¿Alguien podría responder mis preguntas sobre un transformador con circuito regulador en LTspice?

Circuito

El circuito en sí es una fuente de alimentación de red del Reino Unido que gira de 230 V CA a 20 V CC.

La primera sección es un transformador. La segunda parte es un puente rectificador, luego pasa a un regulador de voltaje con el nombre de LM317.

Preguntas:

Teniendo en cuenta que se trata de una fuente de alimentación de red del Reino Unido, ¿qué resistencias de transformador son habituales?

Entiendo que esto requiere un conocimiento más profundo del núcleo y los devanados, sus resistencias y reactancias, sin embargo, elegir una resistencia de 1 parece ser demasiado "simple", debería decir. Al cambiar las resistencias, en su mayoría solo afecta el voltaje negativo. Es decir, alcanza un pico positivo de 20V pero no llega a un pico negativo de -20V, como 0,01 de salida.

Entiendo que LTspice para determinar la relación de voltaje, es usar la ecuación (V1/V2)^2 = L1/L2. Es por eso que las inductancias son 2640 y 10 respectivamente, ya que esto produce una salida de 20V.

Sin embargo, para simular tal cosa en ltpsice, ¿es esta la forma correcta de hacerlo? (Los videos de Youtube realmente no ayudan mucho).

Además, el coeficiente de inductancia es 1, ¿cuál es un valor más razonable?

El puente rectificador (es decir, cambiar 20Vac a 20Vdc) es más fácil de entender.

Pero me falta entender cómo podría reducir la pérdida de voltaje. Por esto la tensión de pico pierde alrededor de 1V.

El diodo utilizado es el diodo predeterminado para LTspice, que tengo algunas fuentes que afirman ser el 1n4148

¿Hay mejores diodos para usar como puentes rectificadores?

Estoy más confundido sobre el regulador de voltaje.

C1 es importante para reducir el ruido y al agregar más condensadores, el ruido se reduce.

¿Está bien agregar más condensadores antes del regulador de voltaje?

¿Es mejor agregar un capacitor polarizado?

C2 está ahí solo para la caída de voltaje, de lo contrario sería cero. Sin embargo, cambiar C2 a una resistencia, por ejemplo, la señal de entrada al regulador de voltaje tiene muchas más fluctuaciones.

¿Por qué es esto? No pensé que tendría tal efecto.

El voltaje de entrada al regulador es de ~19 V y la salida es de 12,5 V con fluctuaciones de 10^-5. No entiendo cómo hay una caída de voltaje de 6,5 y, independientemente del voltaje de entrada en el regulador, el voltaje es de 12,5 V.

¿Cuál es la causa y cómo podría reducir esto?

Supongo que la pregunta más importante aquí es, ¿es este un buen circuito de suministro de energía?

¿Qué se podría hacer para mejorar esto?

Entiendo que esta es una pregunta larga, agradezco su tiempo para responder.

Esta no es una pregunta larga. Es una serie de preguntas abiertas que solo tienen una cosa en común: son parte de una fuente de alimentación. Estas preguntas resonarán de manera bastante diferente en diferentes mentes y las respuestas probablemente variarán bastante. También está haciendo algunas suposiciones incorrectas (sus preguntas asumen algo que no se muestra o demuestra y luego preguntan por qué, lo que realmente no se puede responder sin primero arreglar su pregunta equivocada). Todo esto hace que sea irritantemente difícil darle una respuesta directa. , respuesta directa. Dicho esto, algo bueno allí también.
El primer error obvio que veo es que ninguno de los terminales de L2 debe estar conectado a tierra. Como se muestra, el diodo D3 está cortocircuitado por conexiones a tierra en ambos lados. No sé si esto realmente responde a alguna de las preguntas que hiciste.
RE: "¿Hay mejores diodos para usar como puentes rectificadores?", No podemos responder a esto si no nos dice qué diodo usó.
En LTspice (probablemente en la mayoría de los simuladores, aunque los detalles exactos de la edición de esquemas y las funciones ofrecidas probablemente variarán), desea organizar las cosas para que la inductancia del primario, en relación con el secundario, tenga una relación cuadrática con respecto a las clasificaciones de voltaje deseadas. Entonces, si su red eléctrica es 230VC.A.230VC.A. y tu secundaria deseada es 20VC.A.20VC.A. entonces quieres L 1 = ( 230VC.A.20VAC )2L2=132.25L2L1=(230VC.A.20VC.A.)2L2= 132,25 L2 . Suponiendo un acoplamiento de 1, por supuesto.
@ThePhoton Ah, lo siento, sí, lo he modificado ahora.
Pero no quieres que el secundario sea 20VC.A.20VC.A. , en cambio una salida regulada de 20Vcorriente continua20Vcorriente continua que debe tener en cuenta la caída de tensión en el puente rectificador y las necesidades de entrada del LM317. Entonces tal vez 26VPAQUETE26VPAQUETE en la secundaria. Dividir por 22 para proporcionar una calificación RMS para la secundaria de alrededor de 18.4VC.A.18.4VC.A. . Los caprichos de la regulación del transformador y simplemente aceptaría los 20 originalesVC.A.20VC.A. Empecé con lo de arriba. (O elija el valor del transformador que esté convenientemente cerca).
@jonk Esos son muy buenos puntos, modificaré el diseño. muchas gracias.
Le falta la inductancia de fuga en el modelo del transformador, lo que afectará (negativamente) la regulación del transformador.

Respuestas (2)

Al cambiar las resistencias, en su mayoría solo afecta el voltaje negativo. Es decir, alcanza un pico positivo de 20V pero no llega a un pico negativo de -20V, como 0,01 de salida.

El símbolo de tierra en L2 lo cortocircuita con el otro símbolo de tierra en R3, que es su tierra de salida, lo que hace que los diodos rectificadores sean inútiles. Eliminar el símbolo de tierra en un círculo rojo...

ingrese la descripción de la imagen aquí

Pero me falta entender cómo podría reducir la pérdida de voltaje. Por esto la tensión de pico pierde alrededor de 1V.

1V suena correcto para los diodos rectificadores habituales.

¿Hay mejores diodos para usar como puentes rectificadores?

Puede usar diodos Schottky para una caída de voltaje más baja, pero eso es poco común. En estos días, las fuentes de alimentación lineales como esta se utilizan para un ruido de conmutación bajo. Si le preocupa la eficiencia, obtenga una fuente de alimentación conmutada, eso le ahorrará las pérdidas en el LM317...

C1 es importante para reducir el ruido y al agregar más condensadores, el ruido se reduce.

C1 es la tapa de suavizado... es cargada por los rectificadores y alimenta al regulador cuando los rectificadores no conducen, que es la mayor parte del tiempo, ya que la entrada es AC.

¿Está bien agregar más condensadores antes del regulador de voltaje?

En CA de 50 Hz, los rectificadores cargarán C1 cada 10 milisegundos, los rectificadores permanecerán encendidos durante un par de milisegundos y luego C1 suministrará corriente de carga. Debe haber suficiente capacitancia para que el voltaje no caiga por debajo de lo que U1 requiere para mantener el voltaje de salida regulado en la corriente máxima de diseño, más un poco de margen.

¿Es mejor agregar un capacitor polarizado?

Pregunta rara. El simulador no sabe de gorras polarizadas, pero en la vida real, seguro...

C2 está ahí solo para la caída de voltaje, de lo contrario sería cero.

¿Eh?

C2 es la tapa de salida después del regulador. Maneja la parte de CA de mayor frecuencia de la corriente de carga. Dependiendo del regulador que use, puede ser necesario para la estabilidad, con condiciones de capacitancia y ESR (lea la hoja de datos).

Sin embargo, cambiar C2 a una resistencia, por ejemplo, la señal de entrada al regulador de voltaje tiene muchas más fluctuaciones.

Claro, si pone una carga en el regulador, consumirá corriente, por lo que aumentará la ondulación del voltaje en C1. Esto es normal, como dije anteriormente, C1 debería tener suficiente capacitancia para que el voltaje no caiga por debajo de lo que requiere U1.

El voltaje de entrada al regulador es de ~19 V y la salida es de 12,5 V con fluctuaciones de 10^-5. No entiendo cómo hay una caída de voltaje de 6,5 y, independientemente del voltaje de entrada en el regulador, el voltaje es de 12,5 V.

Es un regulador... regula el voltaje de salida... consulte la hoja de datos LM317, explica cómo elegir R3 y R4 para obtener el voltaje de salida que desea.

Supongo que la pregunta más importante aquí es, ¿es este un buen circuito de suministro de energía?

Seguro que funcionará.

A menos que su carga sea muy sensible al ruido de conmutación, un suministro de conmutación de verrugas de pared será más económico y eficiente.

Gracias por responder. Parece que mi comprensión de esto es mucho menor de lo que esperaba. Gracias de nuevo por aclararlo todo.
Sin embargo, debería haber explicado un poco mejor la parte de la resistencia del regulador. Aunque R3 y R4 determinan el voltaje de salida, hay muchas más fluctuaciones en el voltaje de salida si cambio estos valores. Teniendo en cuenta que estoy usando un regulador de voltaje para mantener un voltaje constante, parece un poco inútil si la señal todavía fluctúa mucho. ¿Cómo podría solucionar esto?
Verifique que el voltaje de entrada al regulador sea lo suficientemente alto. Necesita una caída de unos pocos voltios (es decir, margen) entre la entrada y la salida. Consulte la hoja de datos para conocer el valor exacto.

Teniendo en cuenta que se trata de una fuente de alimentación de red del Reino Unido, ¿qué resistencias de transformador son habituales?

El modelo anterior funciona para un transformador simple. La otra cosa que hace el transformador de red de CA es tener saturación y resistencia de bobina.

Los transformadores de red de CA se saturan por razones de seguridad, esto es difícil de modelar en especia ya que se necesita modelar la saturación , y puede ser difícil determinar los parámetros de las hojas de datos y traducirlos al modelo. Si estuviera haciendo esto yo mismo, probablemente descuidaría la saturación, pero me aseguraría de que el transformador no se sature al extraer una carga máxima. Por ejemplo, una carga de 10W necesita al menos un transformador de 10W, con cierto margen.

La resistencia de la bobina es una fruta al alcance de la mano, una vez que se selecciona un transformador, la resistencia de la bobina se puede agregar al modelo y la pérdida aproximada. La mayoría de las veces, el factor de acoplamiento mutuo no es 1, algo como 0.95 podría ser mejor (los campos marginales causan pérdidas O los transformadores no envían toda su potencia al secundario, los indcutores pueden autocopularse).

Sin embargo, para simular tal cosa en ltpsice, ¿es esta la forma correcta de hacerlo?

Use simulaciones para aumentar su comprensión, pero no para reemplazarla. Asegúrese de comprender todos los aspectos del diseño antes de construir el circuito y conocer el nivel de aproximación. Ningún modelo puede replicar completamente lo que está sucediendo en el mundo físico. Si necesita conocer todas las corrientes dentro de 10 o 100 de mA, creo que el modelo anterior sería aceptable. Si necesitara conocer las corrientes a 1uA, entonces necesitaría un modelo mucho más detallado.

Además, el coeficiente de inductancia es 1, ¿cuál es un valor más razonable?

Una fuga de 0.95 o 5% es más razonable para un número de lado bajo, si realmente necesita precisarlo, compre el transformador que le interesa y mida la inductancia de fuga

¿Está bien agregar más condensadores antes del regulador de voltaje?

Simule el modelo con la carga máxima, si ve una ondulación en la salida, entonces se necesita más capacitancia porque no hay suficiente almacenamiento de energía para generar corriente a través de las caídas del ciclo de CA.

¿Es mejor agregar un capacitor polarizado?

Son más baratos y los electrolíticos vienen en tamaños más grandes que los de cerámica.

Gracias por responder a las preguntas. Esto realmente me ayudó a entenderlo.
Los campos marginales no significan necesariamente que el poder se pierda de alguna manera. Los campos marginales son causados ​​por la inductancia de fuga y esa pérdida de potencia inductiva es cero. Los problemas de regulación del transformador son causados ​​por un acoplamiento no 100%.