Könnte jemand meine Fragen zu einem Transformator mit Reglerschaltung in LTspice beantworten?

Schaltkreis

Die Schaltung selbst ist eine britische Netzstromversorgung, die 230 VAC auf 20 VDC umschaltet.

Der erste Abschnitt ist ein Transformator. Der zweite Teil ist ein Brückengleichrichter, der dann auf einen Spannungsregler namens LM317 übergeht.

Fragen:

Wenn man bedenkt, dass dies ein britisches Netzteil ist, welche Transformatorwiderstände sind üblich?

Ich verstehe, dass dies eine tiefere Kenntnis des Kerns und der Wicklungen, seiner Widerstände und Reaktanzen erfordert, aber die Wahl eines Widerstands von 1 scheint etwas zu „einfach“ zu sein, sollte ich sagen. Beim Ändern von Widerständen wirkt es sich meistens nur auf die negative Spannung aus. Dh erreicht eine positive Spitze von 20 V, erreicht aber keine negative Spitze von -20 V, wie 0,01 out.

Ich verstehe, dass LTspice zur Bestimmung des Spannungsverhältnisses die Gleichung (V1 / V2) ^ 2 = L1 / L2 verwendet. Aus diesem Grund betragen die Induktivitäten 2640 bzw. 10, da dies einen 20-V-Ausgang erzeugt.

Ist dies jedoch der richtige Weg, so etwas in ltpsice zu simulieren? (Youtube-Videos helfen wirklich nicht viel.)

Außerdem ist der Induktivitätskoeffizient 1, was ist ein vernünftigerer Wert?

Der Brückengleichrichter (dh Wechsel von 20 VAC zu 20 VDC) ist einfacher zu verstehen.

Aber mir fehlt das Verständnis, wie ich den Spannungsverlust reduzieren könnte? Dabei verliert die Spitzenspannung ca. 1V.

Die verwendete Diode ist die Standarddiode für LTspice, von der einige Quellen behaupten, sie sei die 1n4148

Gibt es bessere Dioden als Brückengleichrichter?

Am meisten verwirrt mich der Spannungsregler.

C1 ist wichtig, um das Rauschen zu reduzieren, und beim Hinzufügen weiterer Kondensatoren verringert sich das Rauschen.

Ist das Hinzufügen weiterer Kondensatoren vor dem Spannungsregler gut?

Ist das Hinzufügen eines polarisierten Kondensators besser?

C2 ist nur für den Spannungsabfall da, sonst wäre es Null. Wenn Sie jedoch C2 in einen Widerstand ändern, weist das Eingangssignal zum Spannungsregler viel mehr Schwankungen auf.

Warum ist das? Ich hätte nicht gedacht, dass das so eine Wirkung hat.

Die Eingangsspannung in den Regler beträgt ~ 19 V und der Ausgang 12,5 V mit Schwankungen im 10 ^ -5. Ich verstehe nicht, wie es zu einem Spannungsabfall von 6,5 kommt, und unabhängig von der Eingangsspannung in den Regler beträgt die Spannung 12,5 V.

Was ist die Ursache und wie kann ich diese reduzieren?

Ich denke, die wichtigste Frage hier ist, ist dies eine gute Stromversorgungsschaltung?

Was könnte getan werden, um dies zu verbessern?

Ich verstehe, dass dies eine lange Frage ist, ich schätze Ihre Zeit für die Beantwortung.

Das ist keine lange Frage. Es ist eine Reihe offener Fragen, die nur eines gemeinsam haben: Sie sind Teil einer Energieversorgung. Diese Fragen werden in verschiedenen Köpfen ganz unterschiedlich ankommen und die Antworten werden wahrscheinlich sehr unterschiedlich sein. Sie treffen auch einige falsche Annahmen (Ihre Fragen gehen von etwas aus, das nicht gezeigt oder demonstriert wurde, und fragen dann warum, was nicht wirklich beantwortet werden kann, ohne zuerst Ihre falsch gesinnte Frage zu klären.) All dies macht es ärgerlich schwierig, Ihnen eine klare Antwort zu geben , direkte Antwort. Das heißt, auch etwas Gutes drin.
Der erste offensichtliche Fehler, den ich sehe, ist, dass keiner der Anschlüsse von L2 geerdet werden sollte. Wie gezeichnet, ist die Diode D3 auf beiden Seiten durch Masseverbindungen kurzgeschlossen. Ich weiß nicht, ob dies tatsächlich eine der von Ihnen gestellten Fragen beantwortet.
RE: "Gibt es bessere Dioden als Brückengleichrichter?", Wir können dies nicht beantworten, wenn Sie uns nicht sagen, welche Diode Sie verwendet haben.
In LTspice (wahrscheinlich in den meisten Simulatoren, obwohl die genauen Details der schematischen Bearbeitung und der angebotenen Funktionen wahrscheinlich variieren werden) möchten Sie die Dinge so anordnen, dass die Induktivität der Primärwicklung relativ zur Sekundärwicklung in einem quadratischen Verhältnis steht die gewünschten Nennspannungen. Also, wenn Ihr Netz 230 istvAC230vAC und Ihre gewünschte Sekundarstufe ist 20vAC20vAC dann wollen Sie L 1 = ( 230vAC20vAC )2L2=132,25L2L1=(230vAC20vAC)2L2= 132,25 L2 . Natürlich unter der Annahme einer Kopplung von 1.
@ThePhoton Ah sorry, ja ich habe es jetzt geändert.
Aber Sie wollen nicht, dass die Sekundarstufe 20 istvAC20vAC , stattdessen eine geregelte Leistung von 20vGleichstrom20vGleichstrom die den Spannungsabfall über dem Brückengleichrichter und die Eingangsanforderungen des LM317 berücksichtigen müssen. Also vielleicht 26vPK26vPK an der Sekundarstufe. Teile durch 22 um eine RMS-Bewertung für die Sekundärseite von etwa 18,4 bereitzustellenvAC18.4vAC . Transformatorregelungsschwankungen und ich würde einfach die ursprünglichen 20 akzeptierenvAC20vAC Ich habe oben angefangen. (Oder wählen Sie den Wert des Transformators, der bequem in der Nähe liegt.)
@jonk Das sind sehr gute Punkte, ich werde das Design ändern. Vielen Dank.
Ihnen fehlt im Transformatormodell eine Streuinduktivität, die sich (negativ) auf die Transformatorregelung auswirkt.

Antworten (2)

Beim Ändern von Widerständen wirkt es sich meistens nur auf die negative Spannung aus. Dh erreicht eine positive Spitze von 20 V, erreicht aber keine negative Spitze von -20 V, wie 0,01 out.

Das Erdungssymbol auf L2 schließt es mit dem anderen Erdungssymbol auf R3, das Ihre Ausgangsmasse ist, kurz, wodurch die Gleichrichterdioden unbrauchbar werden. Entfernen Sie das rot eingekreiste Erdungssymbol...

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Aber mir fehlt das Verständnis, wie ich den Spannungsverlust reduzieren könnte? Dabei verliert die Spitzenspannung ca. 1V.

1V klingt korrekt für übliche Gleichrichterdioden.

Gibt es bessere Dioden als Brückengleichrichter?

Sie können Schottky-Dioden für einen geringeren Spannungsabfall verwenden, aber das ist ungewöhnlich. Heutzutage werden lineare Netzteile wie dieses für niedrige Schaltgeräusche verwendet. Wer sich Gedanken über die Effizienz macht, sollte sich ein Schaltnetzteil besorgen, das erspart einem die Verluste im LM317...

C1 ist wichtig, um das Rauschen zu reduzieren, und beim Hinzufügen weiterer Kondensatoren verringert sich das Rauschen.

C1 ist die Glättungskappe ... sie wird von den Gleichrichtern geladen und versorgt den Regler, wenn die Gleichrichter nicht leiten, was meistens der Fall ist, da der Eingang Wechselstrom ist.

Ist das Hinzufügen weiterer Kondensatoren vor dem Spannungsregler gut?

Bei 50 Hz Wechselstrom laden die Gleichrichter C1 alle 10 Millisekunden auf, die Gleichrichter bleiben einige Millisekunden eingeschaltet, dann liefert C1 den Laststrom. Es sollte genügend Kapazität vorhanden sein, damit die Spannung nicht unter das abfällt, was U1 erfordert, um die Ausgangsspannung in der Regelung auf dem maximalen Auslegungsstrom plus etwas Spielraum zu halten.

Ist das Hinzufügen eines polarisierten Kondensators besser?

Komische Frage. Der Simulator weiß nichts über polarisierte Kappen, aber im wirklichen Leben, sicher ...

C2 ist nur für den Spannungsabfall da, sonst wäre es Null.

Häh?

C2 ist die Ausgangskappe nach dem Regler. Es handhabt den höherfrequenten AC-Teil des Laststroms. Je nachdem, welchen Regler Sie verwenden, kann dies für die Stabilität erforderlich sein, mit Bedingungen zu Kapazität und ESR (lesen Sie das Datenblatt).

Wenn Sie jedoch C2 in einen Widerstand ändern, weist das Eingangssignal zum Spannungsregler viel mehr Schwankungen auf.

Sicher, wenn Sie den Regler belasten, zieht er Strom, sodass die Spannungswelligkeit an C1 zunimmt. Dies ist normal, wie ich oben sagte, C1 sollte genügend Kapazität haben, damit die Spannung nicht unter das fällt, was U1 erfordert.

Die Eingangsspannung in den Regler beträgt ~ 19 V und der Ausgang 12,5 V mit Schwankungen im 10 ^ -5. Ich verstehe nicht, wie es zu einem Spannungsabfall von 6,5 kommt, und unabhängig von der Eingangsspannung in den Regler beträgt die Spannung 12,5 V.

Es ist ein Regler ... er regelt die Ausgangsspannung ... siehe LM317-Datenblatt, es erklärt, wie man R3 und R4 auswählt, um die gewünschte Ausgangsspannung zu erhalten.

Ich denke, die wichtigste Frage hier ist, ist dies eine gute Stromversorgungsschaltung?

Sicher wird es funktionieren.

Wenn Ihre Last nicht sehr empfindlich auf Schaltgeräusche reagiert, ist eine Wandwarzen-Schaltversorgung jedoch billiger und effizienter.

Danke für die Antwort. Es scheint, dass mein Verständnis dafür viel geringer ist, als ich erwartet hatte. Nochmals vielen Dank für die Klärung des Ganzen.
Ich hätte den Widerstandsteil des Reglers jedoch etwas besser erklären sollen. Obwohl R3 und R4 die Ausgangsspannung bestimmen, gibt es viel mehr Schwankungen in der Ausgangsspannung, wenn ich diese Werte verändere. Wenn man bedenkt, dass ich einen Spannungsregler verwende, um eine konstante Spannung aufrechtzuerhalten, erscheint es etwas nutzlos, wenn das Signal immer noch stark schwankt. Wie könnte ich das lösen?
Überprüfen Sie, ob die Eingangsspannung zum Regler hoch genug ist. Es braucht ein paar Volt Dropout (dh Spielraum) zwischen Eingang und Ausgang. Genauer Wert siehe Datenblatt.

Wenn man bedenkt, dass dies ein britisches Netzteil ist, welche Transformatorwiderstände sind üblich?

Das obige Modell funktioniert für einen einfachen Transformator. Das andere, was AC-Netztransformatoren tun, ist Sättigung und Spulenwiderstand.

AC-Netztransformatoren sättigen aus Sicherheitsgründen, dies ist schwierig zu modellieren, da man die Sättigung modellieren muss , und es kann schwierig sein, Parameter aus Datenblättern zu bestimmen und sie in das Modell zu übersetzen. Wenn ich dies selbst tun würde, würde ich wahrscheinlich die Sättigung vernachlässigen, aber sicherstellen, dass der Transformator beim Ziehen einer maximalen Last nicht gesättigt wird. Beispielsweise benötigt eine 10-W-Last mindestens einen 10-W-Transformator, mit einem gewissen Spielraum.

Der Spulenwiderstand ist ein Low Hanging Fruit, sobald ein Transformator ausgewählt ist, kann der Spulenwiderstand zum Modell hinzugefügt und der Verlust angenähert werden. Meistens ist der gegenseitige Kopplungsfaktor nicht 1, etwas wie 0,95 könnte besser sein (Randfelder verursachen Verluste ODER Transformatoren senden nicht ihre gesamte Leistung an die Sekundärseite, die Induktoren können sich selbst koppeln).

Ist dies jedoch der richtige Weg, so etwas in ltpsice zu simulieren?

Verwenden Sie Simulationen, um Ihr Verständnis zu erweitern, aber nicht zu ersetzen. Stellen Sie sicher, dass Sie alle Aspekte des Designs verstehen, bevor Sie die Schaltung bauen, und kennen Sie den Grad der Annäherung. Kein Modell kann vollständig replizieren, was in der physischen Welt passiert. Wenn Sie alle Ströme innerhalb von 10 oder 100 mA kennen müssten, wäre das obige Modell meiner Meinung nach akzeptabel. Wenn Sie Ströme bis 1 uA kennen müssten, benötigen Sie ein viel detaillierteres Modell.

Außerdem ist der Induktivitätskoeffizient 1, was ist ein vernünftigerer Wert?

0,95 oder 5 % Leckage sind für eine niedrige Seitenzahl vernünftiger. Wenn Sie es wirklich genau festlegen müssen, kaufen Sie den Transformator, an dem Sie interessiert sind, und messen Sie die Streuinduktivität

Ist das Hinzufügen weiterer Kondensatoren vor dem Spannungsregler gut?

Simulieren Sie das Modell mit der maximalen Last. Wenn Sie eine Welligkeit am Ausgang sehen, wird mehr Kapazität benötigt, da nicht genügend Energiespeicher vorhanden ist, um Strom durch die Einbrüche des Wechselstromzyklus zu leiten.

Ist das Hinzufügen eines polarisierten Kondensators besser?

Sie sind billiger und Elektrolyte sind größer als Keramik.

Vielen Dank für die Beantwortung der Fragen. Das hat mir wirklich geholfen, es zu verstehen.
Randfelder bedeuten nicht zwangsläufig, dass die Leistung irgendwie verloren geht. Streufelder werden durch Streuinduktivität verursacht und dieser induktive Leistungsverlust ist Null. Probleme mit der Transformatorregelung werden durch eine nicht 100-prozentige Kopplung verursacht.