Transformator 18V 500VA do zasilacza radiostacji KF 13,8V 20A – dobór napięcia i mocy

Pytanie

Jakie napięcie transformatora do zasilacza do radiostacji krótkofalarskiej

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Dla typowej radiostacji KF (13,8 V DC, 20–25 A) zalecany jest transformator sieciowy 50 Hz o napięciu wtórnym ≈ 18 V AC (najczęściej w postaci 2 × 9 V łączonych szeregowo).
• Przy mniejszych prądach (≤ 10 A) lub gdy zastosujesz stabilizator LDO / diody Schottky, można rozważyć 16 V AC; 15 V AC jest najczęściej zbyt niskie w skrajnych warunkach (-10 % U​n sieci).
• Moc: ok. 25 VA na każdy amper prądu wyjściowego DC; dla 100-watowego TRX-a (20 A) praktycznie 450 – 500 VA.

Kluczowe punkty
• 13,8 V DC to standard dla sprzętu KF.
• Należy uwzględnić spadek na mostku, tętnienia, dropout stabilizatora i wahania sieci.
• 17–18 V RMS bez obciążenia daje bezpieczny zapas przy 230 V -10 %.

Szczegółowa analiza problemu

1. Założenia projektowe

V_OUT = 13,8 V (± 5 %), I_MAX = 20 A (100 W TRX), sieć 230 V ±10 %, klasyczny zasilacz liniowy z mostkiem Graetza i filtrem C-LC.

2. Budżet napięciowy

1. Spadek na diodach mostka (krzem)
    V_D ≈ 2 × 0,9 V = 1,8 V.
2. Dropout stabilizatora liniowego (tranzystor szeregowy / LM338 itp.)
    V_DO ≈ 3 V (zapas).
3. Tętnienia po filtrze (100 Hz):
    ΔV = I / (f · C).
    Przy I=20 A, C=100 000 µF → ΔV ≈ 2 V_{pp}.
4. Minimalne napięcie na kondensatorze:
    V_C,min = 13,8 + 3 = 16,8 V.
5. Szczyt: V_C,peak = 16,8 + 2 = 18,8 V.
6. Napięcie szczytowe wtórne przy min. napięciu sieci:
    V_{sec,pk,min} = 18,8 + 1,8 = 20,6 V.
7. RMS przy min. sieci:
    V_{sec,RMS,min} = 20,6 / √2 ≈ 14,6 V.
8. Przeliczenie na U_{nom} (230 V / 207 V ≈ 1,11):
    V_{sec,RMS,nom} ≈ 16,2 V.
9. Regulacja transformatora (10 %):
    V_{no-load} = 16,2 V / 0,9 ≈ 18 V RMS.

Wniosek: transformator znamionowo 18 V AC spełnia warunki pracy nawet przy 207 V w sieci.

3. Wpływ obniżenia lub podwyższenia napięcia

• 15–16 V AC może wystarczyć przy:
 – stabilizatorze LDO (dropout 1 V),
 – diodach Schottky (spadek 0,5 V × 2),
 – pojemności ≥ 150 000 µF,
 ale margines bezpieczeństwa maleje.
• 20 V AC zwiększa straty cieplne: P_{straty} ≈ (V_in – 13,8) · I ≳ 120 W przy 20 A → konieczny większy radiator lub aktywne chłodzenie.

4. Wymiarowanie mocy

P_{DC} = 13,8 V · 20 A = 276 W.
Uwzględniając współczynnik formy prądu prostownika (1,3–1,4):
S_{trafo} ≈ 1,3 · 276 ≈ 360 VA.
Dla komfortowej pracy i rezerwy cieplnej przyjmuje się 450–500 VA (≈ 25 VA/A).

5. Topologia impulsowa

Coraz powszechniej stosuje się zasilacze SMPS 13,8 V/30–40 A z aktywnym PFC; transformator sieciowy 50 Hz zastępuje transformator HF 30-100 kHz. Pozwala to zmniejszyć masę 5-krotnie, ale wymaga filtrów EMI, by nie wprowadzać QRM (zakłóceń) w paśmie radiowym.

Aktualne informacje i trendy

• Rynek oferuje gotowe SMPS klasy “low noise” (np. Mean Well HRP-600-15, SEC-1235) – poziom tętnień < 20 mV pp, EMI zgodne z EN 55022 kl. B.
• Linearne zasilacze toroidalne nadal preferowane w contestach UKF/HF ze względu na absolutne minimum zakłóceń (RFI).
• Pojawiają się hybrydy: toroid + przetwornica krok-w-dół (pre-regulator) redukująca straty na stabilizatorze liniowym.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Toroid vs EI: toroid ma mniejsze pole rozproszone => mniej brumu, ale większy prąd rozruchowy – miękki start (NTC, układ opóźnionego załączenia).
• Schottky 40CPQ / MBR4045 zmniejszą stratę o ~0,8 V.
• Radiator dla stabilizatora: R_{th} < 0,6 K/W + wymuszony przepływ powietrza; temperaturę złącza ≤ 125 °C.
• Kondensatory ≥ 25 V, niski ESR; układ CRC lub LC poprawia ΔV i tłumienie szumów.

Aspekty etyczne i prawne

• Zgodność z LVD (2014/35/UE) i EMC (2014/30/UE); w Polsce deklaracja CE.
• W przypadku SMPS – obowiązek ograniczenia emisji przewodzonych (< 2 mV p-p w paśmie 150 kHz-30 MHz).
• Bezpieczeństwo: uziemienie obudowy, bezpieczniki pierwotny + wtórny, dystans > 6 mm między uzwojeniami.

Praktyczne wskazówki

• Stosuj 2 × 9 V/500 VA toroid + przełącznik 115/230 V, NTC 5 Ω/25 A w szereg na pierwotnym.
• Mostek KBPC-3506 na radiatorze z pastą silikonową.
• Soft-start: przekaźnik 230 V + rezystor 47 Ω/10 W.
• Gwiaździsta masa: punkt wspólny filtrów C oraz GND PCB.
• Testy: pomiar tętnień przy I_MAX oscyloskopem (AC-coupling 20 MHz), badanie spadku napięcia przy 207 V AC.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Niektóre nowsze końcówki mocy (PA) pracują z 50 V DC – wymagają innego zasilacza.
• Urządzenia QRP (< 5 W) zadowolą się 5 A i trafem 120 VA (15–16 V AC).
• Wysokie prądy prostownika powodują dudnienie sieci (oddziaływanie na inne odbiorniki) – rozważ LC‐input (dławik 2–3 mH).

Sugestie dalszych badań

• Analiza zasilaczy rezonansowych LLC 400 kHz o ultra-niskim EMI.
• Zastosowanie synchronicznego prostowania MOSFET-ami (spadek 0,05 V) – 5 % wzrost sprawności.
• Monitorowanie napięcia sieci IoT (ESP32 + MQTT) i automatyczne przełączanie uzwojeń 2 × 9 V ↔ 2 × 8 V.

Krótkie podsumowanie

Do klasycznego liniowego zasilacza 13,8 V/20 A bezpiecznym wyborem jest transformator toroidalny 18 V RMS, 450–500 VA. Zapewnia on wymagany zapas napięcia przy spadkach sieci i umożliwia stabilizację bez ryzyka przekroczenia strat cieplnych. Niższe napięcia (15–16 V) są dopuszczalne tylko przy zastosowaniu elementów o małym spadku (LDO, Schottky) i bardzo dużej filtracji. W zastosowaniach mobilnych lub masowych coraz częściej stosuje się niskoszumowe zasilacze impulsowe z aktywnym PFC, jednak w środowisku contestowym transformator 50 Hz pozostaje standardem ze względu na minimalne zakłócenia RF.