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トランスの選定について教えてください。 トロイダルトランスと定電圧レギュレー...

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ID非公開さん

2017/3/714:12:24

トランスの選定について教えてください。
トロイダルトランスと定電圧レギュレーターICを使用したDC18V3A単電源出力のオーディオ用安定化電源を製作したいと考えています。

整流回路はコンデンサーインプットの全波整流です。
レギュレーターで3Vほど降圧するので効率の良い選定をしたいのですがこの場合、使用するトランスは何ボルトの2次側交流電圧のトランスを選べばよいでしょうか?

トランスの定格電力は80VA以上必要になると思いますが探したところ近いもので24Vの製品しか無いようなのですがこれをそのまま使用して発熱などの問題は発生しないでしょうか?
経験乏しく根本的に間違っているかもしれませんがよろしくお願いします。

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fried_turnipさん

2017/3/715:28:19

>24Vの製品しか無いようなのですがこれをそのまま使用して
>発熱などの問題は発生しないでしょうか?
発熱が問題ないようにするのが熱的設計です。

2次電圧が24Vなら平滑すると無負荷電圧は34V近くになります。
負荷をかけた時に最低電圧が18+3=21Vを下回ると定電圧で
なくなってしまいますから、最低電圧が21Vを下回らないような
平滑回路を設計する必要があります。

最低電圧を22Vとするなら平均電圧は(34+22)/2=28V なので、
定電圧レギュレータの損失は (28-18)×3=30W
この損失に耐えられるような放熱設計が必要になります。

トランスに必要な許容電力は最低 28×3=84VA となります。
30%程度の余裕をみると、84/0.7=120VA 程度になるので、
トランスの2次側は 24V 5A となります。


18V出力のトランスだと平滑した時の無負荷電圧は25V程、
最低電圧が23Vを下回らないような平滑回路にすれば、
平均電圧は (25+23)/2=24V なので、
定電圧レギュレータの損失は (24-18)×3=18W
大幅に低下できます。

トランスに必要な許容電力は最低 24×3=72VA
余裕を見ると、72/0.7=103W
トランスの2次側は 18V 6A となります。


平滑回路設計も放熱設計も設計計算は決して難しくありませんが、
現実的で実用的な設計を行うには上記も含めて何度もやり直して、
設計者の納得するバランスを探すことになります。


一般にオーディオ用安定化電源と効率とは相容れない要求事項です。
電気的に静かな電源を求めるなら効率は低下します。
効率を求めるなら電気的に騒々しい電源になります。
両方を求めるとコストが上がります。
設計するとはこれらの現実的なバランスを決める仕事と言えます。

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    質問者

    ID非公開さん

    2017/3/716:04:34

    回答ありがとうございます。
    具体的な計算例を挙げていただき分かりやすいです。

    結局のところ出力電圧に合わせたトランスを選定して後は放熱で対応するしか無いということでしょうか?

    他の回答者さんが書かれている抵抗を入れて降圧する方法は何か問題が発生しますか?

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質問した人からのコメント

2017/3/7 20:14:50

具体的で分かりやすかったです。
設計に関する考え方など参考になりました。

ベストアンサー以外の回答

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2017/3/719:14:06

トランスの容量の計算をします。難しいかも知れません。
オーディオ自作記事を書いている雑誌の執筆者の中にも全く理解していない人が多いのですが、暫くおつきあいください。

ものすごく大雑把な話をしましょう。

全波整流コンデンサーインプットで、コンデンサーの容量が十分、トランスやダイオードの損失は小さいとすると、商用電源と比例した正弦波の山のてっぺんでコンデンサーに充電電流が流れ、その瞬間以外は、コンデンサーから負荷に放電されるわけです。添付図をご覧ください。
このてっぺんの充電時間が、全体の1割だとしましょう。図で赤く斜線をひいた所がコンデンサーに充電電流を供給する時間です。

t=T/10

そうすると、その1割のところでは、平均して負荷に流れる電流(3A)の10倍の値の電流(30A)となります。
巻線の発熱は、電流の2乗に比例しますから、100倍となります。そしてその発熱している時間が10倍。つまり、平均すると、交流3Aを取り出したときの10倍の発熱があることになります。一般に許容温度上昇は60℃前後。それの10倍となれば、もちろん現在主流の絶縁被覆は炭化し、すぐに火を噴きます。

24Vを全波整流すると24×√2で34V。これに3Aを掛けると、約100VA程度。すでにこれで80VAは間違いであることが分かりますが、発熱で考えると、1000VA級でなくてはならないという結論です。

トランスの定格をご覧になって2次側の電流が「整流、平滑したあとの直流電流」という表示であれば、それを参考にしてください。

http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1317056019...

では、いかにも専門家風の方でも大きな間違いをしています。
triode_amplificationさんと小生以外は、間違いなんですが、それらの間違いは、有名技術誌執筆者の記事にもよく出てきます。

実際には、トランス巻線の抵抗などがあって、全体の1割より長い時間トランスに電流が流れることが多いのですが、交流の表示であれば、倍程度以上のものを使うか、電流制限抵抗または、電流制限回路を用います。

ダイオードと平滑用のケミコンの間に抵抗を入れると、ピーク電流が小さくなるため、トランスの発熱を減らすことができます。

詳しい計算をして御覧に入れることもできますが、その前に、18V3Aという電源は一体何に使うのか、ぜひお聞きしたいと思います。
例えば信号処理の殆どの部分は、正負電源の方が良いサウンドを出しやすく、そして、あまり電流は必要とはしません。
電源に余裕がある方が良い音がするなんて、思い込みがあったら、それは錯覚です。

http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1317105971...
のご質問者様は、10倍もの電流で設計なさろうとしていました。

そちらに書いた言葉を再掲します。よくお考えください。
=================================
大電流用の設計をして、ほんの少ししか電流を取り出さないと、商用電源の山のピークのほんの一瞬だけしか整流に寄与しなくなるのですが、そうなると電源に重畳する高い周波数成分のノイズが平滑用抵抗やチョークコイルで除去できなくなります。
=================================


本当に必要な電流を御示しいただければ、もう少し親切に助言させていただけます。

トランスの容量の計算をします。難しいかも知れません。...

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sol********さん

2017/3/715:16:54

理想は21Vですが24Vしか入手できないのであればトランス出力に1Ω10Wのセメント抵抗でも入れておけばICに対する負担が減ります。

R=(24V-21V)/3A=1Ω、P=(24-21)V×3A=9W

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