Во всех электронных устройствах установлены импульсные трансформаторы. Это большие намоточные приборы, установленные обычно в цепях питания и преобразования напряжения или тока. При этом форма тока и напряжения на выходе остается такой же, как и на входе. Это свойство позволяет минимизировать потери в цепях и схемах, работающие на высоких частотах.
Устройство
Существует несколько видов конструкций импульсных трансформаторов. Применение конкретной определяется требованиями к напряжению и преобразуемых сигналов. Для изменения амплитуды напряжений перед и до преобразования используют Ш-образный сердечник, так как в нем возникает два симметричных магнитных потока выходящих и сходящихся через центральную часть. Мощность, ток и КПД зависит от качества изготовления трансформатора и площади сечения сердечника.
Импульсные трансформаторы изготавливают на двух типах магнитопровода:
- Ферритные – для средних и высоких частот в диапазоне от 2 до 500 кГц в зависимости от марки материала.
- Специальная ферритная сталь – до 2 кГц.
Обычная электротехническая сталь не используется, так как в сердечнике из нее возникают большие токи Фуко, сильно занижающие преобразуемые сигналы, напряжения и токи.
Катушка в импульсных трансформаторах с Ш-образным сердечником может находиться на центральной и боковых полках сердечника. Катушка намотана на пластиковый каркас, изготовленный из специального тугоплавкого полимера или углепластика. Обмотка первичная и вторичная обязательно разделены экраном, представляющим собой медную тонкую фольгу в 1-2 слоя с выводом для подключения к заземляющему проводнику.
Виды
Импульсные трансформаторы бывают разных типов в зависимости от материала сердечника и его формы:
- Ш-образные или броневые, самые распространенные в цепях питания импульсных блоков питания и фильтрах высокочастотных помех;
- Кольцевые или тороидальные – имеют форму кольца и используют чаще в качестве сглаживающего дросселя в виду сложности намотки;
- Кольцевой броневой – состоит из двух чаш с отверстием внутри. Катушки полностью закрываются сердечником со всех сторон и намотаны на кольцевом каркасе;
- П-образные или стержневой, состоит из двух частей в форме буквы «П», склеенных и стянутых вместе металлической полосой или ярмом.
Как работает импульсный трансформатор?
Принцип работы импульсного трансформатора основан на коэффициенте передачи энергии с первичной обмотки во вторичные через создаваемые в магнитопроводе магнитные потоки. При подаче импульсного напряжения на первичную катушку в ней возникает ток, создающий линии магнитной индукции вокруг катушки, нисходящие из центра и замыкающиеся вокруг обмотки. В сердечнике под действием электромагнитной индукции возникает магнитный поток, проходящий через вторичные катушки. Он наводит в них ЭДС, а при замыкании цепи через нагрузку и ток. Сила импульсного тока зависит от его величины на входе и плотности прилегания частей сердечника. Чем меньше зазор между ними, тем выше генерируемая во вторичке мощность и ниже потери.
Применение
Импульсные трансформаторы используют повсеместно. Они уставлены в любой современной и старой технике в импульсных блоках питания, цепях преобразования мощности и фильтрах. В бытовой технике они работают на частотах не более 100-120 кГц. В измерительных приборах старого типа использовали трансформаторы из специальных видов феррита, которые могли работать на частоте 1 МГц. Это намоточное изделие остается лучшим способом преобразования напряжений и токов в большее или меньшее их значение без значительных потерь на нагреве компонентов, как в случае с полупроводниковыми устройствами. Для изготовления современных импульсных трансформаторов используют феррит с высокими показателями магнитной проницаемости, который способен создавать магнитные потоки большой силы. В блоках питания чаще используют входное напряжение 90-500 В для получения разных величин выходного от 1,5 В и выше.