Трансформаторные блоки с балластным конденсатором

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Блоки питания

 Комментарии к статье

Блоки питания с балластным конденсатором и разделительным трансформатором завоевали популярность у радиолюбителей благодаря малым габаритам и тем, что они гальванически не связаны с сетью. Однако при разработке таких устройств необходимо учитывать ряд факторов, чтобы исключить аварийные ситуации, в результате которых могут выйти из строя не только источник питания, но и нагрузка. Автор статьи, обобщив опыт создания подобных устройств, рекомендует, на что следует обратить внимание при их конструировании и налаживании.

В радиолюбительской практике широкое применение нашли источники с балластным конденсатором и разделительным трансформатором [1-6]. Подобное решение позволяет конструировать малогабаритные блоки питания. Рассмотрим некоторые вопросы проектирования таких устройств на примере маломощного источника питания, описанного в [1] (см. рисунок).

Трансформатор Т1 выполняет функцию разделительного. Он работает при малом входном и выходном напряжении. Его конструкция весьма проста. Конденсатор С1 - балластный, а резистор R2 ограничивает импульс тока при включении. Напряжение на первичной обмотке трансформатора ограничивают стабилитроны VD1 и VD2.

В колебательном контуре, состоящем из конденсатора С1, индуктивности первичной обмотки трансформатора L и приведенного к первичной обмотке сопротивления нагрузки RH возможен резонанс, который может привести к выходу из строя источника питания.

Допустим, что в нагруженном источнике на первичной обмотке напряжение равно 20 В (типичный случай). Это означает, что приведенное к первичной обмотке сопротивление нагрузки RH примерно в 10 раз меньше емкостного сопротивления |XC1| конденсатора С1 и образует с ним делитель напряжения 10:1 (приближенно), т.е. |XC1|=10RH.

При правильно рассчитанном трансформаторе индуктивное сопротивление первичной обмотки |XL| должно примерно в 10 раз превышать приведенное к первичной обмотке сопротивление нагрузки RH, поэтому добротность упомянутого контура крайне низка, никакого резонанса быть не может.

Совершенно иная ситуация возникает при отключенной нагрузке (на холостом ходу). Если выполняются указанные выше соотношения |ХC1|=10RH и |XL|=10RH, то |XC1|=|XL| и возникает резонанс. Если на вход вместо сетевого подать напряжение 1...2 В, то на первичной обмотке ненагруженного трансформатора оно за счет резонанса увеличится в 10 и более раз добротность получившегося контура достаточно большая, однако при подаче сетевого напряжения такого подъема не будет. С увеличением напряжения на обмотке сверх номинального (20 В) магнитопровод трансформатора входит в насыщение, его индуктивность уменьшается и контур перестает быть настроенным в резонанс.

Однако, если трансформатор выполнен с хорошим запасом по допустимому входному напряжению, подъем может быть весьма значительным. Это вызовет увеличение напряжения на конденсаторе С1 по сравнению с работой в номинальном режиме, и если конденсатор выбран без запаса - может произойти пробой. Возможны и другие не менее тяжелые последствия.

Поэтому, как и для бестрансформаторного источника питания с балластным конденсатором, недопустима работа без номинальной нагрузки. Обычное решение - подключение стабилитрона к выходу источника или двух встречно-последовательно соединенных стабилитронов (или одного симметричного) к первичной обмотке (см. рисунок).

Так задача решается для относительно маломощных блоков питания. Для аналогичных мощных устройств (очень простыми получаются зарядные устройства для автомобильных аккумуляторных батарей [2-4]) такими мерами не обойтись. Здесь можно подключить параллельно первичной или вторичной обмотке аналог симметричного динистора [7, рис.5,а] или обеспечить релейную защиту от режима холостого хода [3].

Особое внимание необходимо уделить выбору балластного конденсатора по номинальному напряжению. Это наибольшее напряжение между обкладками конденсатора, при котором он способен надежно и длительно работать. Для большинства типов регламентируется номинальное напряжение постоянного тока. Допустимое напряжение переменного тока всегда меньше номинального, за исключением металлобумажных конденсаторов МБГЧ, К42-19, полипропиленовых К78-4 и полиэтилентерефталатных К73-17 на номинальное напряжение до 250 В включительно, у которых эти параметры равны. Поэтому при выборе типа и номинального напряжения необходимо воспользоваться справочником по электрическим конденсаторам и помнить, что расчет проводят для амплитудного значения переменного напряжения.

В момент подключения (или отключения) блока питания к сети в его цепях происходит переходный процесс, который через некоторое время сменяется установившимся режимом. Не вдаваясь в теоретические основы переходных процессов, отметим два закона коммутации:

1. Ток в дросселе (приборе с индуктивным сопротивлением) не может изменяться скачком, или, иначе, ток после коммутации имеет то же значение, которое он имел в момент, непосредственно предшествующий коммутации.

2. Напряжение на конденсаторе не может изменяться скачком, или, иначе, напряжение после коммутации имеет то же значение, что и непосредственно до коммутации.

При подключении блока питания к сети конденсатор еще не заряжен и падение напряжения на нем равно нулю. Ток в индуктивности не может возникнуть мгновенно, поэтому напряжение на резисторе равно нулю и сетевое напряжение полностью приложено к первичной обмотке трансформатора, которая рассчитана на существенно меньшее значение. Именно при включении возникает высокая опасность межвиткового пробоя и исчезает преимущество в простоте исполнения трансформатора с намоткой "внавал", чем он и заслужил широкую популярность у радиолюбителей. Особенно опасно подключение блока питания к сети, в которой в этот момент действует амплитудное или близкое к нему напряжение.

Актуальное значение приобретает задача ограничения напряжения на первичной обмотке в момент подключения. Токоограничительный резистор не спасает в такой ситуации.

Это заставляет искать иное решение, позволяющее предупредить возможность межвиткового пробоя в трансформаторе и защитить элементы блока питания от повышенного в десятки раз напряжения.

Ограничитель напряжения на двух встречно-последовательно включенных параллельно первичной обмотке стабилитронах(см.рисунок) позволяет решить и эту задачу. Для каждого полупериода ограничитель работает как параметрический стабилизатор напряжения на первичной обмотке трансформатора. Балластную функцию выполняет при этом в основном токоограничительный резистор R2. Резистор должен быть рассчитан на кратковременный ток перегрузки, а стабилитроны, как правило, обеспечивают его.

Если в номинальном режиме стабилитроны открываются и работают как стабилизаторы, может возникнуть разность амплитуд импульсов выпрямленного тока положительной и отрицательной полуволн. Такой эффект объясняется тем, что положительные полуволны стабилизирует один стабилитрон, а отрицательные - другой. Известно, что напряжение стабилизации двух экземпляров стабилитронов даже одной партии может значительно различаться. Это порождает дополнительную составляющую пульсаций частоты 50 Гц, которую труднее подавить сглаживающим фильтром, чем 100 Гц.

Для уменьшения дополнительной составляющей пульсации, возникающей из-за различия напряжения стабилизации, можно рекомендовать вместо встречно-последовательного соединения двух стабилитронов включить один стабилитрон в диагональ диодного моста параллельно первичной обмотке. Это позволит сохранить надежность блока питания.

Если не предъявляются повышенные требования к стабильности выходного напряжения, можно рекомендовать подборку стабилитронов с минимальным напряжением стабилизации на 1...3 В больше максимального амплитудного напряжения на первичной обмотке в установившемся режиме. Параметрический стабилизатор в этом случае будет выполнять функции только ограничителя напряжения в момент включения и на холостом ходу. А после выхода блока питания на установившийся режим он автоматически отключается, значительно повышая экономичность блока.

Литература

1. Пожаринский Л. Маломощный блок питания. - Радио, 1978, # 5, с. 56.
2. Кутергин Г. Простое зарядное устройство. - Радио,1978,# 5,с.27.
3. Долин Е. Вариант зарядного устройства. - Радио,1983,# 5,с.58.
4. Бирюков С. Простое зарядное устройство. - Радио,1997,# 3,с.50.
5. Бирюков С. Расчет сетевого источника питания с гасящим конденсатором. - Радио, 1997,# 5,с.48-50.
6. Прокопцев Ю. Еще об источниках питания с гасящим конденсатором. - Радио, 1998,# 12,0.46.
7. Алексеев С. Симметричные динисторы - в источниках питания. - Радио, 1998, # 10,с.70,71.

Автор: Б.Садовсков, г.Челябинск

Смотрите другие статьи раздела Блоки питания.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Магнитные монополи в среде холодного квантового газа 09.08.2018 Известно, что магниты, имеющие форму шара, прямоугольника или подковы, всегда имеют по два магнитных полюса. И если разделить магнит на две части, вы получите два новых магнита с двумя полюсами. Однако, согласно некоторым физическим теориям, на свете могут существовать однополюсные магнитные образования, подобные электрическим зарядам, которые бывают или положительными, или отрицательными. Одно из таких магнитных образований, монополь Янга, может существовать с точки зрения физики высоких энергий, но никому из ученых еще не доводилось вживую "увидеть" этот монополь даже в лабораторных условиях. Группе физиков из Объединенного квантового института (Joint Quantum Institute, JQI) удалось впервые создать аналог монополя Янга на основе квантового газа из сверхохлажденных атомов рубидия. И это достижение можно будет использовать в будущем для более глубокого проникновения в суть уже известных областей физики и новых областей, которые еще не охвачены человеческой наукой. Для того, чтобы обнаружить монополи Янга, существующие в квантовом газе, ученые, при помощи радиоволн и микроволновых лучей выровняли особым образом все спины атомов квантового газа. Периодически повторяя комбинации из четырех различных ориентаций вращения атомов, исследователи заставили двигаться эти атомы в пространстве-времени, при этом, каждый атом через время возвращался в исходную точку. Когда каждый атом заканчивал полный круг, ученые измеряли его спин и сравнивали с его изначальным спином. Было обнаружено, что спин атома не соответствовал изначальному, а небольшие различия, согласно предположениям, могли возникнуть из-за того, что атомы двигались в искривленном пространственно-временном континууме. Рассчитав параметры искривления континуума, ученые определили, что они в точности соответствуют искривлениям, создаваемым, с точки зрения теории, монополем Янга. Для того, чтобы проверить то, что искривления континуума вызваны действительно присутствием монополя Янга, исследователи заставляли атомы двигаться различными путями, даже теми, которые должны огибать область создаваемых искривлений и искажений. Двигавшиеся по этому пути атомы, вернувшись в исходную точку, имели такой же спин, как и в самом начале, что указывало на то, что им удалось избежать воздействия монополя. Используя описанный выше подход и направляя атомы разными путями, исследователи определили, что монополь Янга является топологическим явлением, т.е. он имеет определенные размеры и форму. А в своих дальнейших исследованиях ученые будут выяснять, каким образом можно будет заставить монополи Янга работать на благо человечества в самых различных квантовых технологиях.

Другие интересные новости:

▪ Беззеркальный фотоаппарат Canon EOS M10

▪ Датчик нелегалов

▪ Луч притягивает предметы

▪ Новый материал десятилетиями накапливает и сохраняет солнечную энергию

▪ Верблюжье молоко станет лекарством

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Телефония. Подборка статей

▪ статья Общество готовит преступление, преступник совершает его. Крылатое выражение

▪ статья Как маркировали размеры контейнеров для мочеиспускания, используемых астронавтами? Подробный ответ

▪ статья Выпускающий оператор эфира. Должностная инструкция

▪ статья Прозрачная желатиновая масса. Простые рецепты и советы

▪ статья Нормы испытаний электрооборудования и аппаратов электроустановок потребителей. Электромагнитные трансформаторы напряжения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026