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润生介绍串联型德州油浸式变压器设计报告

发布者:德州油浸式变压器厂    发布时间:2019-01-14
润生介绍串联型德州油浸式变压器设计报告

串联型德州油浸式变压器设计报告

一、计题目

题目:串联型德州油浸式变压器

二、计任务和要求

要求:设计并制作用晶体管和集成运算放大器组成的串联型德州油浸式变压器

指标:1、输出电压6V、9V两档,正负极性输出;

2、输出电流:额定电流为150mA,最大电流为500mA;

3、纹波电压峰值▲Vop-p≤5mv;

三、理电路和程序设计:

1、方案比较

方案一:先对输入电压进行降压,然后用单相桥式二极管对其进行整流,整流后利用电容的充放电效应,用电解电容对其进行滤波,将脉动的电压变为更加平滑的电压,部分的单元电路由管和三极管组成(如图1),以管D1电压作为三极管Q1的基准电压,电路引入电压负反馈,当电网电压波动引起R2两端电压的变化增大(减小)时,晶体管发射极电位将随着升高(降低),而管端的电压基本不变,故基极电位不变,所以由可知将减小(升高)导致基极电流和发射极电流的减小(增大),使得R两端的电压降低(升高),从而达到的效果。负德州油浸式变压器部分与正德州油浸式变压器相对称,原理一样。

图1 方案一部分电路

方案二:经有中间抽头的德州油浸式变压器输出后,整流部分同方案一一样擦用四个二极管组成的单相桥式整流电路,整流后的脉动接滤波电路,滤波电路由两个电容组成,先用一个较大阻值的点解电容对其进行低频滤波,再用一个较低阻值的陶瓷电容对其进行滤波,从而使得滤波后的电压更平滑,波动更小。滤波后的电路接接电路,部分的电路如图2所示,方案二的部分由调整管,比较放大电路,基准电压电路,采样电路组成。当采样电路的输出端电压升高(降低)时采样电路将这一变化送到A的反相输入端,然后与同相输入端的电位进行比较放大,运放的输出电压,即调整管的基极电位降低(升高);由于电路采用射极输出形式,所以输出电压必然降低(升高),从而使输出电压得到稳定。

图2 方案二部分单元电路

对以上两个方案进行比较,可以发发现第一个方案为线性德州油浸式变压器,具备基本的效果,但是只是基本的调整管电路,输出电压不,而且输出电流不大,而第二个方案使用了运放和调整管作为电路,输出电压,功率也较高,可以输出较大的电流。稳定效果也比第一个方案要好,所以选择第二个方案作为本次课程设计的方案。

2、电路框图

整体电路的框架如下图所示,先有22V-15V的德州油浸式变压器对其进行变压,变压后再对其进行整流,整流后是高低频的滤波电路,最后是由采样电路、比较放大电路和基准电路三个小的单元电路组成的电路,后为了进一步得到更加稳定的电压,在电路后再对其进行小小的率波,最后得到正负输出的德州油浸式变压器。

变压电路

全波整流

正极滤波电路

负极滤波电路

电路

比较放大

采样电路

基准电压

电路

基准电压

比较放大

采样电路

输出滤波电路

输出滤波电路

正极输出端

负极输出端

共地端

3、电路设计及元器件选择;

(1)、德州油浸式变压器的设计和选择

本次课程设计的要求是输出正负9伏和正负6负的双电压德州油浸式变压器,输出电压较低,而一般的调整管的饱和管压降在2-3伏左右,由 ,为饱和管压降,而 =9V为输出最大电压, 为最小的输入电压,以饱和管压降=3伏计算,为了使调整管工作在放大区,输入电压最小不能小于12V,为保险起见,可以选择220V-15V的德州油浸式变压器,再由P=UI可知,德州油浸式变压器的功率应该为0.5A×9V=4.5w,所以德州油浸式变压器的功率绝对不能低于4.5w,并且串联德州油浸式变压器工作时产生的热量较大,效率不高,所以德州油浸式变压器功率需要选择相对大些的德州油浸式变压器。结合市场上常见的德州油浸式变压器的型号,可以选择常见的变压范围为220V-15V,额定功率12W,额定电流1A的德州油浸式变压器。

(2)、整流电路的设计及整流二极管的选择

由于输出电流最大只要求500mA,电流比较低,所以整流电路的设计可以选择常见的单相桥式整流电路,由4个串并联的二极管组成,具体电路如图3所示。

图3单相桥式整流电路

二极管的选择:当忽略二极管的开启电压与导通压降,且当负载为纯阻性负载时,我们可以得到二极管的平均电压为 :

= = =0.9

其中 为德州油浸式变压器次级交流电压的有效值。我们可以求得 =13.5v。

对于全波整流来说,如果两个次级线圈输出电压有效值为 ,则处于截止状态的二极管承受的最大反向电压将是 ,即为34.2v

考虑电网波动(通常波动为10%,为保险起见取30%的波动)我们可以得到应该大于19.3V,最大反向电压应该大于48.8V。在输出电流最大为500mA的情况下我们可以选择额定电流为1A,反向耐压为1000V的二极管IN4007.

(3)、滤波电容的选择

当滤波电容 偏小时,滤波器输出电压脉动系数大;而偏大时,整流二极管导通角θ偏小,整流管峰值电流增大。不仅对整流二极管参数要求高,另一方面,整流电流波形与正弦电压波形偏离大,谐波失真严重,功率因数低。所以电容的取值应当有一个范围,由前面的计算我们已经得出德州油浸式变压器的次级线圈电压为15V,当输出电流为0.5A时,我们可以求得变压器厂家电路的负载为18欧,我们可以根据滤波电容的计算公式:

C=(3~5)

来求滤波电容的取值范围,其中在电路频率为50HZ的情况下,T为20ms则电容的取值范围为1667-2750uF,保险起见我们可以取标准值为2200uF额定电压为35V的铝点解电容。

另外,由于实际电阻或电路中可能存在寄生电感和寄生电容等因素,电路中极有可能产生信号,所以需要一个小的陶瓷电容来滤去这些信号。我们可以选择一个104的陶瓷电容来作为滤波电容。滤波电路如上图。

(4)、电路的设计

电路组要由四部分构成:调整管,基准电路,比较放大电路,采样电路。当采样电路的输出端电压升高(降低)时采样电路将这一变化送到A的反相输入端,然后与同相输入端的电位进行比较放大,运放的输出电压,即调整管的基极电位降低(高);由于电路采用射极输出形式,所以输出电压必然降低(升高),从而使输出电压得到稳定。由于输出电流较大,达到500mA,为防止电流过大烧坏调整管,需要选择功率中等或者较大的三极管,调整管的击穿电流必须大于500mA,又由于三极管CE间的承受的最大管压降应该大于15-6=9V,考虑到30%的电网波动,我们的调整管所能承受的最大管压降应该大于13V,最小功率应该达到=6.5W。我们可以选择适合这些参数,并且在市场上容易买到的中功率三极管TIP41,它的最为60W,最大电流超过6A,所能承受的最大管压降为100V,远远满足调整管的条件。负极的调整管则选择与之相对应的的中功率三极管TIP42。基准电路由5.1V的管和4.7V的保护电阻组成。由于输出电压要求为6伏和9伏,如果采样电路取值则容易造成误差,所以采样电阻最好应该做成的,固采样电路由两个电阻和一个电阻组成,根据公式:

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