + 2 = 27V.

Teď přepočteme stejnosměrné napětí 27V na efektivní hodnotu střídavého napětí na sekundárním vinutí transformátoru:
U_ef = ( 27 / √2 )V AC = ( 27 / 1,414 )V AC = 19 V AC

S mírnou rezervou budeme tedy potřebovat transformátor 2 x 20 V AC (se sekundárním vinutím ±20V AC)

Výpočet výkonu transformátoru:
Úbytek napětí U_ztrata na jedné větvi vyšel 5V, na obou větvích bude tedy 10V. Ztrátový výkon bude tedy:

P_ztrata = 2 x U_ztrata x I_max = ( 2 x 5 x 5 )VA = 50VA

Požadovaný výstupní výkon je: P = 2 x U_max x I_max = ( 2 x 20 x 5 )VA = 200VA

Celkový výkon transformátoru: P_trafo = P + P_ztrata = ( 200 + 50 )VA = 250 VA

Výkon transformátoru, a tedy i celkový maximální příkon zdroje je 250 VA.

Transformátory 250 VA, ±20 V AC se normálně prodávají a to jak v provedení EI tak v toroidním provedení. Je v celku lhostejné pro jaké provedení transformátoru se rozhodnete, parametry jsou skoro totožné a cena také. Já jsem zakoupil toroidní transformátor 250 VA, ±20 V AC se zalývaným středem u firmy PS electronic za 900 Kč.

Pokračování příště...

obrázek/schéma ve formátu gif