リニア電源トランスのリップル電流

リニア電源とその入力電流（つまり、電圧レギュレータの入力側）について少し混乱しています。

まず、テスト回路は次のとおりです。

$R_{bogus}$は、LTspiceを幸せにするためのものです（すべてのノードがグラウンドへの接続を必要とします）。
ところで、私は高周波ノイズのために別の入力キャップを追加する必要があると思います-それはこの質問にはほとんど関係ありません（そして、回路図はとにかく非常に大まかなテスト回路です）。目標は、最大2アンペアで0〜12 Vです（ただし、おそらく1.5で十分です）。電圧源は230これは、電圧源が実行されるためであり、トランスは約15 V RMSをシミュレートするように設定されているため、約21 Vピークです。$V_{rms}$

問題は、見方によっては、電流スパイクが大きすぎるか、直列抵抗による電圧降下が大きすぎるかです。または両方、本当に。

ここで、赤の電圧は電圧レギュレータへの入力であり、緑/青は2つの整流ダイオードを流れる電流です。直列抵抗と5.5 Aの電流ピークの組み合わせにより、電圧が大幅に低下する（15 Vrms-2ダイオード降下）ことに注意してください。
このグラフは、出力リップルにより、最大出力電流（12 V / 6負荷）= 1.87-1.99 A でのグラフです。入力電圧が低すぎて、2次側の電圧降下が原因で適切に調整できません。 もちろん、平滑化キャップはダイオードに似たピークを持っていますが、振幅は小さくなっています（約1.8 A）。$\Omega$

トランスの二次側にはどのような直列抵抗がありますか？2次定格あたり2.2 A（合計66 VA）の2x 10-15 Vマルチタップトランスを見ています。データシートには、いくつかの詳細を示していますが、ない直列抵抗。

（上記のシミュレーションのように）2次側の1直列抵抗と、平滑化電解（検索時に見つけたいくつかの球場図）の0.11 ESRを想定すると、上記のような結果になります。2次側に0.5を使用すると、出力は12 V以下（ターゲット）で大きくなりますが、5 +以上のアンプスパイクが入力側に残ります。$\Omega$$\Omega$$\Omega$

それで、最後に、質問：

• 私はセカンダリに0.5正しい球場にいますか、それとも真実に2倍近いですか？もちろん、トランスによって異なりますが、実際には数値が見つからず、自分で測定するものはありません...しかし、このシミュレーションでは、一方は機能し、もう一方は機能しません。$\Omega$
• 2 Aの電源の電流スパイクは通常5〜6 Aですが、正常ですか/予想されますか？平滑化キャップ（〜2.4 A）についても同じです-ところで、これはコンデンサの「リップル電流」仕様だと思いますか？
• これを処理するために、変圧器の定格はどのくらい必要ですか？確かに2 A DCを取り出すのに6アンペアのトランスは必要ありませんか？現在のRMSは2.2 A未満ですが、これで大丈夫ですか？

そして、これは上記でかなり答えられていますが：

• 負荷でこのような大きな電圧降下を本当に期待する必要がありますか？スパイクが5 Aで、セカンダリが0.5-1場合、ブリッジ整流器の前でさえも明らかに複数のボルトを失うため、全体が失敗します（大規模な出力リップル）。$\Omega$

ショート：トランスと直列に1オームの抵抗を追加します:-)。

より長いです：

「完全な」変圧器と「完全な」コンデンサーは、ご存知のとおり、電流スパイクが無限になります。

現実の結果はトランスメーカーの「精神と哲学」によって異なりますが、現実の経験では、変圧器巻線フィードと直列に小さな「導通角拡散抵抗」をコンデンサに追加することで、優れた結果が得られます。これは、効率の観点から期待できることに対して直観に反し、実際には行われないことがよくあります。そのような抵抗器の効果の理論的な計算は驚くほど厄介ですが、シミュレーションはその効果を即座に示します。

負荷時の平均DCレベルがVピークの0.7071（= sqrt（2））であることを考えると、使用するヘッドルームがかなりあり、直列抵抗を適度に低下させることができます。環境に応じて役立ついくつかの二次的な影響があります。導通角を広げることで、さもなければ非常にピークになる負荷の力率が向上しますが、正式な力率要件を満たすか、または失敗するかを区別するには、おそらく十分ではありません。場合によってはさらに重要なこととして、導通角を広げることにより、ダイオードのピーク負荷が大幅に減少し、EMCの問題（つまり、放射される電磁ノイズの減少）が減少します-おそらく数オームの直列抵抗を追加しても直感的ではありません。

いくつかの数字で遊びましょう：

15 VACの二次電圧があり、2Aで12VDCを目指しています。
今のところ、フィルターキャップの最小約15VDCが許容範囲であり、レギュレーターに最低3Vのヘッドルームを与えると仮定します。
Vpeakは15 x 1.414 = 21.2 V
負荷電力はVI = 12 x 2 = 24ワットです。
キャップで約20VDCを達成するのに十分にこれをフィルターにかけることができた場合、レギュレーターでVdrop x I =（20-12）x 2 = 16ワットを消費し、「おまけ」としてキャップで大きなリップル電流を達成しますが、少しリップル電圧。これは素晴らしいアイデアのようには見えません:-)。

伝導を電圧サイクルの25％に広げることができれば、伝導中の平均電流は4 x Iavg = 8Aになります。

21Vのピークを想定すると、約19Vのトランス出力で25％の導通が発生し、15V未満で非常に有用な50％の導通が発生します。下のグラフを参照してください。

これは、1オームの直列抵抗を挿入するだけでも大きな効果があることを示唆しています。25％の導通に必要な8Aの平均が1オームで低下した場合、8ボルトの電圧降下により、8Aが発生しないことが保証されます（21-8 = 13Vは15V DCターゲットよりも低いため、これは）。

50％の導通が発生すると、この期間の平均電流は4Aになり、1オームでの平均降下は4Vになるため、フィルターキャップが約15Vであるかのように（21-15）/ 1 =波形のピークで6Aのピーク-キャップの電圧が「リップルアップ」するため、6A未満になります）。等々。
はい、何が起こるかを分析的に解明することができます。しかし、シミュレータに1オームを入れて、何が起こるかを確認してください。

これは、コンデンサにリップル電圧を追加し、リップル電流を減らし、レギュレータの損失とトランスの損失を減らし、ダイオードのEMIを減らす効果があります。

直列抵抗はトランスにある可能性がありますが、熱損失ではなく電力伝達を最適化しようとする比較的コストの高いコンポーネント内の熱発生に追加されます。ここでは5ワット1オームの抵抗で問題なく動作します。ピークのため、10Wの方が安全です。たとえば、50％の4A = I ^ 2R x 50％= 15 = 6W x 0.4 = 8W BUT波形は複雑なので、実際の加熱を計算する必要があります。

多くの場合、2つのコンデンサのリップル電流定格は、総容量が等しい単一のコンデンサのリップル電流定格よりも優れていることに注意してください。

もちろん、この種のアプリケーションでは、105C（またはそれ以上）のキャ​​ップを使用してください。2000時間以上をお勧めします。キャップライフ~~~ 2 ^（（Trated-tactual）/ 10）x Rated_life

私は二次側が0.5Ωの正しい球場にいますか、それとも真実に2倍近いですか？

ラッセルマクマホンが指摘したように、「理想的な」変圧器（抵抗ゼロ）、「完全な」整流器、および「完全な」コンデンサは、ほぼ無限の電流スパイクを発生させ、力率を低下させます。

悲しいかな、実際のトランスは2次側に0.5Ωをはるかに超えており、垂下がさらに悪化します（ただし、力率が向上し、電流スパイクの問題が少なくなります）。

負荷でこのような大きな電圧降下を本当に期待する必要がありますか？

はい。実際の電源には「垂下」があります。（他の場所で説明しているように、電源トランスの寸法を決める 方法は？、 230Vから12Vの降圧トランス、 なぜトランスが規制されていないのですか？、 バッテリーをACアダプターに交換 ）変圧器の無負荷出力電圧は、定格出力電圧より50％高くなる場合があります。シミュレーションの変圧器のように、無負荷で15 Vを提供する実際の変圧器は、全負荷で出力できるのは「10 VAC」のみである場合があるためです。

スパイクが5 Aで、2次側に0.5-1Ωがある場合、ブリッジ整流器の前でさえも明らかに複数のボルトを失うため、全体が失敗します（大規模な出力リップル）。

はい。一部の回路が正常に動作するために少なくとも12 VACを必要とし、負荷がかかった状態で「10 VAC」しか提供しない定格のトランスを使用しようとすると、変圧器が15 VACを出力すると測定しても機能しません。無負荷で。

機能する実際の変圧器-負荷がかかった状態で「12 VAC」に定格された変圧器-10：1の比率の巻線はありません。垂下を補償するために9：1の比率のようなものがあり、無負荷時に12 VAC出力よりもかなり高く、おそらく13または18または20 VACになります。

異なるメーカーが製造するトランスは、二次側に大きく異なる抵抗値を持っています。抵抗が非常に低い高価なトランスは、特定の電圧定格に対して期待される「理想的な」巻線比に非常に近くなります。より高い抵抗を持つより安価なトランスは、垂下を補償して同じ（負荷時）電圧定格を達成するために、巻線比が大きく異なります。言い換えると、同じ巻線比で、抵抗が高い変圧器の方が（負荷時の）電圧定格が低くなります。

変圧器を正しくシミュレートするには、抵抗と巻線比の両方を調整して、定格負荷で定格電圧が得られるようにする必要があります。

多くの実際の電源には「ラインフィルター」/「チョークコイル」/「EMI抑制フィルター」、「力率補正回路」があり、一部には「バレーフィル回路」があるということを言うと、少しずれたトピックになるかもしれません。 。これらの「追加」コンポーネントはすべて、これらの現在のスパイクを直接的または間接的に低減します。

単一の抵抗Russell McMahonが提案した後、次に簡単なそのようなフィルターは単一のインダクターです。整流器の後、コンデンサの前の「hi」ラインに、おそらく100 uHのインダクタを挿入する実験に興味があるかもしれません。あるいは、インダクタをC1とC2の間に配置して、これら3つのコンポーネントからLC "pi"フィルターを形成することもできます。