In diesem Dokument (Einführung in Schaltnetzteile) wird ein Schaltnetzteil im Boost-Modus vorgestellt: Es hat eine einfache Induktivität, Diode, Kondensator und Last. Dann (Seite 9) wird angegeben, dass dieses Gerät nur für Eingangsspannungen nicht größer als 42,5 V verwendet werden kann, da keine physikalische Trennung zwischen der Eingangsspannung und der Last besteht.
1. Frage : Warum würden höhere Spannungen eine Isolierung erfordern? Das heißt: Warum werden in solchen Fällen Sperrwandler anstelle von Tiefsetzstellern verwendet?
Die Lösung besteht darin, anstelle der Induktivität einen Transformator zu verwenden. Angenommen, die Eingangsspannung ist das 220-V-Wechselstromnetz gleichgerichtet, was z Gleichspannung.
2. Frage : Wenn die Eingangsspannung so hoch ist, warum kann der Transformator in einem Schaltnetzteil kleiner sein als der eines herkömmlichen (nicht schaltenden) Transformators (der zuerst abfällt und dann das 220-V-Wechselstromsignal gleichrichtet)?
Die Leistung des Schaltnetzteils hängt von der Einschaltdauer des Schalters ab, gemäß Gleichung 1, Seite 6 des oben genannten Dokuments. Ich weiß (das heißt: ich habe gehört), dass es schwierig wäre, mit einem 311-V-DC-Eingang (der das Ergebnis der gleichgerichteten 220-V-AC wäre) ein genaues Tastverhältnis zu erhalten.
3. Frage : Warum sollte es schwierig sein, einen so genauen Arbeitszyklus zu erhalten? Ist dies ein wichtiger Grund, einen Transformator einzusetzen, der die Spannung vor dem LC-Filter absenkt?
Wenn die Eingangsspannung so hoch ist, warum kann der Transformator in einem Schaltnetzteil kleiner sein als der eines herkömmlichen (nicht schaltenden) Transformators (der das 220-V-Wechselstromsignal zuerst absenkt und dann gleichrichtet)?
Weil die Betriebsfrequenz so viel höher als 50 oder 60 Hz ist. Bei einer höheren Betriebsfrequenz kann die Induktivität der Primärwicklung proportional kleiner sein, was weniger Windungen und eine kleinere Kerngröße erfordert, da die Kernsättigung durch Amperewindungen verursacht wird. Es ist nicht ungewöhnlich, dass ein Umschalter mit 200 kHz läuft, dh 4000-mal höher als 50 Hz.
Es dreht sich alles um die Kernsättigung, selbst bei einem lamellierten Netztransformator - der Strom in der Primärseite, wenn die Sekundärseite unbelastet ist, ist der Strom, der den Kern sättigt. Die Magnetisierungsinduktivität der Primärwicklung ist proportional zum Quadrat der Primärwindungen. Wenn Sie also die Windungen verdoppeln, vervierfachen Sie die Induktivität und vierteln den Magnetisierungsstrom. Die Ampere sind also um 4 gesunken, die Windungen haben sich verdoppelt, aber vor allem haben sich die Amperewindungen halbiert.
(Allgemeine Warnung) Aus diesem Grund benötigt ein 230-V-Netztransformator etwa 1000 Windungen auf der Primärseite - er muss eine Primärinduktivität von etwa 10 H aufrechterhalten. Dies begrenzt dann den Strom auf etwa 73 mA und die Amperewindungen betragen etwa 73 At. Für eine gegebene Kerngröße könnte die mittlere Länge des Magnetfelds 300 mm betragen, sodass die Magnetfeldstärke H etwa 244 At/m betragen wird. Bei dieser Feldstärke sehen Eisen und Ferrit und andere solche Transformatorkernmaterialien eine Spitzenflussdichte, die kurz davor steht, eine Kernsättigung zu verursachen. Ein größerer Kern bedeutet weniger Sättigung. Mehr Umdrehungen bedeuten weniger Sättigung. Höhere Frequenz bedeutet weniger Sättigung. Wiegen Sie dies gegen die Nachteile. Mehr Windungen = mehr Kosten und mehr Kupferverluste. Größere Kerne bedeuten größere Produkte und höhere Kosten. höhere Frequenz bedeutet kleineren Kern, weniger Windungen,
Warum würden höhere Spannungen eine Isolierung erfordern? Das heißt: Warum werden in solchen Fällen Sperrwandler anstelle von Tiefsetzstellern verwendet?
Es ist eine gesetzliche Sicherheitssache, wie auf Seite 8 erwähnt
Wouter van Ooijen
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