Намотка трансформатора для импульсного источника питания

В процессе изготовления блока питания наткнулся на практически полное отсутствие информации о том как наматывать импульсный трансформатор: по часовой или против часовой стрелки, обмотки должны быть намотаны в одну сторону или в разные? В этой статье привожу свои умозаключения по этому поводу. Надеюсь представленная здесь информация будет полезна.

Так как это мой персональный блог, то позволю себе сделать лирическое отступление и рассказать о своих страданиях в данной области, несмотря на то, что один мой коллега как-то заметил: «Никого не интересует как ты сделал это. Главное — результат!».

Захотел я как-то собрать импульсный блок питания. Схему взял с радиокота. За схему автору спасибо!

Мотивировался простотой и подробностью описания схемы — вплоть до изображения намотки трансформатора. Однако как показала практика, и этого оказалось недостаточно…

К моему большому сожалению с первого раза схема не заработала должным образом — напряжение на выходе скакало от 3 до 5 вольт. После непродолжительных мучений взорвалась управляющая микросхема. Причем взорвалась буквально, отлетел кусок пластикового корпуса и были видны её «мозги». Эта неудача меня не огорчила, а наоборот прибавила решительности довести дело до ума. Купив новую микросхему и намотав, на всякий случай, новый трансформатор, я повторил эксперимент. В результате на выходе напряжение отсутствовало вовсе. После перепроверки схемы я обнаружил, что не правильно впаял оптопару. Заменив на всякий случай оптопару и впаяв её правильно я подал сетевое напряжение на вход… и снова пиротехнический эффект. Микросхема снова показала свои внутренности. От досады я сгреб все в ящик стола на несколько дней. Но идея сделать этот блок питания не покинула меня.

После длительных размышлений над смыслом бытия и о том в чем могла быть ошибка я пришел к выводу — что-то не так с трансформатором. Было решено избавиться от цепи BIAS (обозначена красным на схеме), чтобы еще упростить схему, а также понять как все-таки нужно наматывать трансформатор. В результате появились такие картинки (см. ниже).

Начнем с рассмотрения первичной обмотки трансформатора.

Для упрощения рассмотрим один виток первичной обмотки. Точкой обозначено начало обмотки. Обмотку мы наматываем против часовой стрелки (можно и по часовой стрелке, никто не запрещает, но в этом случае, как мы увидим далее, вторичную тоже нужно будет мотать по часовой стрелке). На схеме блока питания более положительный потенциал подключен к концу первичной обмотки (на рисунке обозначен как "+"), а более отрицательный потенциал к началу обмотки ("-" на схеме). Из курса средней или высшей школы (в моем случае высшей, т.к. физику я начал учить только в институте) мы помним, что движущиеся электрические заряды создают магнитное поле, причем направление линий индукции магнитного поля определяется правилом буравчика. Эти линии на рисунке изображены элипсами со стрелочками. Суммарное магнитное поле проходит как бы от наблюдателя, через плоскость монитора и выходит с обратной стороны. В школе нас учили обозначать вектор крестиком (Х), если мы смотрим на него сзади и точкой, если смотрим на него спереди. Таким образом обозначен суммарный вектор магнитной индукции В в центре одиночного витка.

С первичной обмоткой разобрались. А теперь, товарищи, взгляните на вторичную обмотку. Согласно правилу Ленца, в замкнутом контуре, помещенном во внешнее магнитное поле (в данном случае созданном первичной обмоткой) возникает ток, направление которого стремиться ослабить внешнее поле. Точнее внешнее поле ослабляет не сам ток, а магнитное поле, которое он создает. Это поле вторичной обмотки обозначено на рисунке маленькими элипсами. Как видно, его направление противоположно магнитному полю первичной обмотки. Это поле, согласно школьным правилам отмечено жирной точкой в центре витка. Для упрощения рисунка часть силовых линий магнитного поля В была удалена. А теперь вопрос: каким должно быть направление тока во вторичной оботке, чтобы создать магнитное поле такого направления?.. Правильно, ток должен идти от начала вторичной обмотке к ее концу, т.е. на начале обмотки у нас более положительный потенциал (+), а на конце — минус. Теперь смотрим на схему блока питания. Действительно, «плюс» выходного напряжения начинается с начала вторичной обмотки, а «минус» — с конца.

Желающие могут потренироваться в рисовании силовых линий магнитного поля. Лично я ими исписал несколько тетрадных листов:)

Из всего выше сказанного следует, что обе обмотки трансформатора следует мотать против часовой стрелки. Собственно автор схемы это и изобразил на рисунке. После подробного анализа мне стало ясно почему это так, а не иначе.

Ну и в качестве завершения истории… Разобравшись с этой кухней я заново спаял схему. На этот раз навесным монтажем и без цепи BIAS. Какова же была моя радость когда я у видел на дисплее мультиметра заветные 5.44В :) Думаю многим из нас знакомо это чувство.

Рассуждения представленные здесь ни в коем случае не претендуют на то чтобы быть единственно правильными. Возможно в чем-то они упрощены, но мне они показались весьма логичными, т.к. направление токов и магнитных полей полностью согласуются. А в качестве вознаграждения за проделанный труд я получил работоспособную схему. В будущем планирую повторить опыт с несколькими вторичными обмотками трансформатора. Всем спасибо за внимание!

P.S. В качестве дополнения представляю несколько полезных ссылок на которые я наткнулся в процессе исследования данной проблемы.
Намотка импульсного трансформатора
  • +2
  • 01 августа 2012, 01:30
  • NBS

Комментарии (61)

RSS свернуть / развернуть
ЕМНИП, вторичке фиолетово в каком направлении ты ее мотаешь если на выходе у тебя стоит выпрямитель. Второе, фиолетово в каком направлении ты мотаешь проводники — по или против часовой. При таких условия правильнее определить механические концы и правильно их по схеме подключить. Выкладки в ЭДС уже уместнее, если разные обмотки ты мотаешь в разные стороны, а от фазировки зависит работа схемы. В частности, автогенераторные ИИП (управляющие обмотки должны быть правильно фазированы).
0
Как мотать пофиг, главное в одну сторону. Надо их правильно фазировать, поэтому микросхема и взрывалась. Точками указано начало обмотки.
0
А можно было просто почитать аппнот AN18 от PI, где изготовление трансформатора достаточно подробно разжевано.
Наиболее важные моменты:
1) Фазировка обмоток. На схеме указывается точкой, обозначающей начало обмотки. Фазировка важна для однотактных источников (прямоходов и обратноходов), для обмоток обратной связи (в автогенерирующих силовых каскадах) и при синхронном выпрямлении (это, впрочем, редкость).
2) Связь обмоток. Для минимизации индуктивности рассеяния все обмотки должны равномерно занимать всю ширину бобины.
3) Порядок обмоток. Он влияет на связь и на экранирование, поэтому тут бывает несколько вариантов.
4) С точки зрения фазировки, начало и конец обмотки одно и то же, и можно поменять местами концы всех обмоток. Но с точки зрения помех разница есть, поэтому к ключу флайбэка желательно подключать именно реальное начало обмотки (т.е. тот конец, который глубже всего спрятан, тогда верхние слои первички будут его экранировать).
Ну и отдельная тема — изоляция обмоток. Она напрямую влияет на безопасность трансформатора.
0
  • avatar
  • Vga
  • 01 августа 2012, 08:33
Не представляю, как можно намотать провод толщиной с волос на кольце, внутренний диаметр которого меньше сантиметра? Да даже пусть будет сантиметр. Это же какой надо челнок и руки, чтобы этот провод не порвать?
0
Провод конечно потолще волоса, но мотать я задолбался знатно=) Несколько раз порвал провод, плюнул и отдал мотать маме))) 5 минут и 400 витков на этом чертовом кольце намотаны. Хз как у нее терпения хватает.


С линейкой для масштаба:
+1
некстати. а почему у тебя кольцо, где зазор то?
0
Транс для блокинг-генератора на питание счетчика Гейгера. 300+ витков 0.1 проводом, ну и две обмотки сверху толстым проводом от витухи.
0
ааа. я не обратил внимание на то что ты не автор поста )
0
челнок складываешь прямо из провода (сильно не переламывая, хотя изоляция тонкого провода как правило терпит даже завязывания в узел). а провод порвать можно только «затягивая» витки. чтоб не затягивать и при этом катушка не «взбивалась» капаешь на каждые 2-3 слегка подтянутых витка мааахонькую капельку цианакрилата
0
цианакрилат дает нехилую усадку при сушке и, в принципе, может потянуть за собой изоляцию провода. Я потому не рискнул так крепить провода. Свой перемотанный транс (пел очень) последний лачил акриловым лаком. Промотал первичку (первый слой виток к витку, второй с большим шагом), конец затянул парой витков нитки и дунул с обоих сторон пульверизатором с лаком. Чуть подсох, изоляция из тонкой ленты стеклоткани и опять дунул лаком. Сохнет, мотаем вторичку и задуваем лаком. Потом изоляция, но уже без лака. Транс не свистит вообще, да и греется меньше почему-то.
0
Мне в намотке не хило помог клей ПВА
0
почему греется меньше как раз понятно. а на счет усадки — потому и надо каплю совсем мелкую. и даже наверно не каплю, а просто тонкий слой для прилипания при намотке.
0
NBS про кольцо не говорил. Это у него, похоже, витки на сердечнике (распил).
А вот кольцо cruorvult похоже из другой песни.
0
Какая получилась окончательная схема (если можно, с номиналами деталей)?
0
  • avatar
  • mzw
  • 01 августа 2012, 10:59
Скачайте PI Expert Software Suite, которая для расчета бп на этих микросхемах. Там все расчеты и правила намотки трансов.
0
Например тут.
0
Ты уверен, что TinySwitch-II в нем еще поддерживается?

Алсо, не вижу смысла качать свежий PI Suite с рутрекера. Его и с офсайта утянуть можно. Вот была бы там подборка старых версий…
0
На офсайте регистрироваться надо. И там только последние версии, старых нет вроде.
TinySwitch-II поддерживается, специально проверил для TNY264.
0
И там только последние версии, старых нет вроде.
Вот именно, старые версии (с поддержкой TOPSwitch/TOPSwitch-II, например) фиг где найдешь.
TinySwitch-II поддерживается, специально проверил для TNY264.
Я удивлен. Видимо, его еще не успели заменить и снять с производства.
0
фиг где найдешь.
Нашел 6.5.2.4.
0
Ненамного она старше моей 7.0, тащемта.
0
Четвёртая ещё есть. Надо скачать, пока не удалили))
0
Уже скачал. Там еще пятая упоминалась, но без ссылки.
0
Пятую не нашёл. А там какие изменения были?
0
Понятия не имею, но с такой политикой разработчика хочется иметь полную антологию PI Suite)
0
Есть ещё вариант 7.1 с видеоуроками.
0
Схема получилась в точности как у автора. Конденсаторы С1, С2 по 10 мкФ, 400В (низкоимпендансные); С4 3.3 нФ, 2кВ; С6, С7 1000мкФ, 10В (низкоимпендансные). Индуктивности наматывал вручную. Количество витков считал в программе Coil32.
0
Насчет взрывов кстати: при отладке таких вещей ремонтеры традиционно включают их в сеть через лампу накаливания. В случае серьезного промаха всего лишь зажигается лампа, сигнализируя о серьезном промахе и сильно уменьшая шансы на пиротехнические эффекты, т.к. ток в цепи оказывается лимитирован этой самой лампой до безобидных величин.
0
Контроллеру сгореть лампа не очень-то мешает, к сожалению — я две TOP202 спалил несмотря на лампу.
А вот от пиротехники избавила, да. И еще транс защищает, что довольно ценно.
Правда, купить такой токоограничитель нужной мощности становится все сложнее.
0
Контроллеру сгореть лампа не очень-то мешает, к сожалению
Ну это уже зависит от того насколько и где промазать — понятно что не 100% панацея. Но безопаснее все-таки станет. Те кто ремонтирует сетевые БП по другому просто не включают неизвестных пациентов — умудрены горьким громким и вонючим опытом.
0
Я и сам пару раз обосравшись (второй раз попутно автомат вырубил) без лампы не включаю)
0
Если запуск происходит при полностью заряженном электролите, то хлопнуть может и через лампу. Бывало и такое…
0
А учитывая, что у всех контроллеров UVLO и стартуют они исключительно при заряженном…
Но мои топы тихо-мирно сдохли. У одного ключ (я впаял клампер не той стороной), у второго не пойми что, но перестал работать стартап-источник и закоротился стабилизатор собственного питания. Ни на одном из них источник работать не желал. На TOP224 стало получше — на холостом ходу заработало, под нагрузкой падает в защиту. Видимо, транс кривой сделал.
0
под нагрузкой падает в защиту
Такое и при неправильной фазировке бывает.
0
Фазировку я проверял вроде. К тому же, транс довольно фигово посчитан (на грани или даже чуть за ней, например индукция 0.216Тл при рекомендуемой для этого феррита программой Старичка 0.2) и сомнительно намотан. Кончилось тем, что я плюнул (по крайней мере временно — попробую сделать то же самое и на этом же сердечнике, но на более высокой частоте) и купил готовый питальник. Правда, он пока что еще едет, и мне хотелось девайс в несколько другом формфакторе, потому и хочу еще раз попробовать сделать.
0
А еще у меня получилась индуктивность обмотки процентов на 5 ниже требуемой, а она и так была на нижней грани для TOP202 (при таких условиях можно получить наиболее компактный трансформатор).
0
Может, особенно если он емкий. А кстати не прокатит для отладки ставить конденсатор минимально допустимой емкости + снизить напряжение питания схемы до минимально возможного? Так энергия в кондере минимальная будет — меньше шансов на существенный дестрой. Дырку в чипе делает быстрое выделение существенной энергии за короткое время же.
0
В некоторых случаях сочетание таких условий приводит к противоположному результату — чип дохнет от некошерных условий работы. А то, что без фейерверка — это уже неважно.
Да и фиг с ним, с чипом. Взорвется и взорвется. Главное, чтобы обмотка не расплавилась.
0
Главное, чтобы обмотка не расплавилась.
В компьютерных блоках питания FSP встречался с таким. В дежурке первичка сплавилась. Долго не мог понять, почему не запускается.))
Он на FSDM311 собран.
0
Ну у флайбэка при пробое ключа обмотка сплавляется легко и весело, если предохранитель не спасет, это от контроллера не зависит. Полумосты в этом плане гораздо приятнее, транс развязан по постоянке. Когда у меня полумост из-за кривого драйвера ключей взорвался, транс только подкоптился слегка.
0
А может кто в курсе, где искать бок… собрал на TNY264 схему (по расчетам из PI Suite) — фейерверков нет, но работает как-то прерывисто… примерно с частотой 2 герца скачет напряжение. Осциллографа нет, чего там по форме проверить не могу. То-ли не стартует схема, то-ли защита срабатывает… попробую оптопару выпаять… но в целом в схеме из десятка компонентов вроде и искать негде. 2 диода, ИМС и трансформатор. Транс сфазирован, грешнуть можно разве на количество витков, таки 0.11мм тонкий провод… мог прощелкать…
Может это какой характерный симптом?
0
Защита, похоже. Скорее всего дело в трансформаторе. Проверяй его индуктивность. Возможно он в насыщение валится.
Ну и проверь правильность монтажа выходного выпрямителя (фазировка обмотки, полярность и исправность диода), отсутствие КЗ в выходной цепи и правильность монтажа клампера.
0
Хм, попробую перемотать транс, благо витков не так много. Спасибо
0
А в правильности зазора ты уверен? Он обычно доли миллиметра, его не так-то просто контролировать (собственно, я зазор по индуктивности подгоняю).
0
Расчетный 0,12 мм, взял квадратики тонкого листа бумажного (по-идее офисная обычная мелованка 0,1мм, а тут тоньше). Впрочем… зазор получается действительно больше, про центральный керн забыл. Попробовать проточить его и половинки оставить без прокладок, или проще витков накинуть?
0
Я обычно стачиваю керн, контролируя индуктивность первички по L-метру. Либо по нему же подбираю прокладки (только я в качестве оных предпочитаю отрезки обмоточного провода).
0
Про провод как-то даже не подумал, спасибо за идею :) Попробую повозиться с трансформатором
0
К слову, разве уменьшение индуктивности провоцирует срабатывание защиты? По-идее повышение должно давать бОльший бросок при размыкании ключа. Хотя влияние зазора, кроме как на индуктивность, для меня на грани черного ящика…
0
Уменьшение — врядли, а вот насыщение в лучшем случае включит защиту, в худшем — микра сдохнет.
0
L метр раздобыть не удалось, взялся пошагово экспериментировать с зазором. Взял от нуля (фактически неровности поверхности половинок) до откровенно нескромного — результат нулевой. Нацепил в нагрузку кулер — прерывистый режим. Раскручиваю его рукой — и о чудо, схема стартует и выходит на режим. Выключаю питание — и все сначала… возвратно поступательные движения…
Снаббер простой как трусы — встречно диод и сапрессор, вроде ошибку ну никак не сделать. Осталось понять что дает подкрутка вентилятора, которая таки запускает схему…
0
Уходит в защиту по токовой перегрузке — вентилятор при разгоне жрет больше, чем в стабильном режиме.
У меня еще был забавный случай, когда при разгоне мотора пылесосика до определенных оборотов питальник (автогенерирующий полумост на паре транзисторов с токовой ОС) глох. Помогло довольно странное действие — добавить дроссель из трех витков провода между трансом и выпрямителем.
А вообще L-метр и осцилл крайне желательны для разработки импульсников.
0
Хм, дак тестировал на нагрузке примерно расчетной — результат такой же как и с пропеллером, а крутнуть — и работает. Правда холостого хода нет вообще, микруха сразу закипает, а если не ошибаюсь, должна иметь режим холостого.
0
Дроссель в нагрузку кстати PI Expert с определенной мощности начинает сам в схему лепить. Попробую подпаяю… хуже не будет точно
0
Ну, дроссель не помог :D
Ладно… перемотаю транс, чтоли..«с чувством, с тактом, с расстановкой»©
0
Флайбэкам дроссель не особо нужен. Это чисто помеховый фильтр. Врядли он влияет.
0
Загадочная штука эта импульсная техника… перемотал обмотки с «по часовой» на «против часовой» — и все заработало! :) Фазировка та же, провод тот же… только направление… чудеса… Не понятно, в теории без разницы, главное одинаковое направление обмоток, а не работало…
Заинтригован… пошел думать чего еще эдакого смастерить…
0
Забавно. Ну, во первых, возможно все же была какая-то ошибка в трансформаторе. От неправильной намотки до межвиткового замыкания. Во вторых, желательно чтобы микросхема дергала «зарытый» конец первички (т.е. ближе всего к сердечнику) — хотя влияет это только на помехи, но они в принципе могут сбивать микру. Могла и индуктивность рассеяния уменьшиться при перемотке. Ну и возможно раньше все же была ошибка фазировки.
0
Снаббер простой как трусы — встречно диод и сапрессор, вроде ошибку ну никак не сделать
Я как раз в таком ошибся — перевернул всю цепочку) Это стоило мне одного топсвитча.
0
Ну как на первый в жизни импульсник я включил режим параноика и не поверил маркировке на корпусе диодов, промерял анод\катод вручную :)
0
Даёшь неделю здорового электропитания! :)
0
Твое — не очень здоровое)
0
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.