Применение трансформаторов в источниках электропитания

Различные части электроприборов, как правило, нуждаются в питании разным напряжением. Для того чтобы это обеспечить, в блоках питания данных устройств применяются трансформаторы с несколькими вторичными обмотками, выдающими разное напряжение, либо применяется несколько отдельных трансформаторов, каждый из которых обеспечивает свое определенное напряжение.

Так, например, в старых телевизорах (с кинескопами на электронно-лучевой трубке) 5-7 вольт для питания транзисторов, микросхем или ламп получалось от одного трансформатора, а несколько киловольт для питания анода кинескопа — от другого — высоковольтного, так называемого строчного трансформатора.

Данный трансформатор далее питал умножитель напряжения, который еще в несколько раз повышал высокое напряжение, получаемое со вторичной обмотки «строчника».

Трансформатор вчера и сегодня

В былые времена, когда импульсная полупроводниковая техника не была еще так популярна как сегодня, трансформаторы питания работали лишь на сетевой частоте — 50 или 60 Гц.

Современная же радиотехническая и электронная аппаратура, такая как блоки питания телевизоров, мониторов, компьютеров и т. д. всюду использует высокочастотные импульсные трансформаторы , преобразующие напряжение с частотой в десятки и сотни кГц.

В таких схемах сетевое переменное напряжение сначала выпрямляется диодами, чтобы получилось 300-310 вольт постоянного напряжения. Затем это постоянное напряжение при помощи инвертора на полевых транзисторах преобразуется в импульсы, следующие с высокой частотой, и подаваемые на первичную обмотку импульсного трансформатора.

Схема питания импульсного трансформатора управляется методом широтно-импульсной модуляции (сокращенно ШИМ) , что позволяет стабилизировать напряжение, получаемое со вторичной (вторичных) обмотки (обмоток) импульсного трансформатора. Напряжение со вторичной обмотки импульсного трансформатора выпрямляется, фильтруется и стабилизируется. Так получается постоянное напряжение требуемой для питания того или иного блока величины, например 24 вольта.

Ниже частота — тяжелее трансформатор

Раньше сетевые трансформаторы, работающие на частоте сети (50 или 60 Гц) можно было встретить в каждом блоке питания магнитофона, телевизора, радиоприемника, проигрывателя, и это была самая тяжелая деталь прибора, часто довольно большого размера, она занимала много пространства внутри корпуса либо находилась в отдельном выносном тяжелом блоке питания.

Суть в том, что размер любого трансформатора тем больше, чем больше преобразуемая данным трансформатором мощность, а в случае с сетевым низкочастотным трансформатором («железным») эта зависимость оказывается такой, что номинальная мощность оказывается пропорциональна линейным размерам сердечника в 4 степени!

Но размер трансформатора при той же передаваемой мощности можно уменьшить, для этого необходимо повысить частоту преобразования напряжения, что и реализовано в импульсных трансформаторах современных импульсных блоков питания и инверторов, которые получаются значительно легче именно за счет повышения частоты преобразования благодаря применению транзисторов и значительно более высокочастотных ферромагнитных материалов сердечника нежели трансформаторное железо, которое раньше сплошь и рядом только и применялось в сетевых трансформаторах.

Иногда трансформатор на железе незаменим

Однако, несмотря на недостатки сетевых трансформаторов с тяжелыми железными магнитопроводами, они продолжают использоваться в некоторых исключительных узлах питания, когда необходимо обеспечить минимальный уровень высокочастотных помех и искажений.

Так, например при конструировании высококачественного лампового акустического усилителя традиционно продолжают применять сетевые трансформаторы как в качестве накальных, так и в качестве анодных.

Ибо если на ламповый усилитель поставить вместо классического трансформатора импульсный блок питания, то неминуемо возникнут помехи от работы транзисторных ключей и других процессов, свойственных импульсным устройствам, которые ухудшат качество воспроизводимого звука.

Кроме того именно трансформаторное железо лучше всего передает частоты акустического диапазона, поэтому и выходные трансформаторы в ламповых акустических усилителях — это именно «железные» трансформаторы, которые всегда изготавливают с особой тщательностью.

Смотрите также: Простейшие бестрансформаторные импульсные преобразователи напряжения