Corriente de rizado en un transformador de fuente de alimentación lineal

Corto: agregue una resistencia de 1 ohmio en serie con el transformador :-).

Más largo:

Un transformador "perfecto" y un condensador 'perfecto' tendrán picos de corriente infinitos, como sé, se dan cuenta.

Si bien los resultados del mundo real variarán según el 'espíritu y la filosofía' del fabricante del transformador, la experiencia del mundo real es que, por lo general, obtendrá resultados superiores al agregar una pequeña "resistencia de dispersión de ángulo de conducción" en serie con la alimentación del devanado del transformador a los condensadores . Esto es contrario a lo que puede esperarse desde un punto de vista de eficiencia y, a menudo, no se realiza en la práctica. El cálculo teórico del efecto de tal resistencia es sorprendentemente molesto, pero la simulación mostrará los efectos al instante.

Dado que el nivel medio de CC bajo carga es 0.7071 (= sqrt (2)) de V peak, tiene bastante espacio para trabajar y puede permitirse una modesta caída en la resistencia de la serie. Hay varios efectos secundarios que pueden ser útiles dependiendo del entorno. La distribución del ángulo de conducción mejora el factor de potencia de la carga de lo contrario, pero probablemente no lo suficiente como para hacer una diferencia en cumplir o fallar los requisitos formales de factor de potencia. A veces, lo que es más importante, la difusión del ángulo de conducción reduce en gran medida las cargas máximas en los diodos y reduce los problemas de EMC (es decir, menos ruido electromagnético radiado), probablemente no es un efecto intuitivo de agregar unos pocos ohmios de resistencia en serie.

Vamos a jugar con algunas figuras:

Usted tiene un voltaje secundario de 15 VCA y apunta a 12VCC a 2A.
 Supongamos por ahora que es aceptable un mínimo de 15 VCC en las tapas del filtro (dando al regulador un mínimo de espacio de 3 V).  Vpeak es 15 x 1.414 = 21.2 V
 La potencia de carga es VI = 12 x 2 = 24 vatios.
 Si lograba filtrar esto lo suficientemente bien como para lograr aproximadamente 20VCC en la tapa, disiparía Vdrop x I = (20-12) x 2 = 16 vatios en el regulador y "como beneficio adicional" logrará una ondulación masiva CORRIENTE en las tapas pero pequeña ondulación VOLTAJE. Esto no parece una idea maravillosa :-).

Si puede lograr extender la conducción en más del 25% del ciclo de voltaje, obtendrá una corriente media durante la conducción hasta 4 x Iavg = 8A.

Suponiendo un pico de 21 V, se produce una conducción del 25% a aproximadamente 19 V de salida del transformador, y una conducción muy útil del 50% ocurre a poco menos de 15 V. Vea el gráfico a continuación.

Estosugierequeinsertarinclusounaresistenciadelaseriedeunohmiotendráunefectosustancial.Silamediade8Aqueserequiereparaqueel25%delaconducciónsecaigaatravésde1ohmio,lacaídadevoltajede8voltiosgarantizaráquenoseproduzcala8A(como21-8=13V,queesmenorqueelobjetivode15VDC,estosebasóen).

Siseproduceunaconduccióndel50%,lacorrientemediaduranteesteperíodoseráde4Aylacaídamediade1ohmseráde4V,porloquepuedeser"correcta" como si la tapa del filtro estuviera a aproximadamente 15V obtendría (21-15) / 1 = 6A pico en pico de forma de onda - y como la tapa habrá "rizado" en voltaje para entonces obtendrá menos de 6A). Y así sucesivamente.
 Sí, puedes analizar analíticamente lo que sucede. Pero, solo ponga 1 ohm en el simulador y vea qué sucede.

Esto tiene el efecto de poner MÁS voltaje de ondulación en el (los) capacitor (es), MENOS corriente de ondulación, menos pérdidas del regulador y menos pérdidas del transformador, menos EMI del diodo.

La resistencia de la serie podría estar en el transformador, pero luego se agrega a la generación de calor dentro de un componente relativamente costoso en el que prefiere tratar de optimizar la transferencia de energía en lugar de la pérdida de calor. Una resistencia de 5 vatios y 1 ohmio probablemente funcionará bien aquí. 10W sería más seguro debido a los picos. por ejemplo, 4A a 50% = I ^ 2R x 50% = 15 = 6W x 0.4 = 8W PERO la forma de onda es compleja, por lo que es necesario calcular el calentamiento real.

Tenga en cuenta que, en muchos casos, la corriente nominal de ondulación de dos condensadores es superior a la de un solo condensador de igual capacitancia total.

Utilice mayúsculas de 105C (o mejores) como una cuestión de rutina en este tipo de aplicación. 2000 horas + una buena idea. Cap life ~~~ 2 ^ ((Trated-tactual) / 10) x Rated_life

¿Estoy en el estadio de béisbol correcto con 0.5 en la secundaria, o estoy dos veces más cerca de la verdad?

Como Russell McMahon señaló, un transformador "ideal" (con resistencia cero) y un "rectificador" perfecto y un capacitor "perfecto" creará picos de corriente casi infinita, lo que lleva a un factor de potencia incorrecto.

Por desgracia, los transformadores reales tienen mucho, mucho más que 0.5 Ω en la secundaria, lo que lleva a una caída mucho peor (pero mejor factor de potencia y menos problemas con los picos actuales).

¿Realmente debo esperar una caída de voltaje tan grande en la carga?

Sí. Las fuentes de alimentación reales tienen "caída". (como discutimos en otra parte ¿Cómo dimensionar un transformador de fuente de alimentación? , 230V a 12V transformador reductor , ¿Por qué no están regulados los transformadores? , Reemplazo de baterías con un adaptador de CA ). El voltaje de salida sin carga de un transformador puede ser 50% más alto que el voltaje de salida nominal. Un transformador de la vida real que, al igual que el transformador en su simulación, proporciona 15 V sin carga, puede tener una clasificación de "10 VAC" porque eso es todo lo que puede apagar a plena carga.

Si los picos están en 5 A, con 0.5-1 Ω en el secundario, obviamente pierdo varios voltios incluso antes del puente rectificador, lo que hace que todo falle (rizado de salida masivo).

Sí. Si algún circuito necesita al menos 12 VCA para funcionar correctamente, e intenta usar un transformador que solo está calificado para proporcionar "10 VCA" bajo carga, entonces no va a funcionar, incluso si mide que el transformador emite 15 VAC sin carga.

Transformadores reales que funcionarán - transformadores clasificados para "12 VCA" bajo carga - no tienen devanados de relación 10: 1; es posible que tengan una proporción más de 9: 1 para compensar la caída, por lo que tendrán una salida más alta significativamente mayor que 12 VCA sin carga, quizás 13 o 18 o 20 VCA.

Diferentes fabricantes producen transformadores tienen cantidades muy diferentes de resistencia en el secundario. Los transformadores costosos con una resistencia muy baja tienen una relación de bobinado "ideal" muy cercana a la que se esperaría para una tensión nominal dada. Los transformadores más baratos con mayor resistencia tienen una relación de bobinado muy diferente para compensar la caída y lograr la misma tensión nominal (bajo carga). En otras palabras, en la misma relación de bobinado, los transformadores con mayor resistencia tendrán un índice de voltaje más bajo (bajo carga) impreso en el transformador.

Para simular un transformador correctamente, debe ajustar tanto la resistencia como la relación de bobinado para que, a la carga nominal, proporcione la tensión nominal.

Es posible que me esté desviando un poco del tema cuando menciono eso muchas fuentes de alimentación reales tienen "filtros de línea" / " bobinas de choque " / " filtros de supresión de EMI "," circuitos de corrección del factor de potencia ", y algunos tienen " circuitos de llenado de valle ". Todos estos componentes "adicionales" reducen directa o indirectamente esos picos actuales.

Después de la resistencia única Russell McMahon sugirió, El siguiente filtro más simple es un inductor único. Podría estar interesado en experimentar con la inserción de un inductor, quizás 100 uH, en la línea "hola" después del rectificador y antes de los condensadores. O tal vez colocar el inductor entre C1 y C2, formando un filtro "pi" LC de esos 3 componentes.