250A全桥逆变式手弧焊机主电路及驱动电路电源的设计.doc
250A全桥逆变式手弧焊机主电路及驱动电路电源的设计
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250A全桥逆变式手弧焊机主电路及驱动电路电源的设计,毕业设计论文
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XX 大学 学生毕业论文（设计） 题 目： 姓 名 学 号 系 部 专 业 指导教师 年 月 日 XXXX 大 学 nts 250A全桥逆变式手弧焊机主电路及驱动电路电源的设计 设计专题： 1、 主电路及驱动电路设计 2、 控制电路及控制电源设计 设计条件： 1、 电源电压： 220V，电源频率： 50Hz 2、 逆变频率： 20KHz 3、 输出空载电压： 70V 4、 输出电流： 25250A 5、 输出外特性：陡降带内拖 6、 暂载率： 60% 设计内容及要求： 1、 统整体方案的可行性分析 2、 逆变主电路的工作原理与元件选择 3、 逆变控制电路的工作原理与元件选择 4、 控制电路及驱动电路工作原理与元件选择 5、 绘制有关原 理图 设计任务 6、 设计的电路原理总图一张（ 1#图纸） 7、 设计者对所选专题提交所设计的原理图一张（ 1#图纸） 8、 提交说明书一份 nts设计说明书要求 1、 目录 2、 主电路及各分电路原理分析 3、 设计计算过程 9、 收获体会 10、 参考书目 设计步骤 11、 计中涉及的基础知识补课 12、 查找和阅读有关资料 13、 讨论设计方案 14、 熟悉原理图和印刷电路板图设计软件，对所选专题进行设计 进度安排 周次 设计内容 备注 1 熟悉课题，收集资料，补相关的基础课 23 1、 继续熟悉有关资料 2、 总体方案设计 第三周组织一次讨论 nts3、 确定主电路形式 4、 确定各电路的逻辑 方框图 45 1、 进行计算，选取元器件参数 2、 选择元器件 3、 设计总体图 4、 设计各所选专题的原理图 67 1、 熟悉电路设计软件，完成所选的电路原理图的设计和相应电路板的计算机设计 2、根据所选专题完成 1#图纸的设计 至少要完成一张原理图的计算机设计和 1#图纸的设计 89 1、 整体全部设计图纸 2、 撰写设计计算说明书 10 答辩 nts 毕业设计任务书 指导教师 :吴宪平教授 摘 要： 本文主要介绍了全桥逆变氩弧焊主 电路的结构及设计方法。并对其主电路进行了设计， IGBT 管在弧焊中的应用，在国内还是处于领先水平， TIG（即氩弧焊）自 1982 年我国华南理工大学的学者在德国首次研制出世界上第一台场效应管式弧焊逆变器实验样机。 1989 年又出现新的大功率开关元件 IGBT， 1990 年华南理工大学研制出 IGBT 弧焊逆变器 关键词 输出特性；主电路；驱动电路；焊机； 绝缘栅双极晶体管 Single Control of Output Characteristics of an Inverter Shielded Arc welder wuwei （ Changsha University,Changsha China 410003） summary Designing and accounting control circuit and drive circuit in IGBT Control of Output Characteristics of an Inverter Shielded Arc welder， and their Working principles are analyzed key word Output characteristic； main circuit； drive circuit； welder； IGBT nts 前 言 ： 电力电子技术的高速发展，促进了器件、电路及其控制技术向着集成化、高频化、全控化、电路弱电化、控制技术多功能化的方向发展。电力电子技术的发展史促进了逆变技术的发展。目前，逆变技术广泛应用于电机驱动。变频调速、不间断电源、电化学、电焊机、电力静止变换、电加热设备等工业领域的产业发展。极大的推动了这些领域的产业发展。在电焊机行业，由于逆变技术的 应用，电焊机一改昔日粗大、笨重、耗能的缺点，成为节能、轻巧、性能更优的新型焊机，从而使逆变焊机成为今后的发展方向之一。 逆变式焊机与传统焊机相比，具有高效节能 (约 20 35 )、省材 (约 80 90 )、轻巧 (输出 l A焊接电流，传统焊机需 0 5l kg 制造材料，而逆变式只需要 0 06 0 12 kg)，而且动态特性和控制调节特性好、制造过程占地少、且加工量少等特点。因而它在国内得到迅速的推广应用。 1.1、 国内外逆变式焊机发展与应用现状 现代焊接设备的发展与电力电子技术和器件的发展密切相关。 50 年代末，功率半导体二极管开始用于焊接电源，所构成的弧焊整流器明nts显优于弧焊发电机。 70 年代初，由晶闸管（ SCR）构成的可控整流式弧焊机的出现标志着现代电力电子技术开始进入焊接电源设备领域。SCR弧焊机的电气特性和工艺特性优于二极管整流弧焊机，是当时广泛应用的一种重要焊接电源设备。 70 年代中到 80 年代中，性能优良的自关断电力电子开关器件：功率晶体管（ GTR），功率场效应管（ MOSFET），绝缘栅晶体管（ IGBT），可关断晶闸管（ GTO）等相继出现。 70 年代末开始出现晶闸管式逆变弧焊机并主要应用于 TIG和手工电弧 焊，后来又推广到 CO 2 、 MAG 等焊接方法和切割。 1982年，华南理工大学访问学者在德国首先研制成功场效应管式弧焊逆变器，其应用领域从 TIG到手工电弧焊、气体保护焊以及切割，促进了焊接设备更新换代的发展 .。 80年代末又出现 IGBT式逆变焊机，主要应用于各种电弧焊和切割。以功率晶闸管、晶体管、 MOSFET、 IGBT等为开关器件的新一代弧焊逆变器，采用高频 PWM开关技术和微电子控制技术，淘汰了笨重的工频变压器和笨拙的电磁控制方式。它不仅具有高效节能、体积小、重量轻、多功能、多用途等优点，而且具有良好的动、静 态特性和工艺特性。因而，新一代的弧焊逆变器自问世以来，受到广泛的重视，发展迅猛。 1989年世界焊接与切割博览会（埃森博览会）上有 30 多家厂商展出了弧焊逆变器。 1993 年的埃森会上，绝大多数的厂商都展出了弧焊逆变器及设备。据 IIW XIIC 1993年 11 月所作的调查，逆变式焊机在日、美、欧等地使用的焊机中占17%，其中在气体保护焊和 TIG焊中占 30%以上。到了 1996 年，日本日立公司的 IGBT逆变焊机已占 MIG/MAG焊机的 70%，占 TIG 焊机的nts95%以上，占切割机的 100%，日本松下，大阪变压器公司的逆变 式焊机都超过 50%。以 IGBT， MOSFET等为开关器件的弧焊逆变器，有着广泛的应用前景，是当前国际焊接电源设备发展的主流和方向。 在我国，逆变式焊机的研究工作始于 80 年代初，紧跟国际研究开发的进程，水平差距也不大，已形成三代产品。第一代是以 SCR 为主开关器件的弧焊逆变器，其逆变频率为 2000-5000Hz。第二代是以GTR 或 MOSFET为主开关器件的弧焊逆变器，其逆变频率为20kHz-50kHz。第三代为 IGBT 弧焊逆变器，逆变频率为 20kHz-30kHz。到 90 年代初，多个规格的一、二、三代的弧焊逆 变器已在多所高校和研究所研究成功，并逐渐进入小批量生产，但大批量生产和大面积推广应用逆变式焊机却比较缓慢。能进行批量生产厂家为数不多，并开始于大约 90年代中后期。 1 2、逆变式弧焊机的优点 与弧焊变压器，直流弧焊发电机、弧焊整流器几种弧焊电源比较，逆变式弧焊机具以下几个突出优点。 1 2 1 重量轻，体积小 根据变压器的基本公式： 一 nts式中 电压； 频率； 绕组匝数； 铁芯截面积； 铁芯中磁感应应强度的最大值 逆变式弧焊机电 源的逆变频率一般达几千赫到几十千赫，比工频提高了几十至上千倍，而电压为一常数，那么就降低到工频时的几十分之一到上千分之一因而逆变式弧焊电源的主变压器重量很轻逆变式弧焊电源的总重量可以做到同等电流容量的其它类型的弧焊电源的十分之左右由于重量轻，体积也大大减少 1 2 2、功率因数高 因为逆变式弧焊电源是将交流电源直接整流，并接有滤波电容器，同时主变压器体积小，绕组匝数少，因而漏感小，加之输出回路的电感很小，故功率因数可以做得很高，甚至可以做到以上，即 1 2 3、高效节能 1 2 3 1、空载损耗极小 一般焊接电源空载损耗约为几百瓦到几千瓦，而逆变式弧焊机的nts空载损耗仅为几十瓦，其原因是空载时除了维持一台小风扇作冷却外，其它电路基本上不工作。 1 2 3 2、效率高 由于逆变式弧焊机的控制功率较小，大功率开关元件处于开一关状态，其上的功率损耗很小同时，由于主变压器很小，绕组匝数少，铜铁总量减少后，铜损铁损也相应下降，所以逆变式弧焊机的效率可达 。 1 2 4、具有良好的动特性和弧焊工艺性能 它通过电子控制电路保证 整机持有良好的动特性，而且根据不同的焊接要求，设计出合适的外特性，从而满足弧焊工艺的需要，可作各种位置的焊接 1 3、逆变焊机设计的意义 逆变式焊机具有独特的优点，在国内外已普遍得到公认，且正在全面推广应用 国内有些技术力量雄厚、研发基础好、生产经验丰富的单位和企业、已 较好地解决了逆变式焊机的没计、制造丁艺以及产品可靠性、安全性等问题。然而，在进入全面推广应用中，还有不少研发单位和企业尚未很好地把握产品的可靠性、稳定性和质量。再之，即使已把握了产品质量可靠性和稳定性的研发单位和企业，随着输出功率 的增大、对焊接性能要求的提高以及优化性能价格比等需求，也需利用新的功率器件和数字化技术，进一步提高产品性能，使产品不断升级，充分发nts挥逆变式焊机的优越性，如此等等，都要求逆变式焊机技术进一步发展。 1 4、设计的目的 1、 对课本上所学的知识进一步加深和巩固。 2、 了解逆变焊机的工作原理。 3、 学会分析电路、设计电路的方和步骤。 4、 培养学生一定的动手与制图能力。 二 250A 手弧焊机的设计 2 1、总原理框图 图（ 1） 工作原理：如图（ 1）所示输入端为 50Hz、 220V 交流电，经整流滤波后得到 310V 左右逆变电路所需的较 平滑的直流电流。再由逆变主电路中的两组大功率开关电子器件（ IGBT）的交替开关作用变成几千至十几万赫的中高频高压电，再经（中）高频变压器降至适合于焊接的几十伏低电压，并借助于电子控制驱动电路和给定反馈电路（ M、 G、N 等组成），以及焊接回路的抗阻，获得弧焊工艺所需的外特性和动nts特性。经输出整流器整流和电抗器 C 的滤波，把（中）高频交流变换成为直流输出。 2 2、主电路的设计 : 2 2 1、主电路原理图： 2 2 2、主电路工作原理 : 开关 K11， K12 闭合，为主电路输入 220V， 50Hz 交流电流，经全 桥整流器（ ZL11），滤波网络（ C11,R12,C12） ,得到约 308V 的直流电流，再经全桥式连结的逆变电路（ V11、 V12、 V13、 V14、 T11）、二次整流电路（ D19、 D110）得到高频低压适合焊接的电流。详细说明如下： 2 2 3、整流滤波部分电路参数的意义及工作原理。 整流滤波部分电路图： 为提高焊机的工作效率， ZL11 部分采用全桥式连结。 R11 为启动电nts阻，因焊机启动时要给后面的滤波电解电容 C11 充电。为避免过大的开机浪涌电流损坏开关及触发空开跳闸，在开机时接入启动电阻，用以限制浪涌电流。开关接 通之后，电流通过启动电阻给滤波电解电容充电，当电容电压达到一定值时，辅助电源开始工作提供 24V 电，使继电器吸合，将启动电阻短路。在关机以后，滤波电容中存有很高电压，为了安全，用电阻 R12 将存电放掉。 C12为高频滤波电容，因在高频逆变中，需要给开关管提供高频电流，而电解滤波电容因本身电感及引线电感的原因，不能提供高频电流，因此需要高频电容提供。 经 ZL11， C11，整流滤波后电流波形比较图如下： 2 2 4、逆变部分电路参数的意义及工作原理 逆变部分电路图： 图中各器件的作用： ntsV11、 V12、 V13、 V14 组成全桥逆变器，在驱动信号作用下，将 308V直流转变成 200KHz（ 20 万赫兹）的交流电。 C17 为隔直电容，全桥电路由于存在偏磁现象，降低了其工作的安全性和可靠性。在全桥电路中，由于多种因素（如功率开关管的饱和压降、存储时间及控制电路的输出脉宽等不可能完全一致，反馈回路也可能引起不对称）导致 2个半周内加在变压器上的电压脉冲的“伏 -秒”数不相等，从而 2 个半周内磁通变化的幅度也不相同，在一个方向逐渐增大，全桥电路工作在不平衡状态，发生单向偏磁。如无抗偏磁措施，容易引起高频变压器心饱和，励磁电流急 剧增加，将会导致与其连接的功率开关管承受极大的电流而损坏。研究中通过先择合理的变压器磁心工作磁通密度，并在变压器一侧加入隔直电容，解决了这一问题。变压器的作用是将 311V的高压变换成适合电弧焊接所需要的几十伏的低压。 全桥逆变器工作原理 nts全桥逆变器每个工作周期分四个时段，分别为 t1、 t2、 t3、 t4，其工作原理如下： t1 时段 V11、 V14 导通， V12、 V13关断 电流方向：正极 V11 C17 变压器 V14 地 t2 时段 V11、 V14、 V12、 V13关断 无电流 t3 时段 V11、 V14关断， V12、 V13导通 电流方向： 正极 V12 变压器 C17 V13 地 t4 时段 V11、 V14、 V12、 V13关断 无电流 从上述分析看，在 t1 与 t3 时段里，流过变压器 T 的电流方向正好相反，也就是将直流电变成了交流电 全桥逆变器工作原理波形图 : 2.2.5、 IGBT的选择： 绝缘栅双极晶体管（ Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）是 MOSFET与 GTR 的复合器件，因此，它既具有 MOSFET的工作速度快、输入阻抗高、驱动电路简单、热温度性好的优点，又包含了 GTR的载nts流量大、阻断电压高等多项优点，是取代 GTR 的理想开关器件。从1986 年至今，尤其是近几年来 IGBT 发展很快，目前已经被广泛地应用于各种逆变器中。 因为 V11， V14 和 V12， V13 轮流导通 ， IGBT 的的额定电压就是其允许的最高集射电压 ,用CERV,表示 ,也称为 IGBT 的耐压。 本电路中整流滤波后输出的最高电压为 342max V，因此要求每对 IGBT 的耐压值为 342V以上，额定电流在 30A以上，在此选择 IGBT型号如下表： 编号 型号 生产产家 单元数 规格 数量 V11 V14 6MBI100L-060 富士 2 600V 100A 2 内部过电压的防护： 图（ 5）中 D11、 D14、 D15、 D18 为钳位二极管。 当关断尖峰电压超过电源电压时，相应的二极管导通将其钳位在输入电源电压上，亦即将尖峰 电压限幅。从而保护了 IGBT 器件。因此钳位二极管必须具有 IGBT同等的耐压，并有较快的开通速度。 图（ 7）为开关辅助电路。二极管 D12的作用是阻止电容 C13 在 IGBT 开通瞬间通过小阻值电阻放电，而通过阻值较大的 R13 放电，以减小 IGBT 开通时的nts负担。在 IGBT 关断时，通过二极管 D12 给电容充电，以降低 IGBT集电极的电压上升速率 du/dt。这样就将开关损耗从 IGBT 转移到了电阻 R13 上。 2 2 6、整流滤波电路参数的计算及其元器件的选择： 逆变手弧焊机电弧电压为 : VIUf 302 5 004.02004.020 则焊接功率为 : WUIP 7 5 0 02 5 030 由于逆变式弧焊机的控制功率较小，大功率开关元件处于开一关状态，其上的功率损耗很小同时，由于主变压器很小，绕组匝数少，铜铁总量减少后，铜损铁损也相应下降，所以逆变式弧焊机的效率可达 % %。 在这里我们取效率为 80%。 则经整流滤波后，输入逆变电路的功率为： WPPd 9375%80/ 工频电流为 220V 50Hz，经硅桥整流及 RC滤波后直流电压为： VUU fd 3112 则整流滤后 输出峰值电流为： AUPIddd 303 1 1/9 3 7 5 由于电网频率为 50Hz，则输出频率为 100Hz； msfT 1010011 要得到一个大的时间常数，即 RLC 必须大于 10ms 至少为其 10 倍以上，即 RLC 不小于 100ms。 满足此条件时，全波整流器可应用下列公式： 输出电压 ： PDC VCV )R/(0 0 4 1 7.01 Lnts取 RLC=150ms；则 VDC 302v； 即输出 VDC=300v 单相整流，滤波电路的时间常数必须为纹波中基波周期时间的 6倍以上， 即 ： FUICCRddddd31072.779.53 1 1301 0 0861 0 0861 0 086整流滤波电路的最大输出电压 (考虑 10%的网压波动 )为： VV 3 4 2%)101(3 1 1m a x 因此要求电解电容的最大耐压值为 342V。 故选用电解电容为 342V 8000 F就足够了。 2 2 7、逆变电路参数的计算及其元器件的选择： 如图（ 5）所示， V11 和 V14 同时导通， V12和 V13 同时导通。同时加在一组 IGBT 上的电压加 上隔直电容的电压为整流滤波后的电压（ 311V），因此加在每个 IGBT上的电压为 V11=V12=V13=V14=（ 311-VC17）/2。整流滤波后的峰值电流为 30A。因此 IGBT 应选电压高于 155.5V，电流高于 30A。 图（ 5）中 C17为隔直电容，电容值由下式可以计算。 )(410222 LnLfCrrb 式中 rL 为变压器漏感；0L为输出电感； n 为变压器原边 与副边匝数比；rf 为隔直电容谐振频率。为使隔直电容不致影响零压转换过程和输出电 压， 其谐振 频率 rf 应 大大 低于开 关频 率ef，研 究中 取KHzff er 105.0 。 nts则： 1bC电容工作电压近似为 bpec CITV 2/式中pI为原边电流；ee fT /1为逆变频率。 开关辅助电路参数的选择： 为了电容能够完全的充放电，应使其周期小于 T/6； 6/TRT ； sT 4105.02 0 0 0 0/1 ； sRC 4105 ； 要防止电阻发热过大则电容应小于 F1 ； 2 2 8、高频变压器的设计： 高频逆变式弧焊电源具有放率高、节能、体积小、重量轻等优点，已经成为一种新型的弧焊电源。其高频变 压器（对弧焊电源变压器而言。工作频率在 20KHz 及其以上的频率即可称为高频）主要作用是电压变换、功率传递和输入输出之间的隔离。功能与普通弧焊变压器相仿。因其传递的是矩形交替脉冲。故可称为“脉冲功率变压器”。然而由于高频变压器工作在高频，高压、脉动传输状态，而且又与较为脆弱的高压开关器件相连，因此，其性能的优劣不仅关系到变压器本身的效率、发热，而且会左右整个弧焊逆变器的技术性能。 2 2 8 1、磁芯的选择 逆变式弧焊电源高频变压器的频率特点决定了其磁芯材料一般nts选用铁氧体或非晶、微晶合金。铁氧体饱和磁通密度不 高（约 4000Gs），温度特性较差，居里点较低，机械性能不好。易损而碎。但其电阻率很高，高频铁损极小，而且相对价格比较便宜，目前高频化逆变弧焊电源中高频变压器大多采用铁氧体。 非晶、微晶合金具有饱和磁通密度 Bs 高、温度特性好，居里点高等优点（但电阻率低于铁氧体的电阻率）。是高频化逆变式弧焊变压器较为理想的磁芯材料，国内已有单位将非晶材料用于逆变电源。表 1 为铁氧体、非晶态和微晶合金主要的电磁性能。 表一：三种磁性材料性能比较 2 2 8 2、磁芯规格及磁通密度 B的选取： 逆变式弧焊电源高频变压器磁芯材料结构的先择，应考虑漏磁尽可能小，便于绕制、安装以及有利通风散热等几个原则。目前，用于逆变式弧焊高频变压器磁芯结构铁氧体主要为 EE 型，非晶、微晶态合金多为 CD 型。 磁芯规格的选取通常可先估算效率，求得高频变压器的输入功率，然后按制选厂家给出的磁芯规格和功率的关系数据，查出所需的饱和磁通密度 初始磁导率（ H/m） 电阻率 （ *cm） 居里温 度 （） Bs(T) (25 ) Bs(T) (100 ) 铁氧体 0 4 0 26 0 3 106 1013 100 180 非晶 1 5 1 35 1 1 130 415 微晶 1 25 1 20 1 0 125 650 参 量 材 料 nts磁芯。也可通过原边匝数 N1和磁芯有效截面的乘积 N1cS可从绕组计算公式211 102 cBStVN 得到。 高频变压器与普通变压器一样，若工作磁通密度选择不当，刚会产生合闸瞬间饱和。由于高频变压器与高压开关器件直接连接，高频高压的工作条件，即使只有几个周期的瞬间饱和，也会导致高压开关器件的损坏。为此，设计中一般选择sBB 31。既可避免合闸时瞬间磁饱和现象，同时又可减小励磁电流，降低磁芯损耗，提高变压器效率，降低变压器温升。 2 2 8 3、高频变压器的设计： 选高频变压器材料为铁基非晶态合金，设计主要技术参数如下： 原边绕组电压幅值： VVV 310m ax1 ； 次级电压： VV 702 ； 逆变频率： KHzf 20 ； 次级额定电流： AI 25012 ； 额定负载持续率： 60%； 额定输出功率： WP 7500 ； 变压器效率： %90 ； 功率因数： 9.0cos 。 绕组匝数计算： 逆变式弧焊电源的高频变压器为方波转换高频变压器，可用导通脉冲宽度公式来设计计算：即 nts 211 102 conBsVtN 式中，1N为绕组原边匝数（ T）； V1 为施加在绕组上的电压幅值，即整流滤波后的电压值， B为工作磁通密度（ G）；c s为磁芯有效截面积（ cm2）；ont为半周期内导通脉冲宽度（ s ）。 ston 5.22%90250 取工作磁通密度 B=3100GS 则： )(5.1121031002 5.223102 2211 cmTBtVSN mc 选取 CD 型磁芯规格为 AC 5（ S），有效截面积 Sc=6.4cm2,饱和磁通密度 Bc=1.35T,故sBB 31。 由cSN1值可算出原边绕组匝数 1N 为： )(58.174.6 5.1 1 2)( 11 TS SNNcc 取整数 TN 181 。 副边绕组匝数 TNVVN 07.4183107012 12 取整数 TN 42 。 原边绕组重新修正为： TNVVN 71.174703 1021 21 仍取 181 N ，则 V2略低于设计电压， V2=68.9V，对电源无不利影响。 绕组导线线径的计算： 由于电流的集肤效应，相当于导线有效截面积减少。因此在导线选择上应遵循原副边绕组导线线径小于两倍穿透深度。当导线要求截面大于穿透深度决定的最大有效直径时，应采用小直径的多股导线并绕，尤其是副边大电压器磁芯窗口的高度接近，厚度则以穿透深度的nts两倍来限制。 变压器原边绕组电流有效值为 AI 9.299.0%90310 75001 ； J 为电流密度，其可为 2 5A/mm2 这里取电流密度 j=5A/mm2.则： )(98.55 9.29 21 mmS ； 表 2 高频电流穿透铜导线的深度 由表 2 知频率为 20KHz 时电流最大穿透深度 =0.4926mm，故允许最大线径 dmax=0.934mm。其有效截面积 Sm=0。 685mm2.取直径为 0.93mm，高强度漆包铜线，则需 8。 73 股。取 9股 0. 93高强漆包铜线并绕之。 变压器副边电流有效值为： AI 5.1349.294182 )(45.1352 5.13 4 22 mmS 取 标称直径为 0。 93mm的高强漆包铜线，则需 19.35股，取 20股。 2 2 9、二次整流电路二极管（ D19、 D110）的选择： 快恢复整流二极管具有开关特性好、反向恢复时间短、正向电流大、体积小等特点，适用于脉冲调宽器、交流电机变频调速器、开关电源、不间断电源等到电子装置中，作高频、高压、大电流整流及续流用。 二极管承受的最大反向电压： VUU 1 4 02702m a x 工最大浪涌电流为 250A 因此选用二极管型号为： FR603 f/kHz 15 18 20 23 25 30 /mm 0.5396 0.4926 0.4673 0.4358 0.4180 0.3851 nts2 3、 控制 电路稳压电源的设计 （ 1） 控制 电路稳压电源原理 图： (2)工作原理： 输入电源（ 220V、 50Hz）经变压器 T2 得到 12.5V的交流电压，经 ZL2与 C21的整流滤波作用得到约 15V的直流电压。送入W7815型集成稳压器，得到固定 +15V的直流电。 (3)、电路元器件的选择与计算及变压器的计算 为了使集成稳压器能正常工作，输入电压 V2必须比输出电压 V0高 Vdrop， Vdrop称为电压降，它随稳压器品种与工作条件不同而异， 78XX系列为 2 3V。因此取输入电压 V2=18V。 则整流滤波前，变压器原边线圈电压有效值 VV 7.122181 ； 由表 3 可知每只整流二极管的反向峰值电压 VVVrm 1841.1 1 ； 根据fRC 86，得 FUIC 0 0 0 5 3 3.00 0 0 4.015 1.01 0 0 861 0 0 86 00 ； 二极管 D21承受的最大反向电压 Vmax=2V2=36V； 变压器的计算： 1、 变压器铁芯面积的选择： nts变压器的输出功率为 WIUP 5.11.015002 ； 由于变压器都存在一定的漏磁，则必然有损耗，因此，次级绕组的总功率不能真正代表从变压器初级输入的功率大小，即变压器的功率传递效率不是 100%，若设变 压器的效率为 ，则变压器的初级功率/21 PP 。 变压器效率与功率的关系如表（ 4）所列，一般小功率变压器的损耗较大， 通常取 0.6 0.8。 变压器功率 /（ W） 200 变压器效率 /% 70 80 80 85 85 90 90 95 95 表（ 4）变压器效率与功率的关系 取 =70% 则 WPP 14.2%70/21 ； 电源电压器常用铁芯有 E 型和 C 型， C 型铁芯由于 Bm 值高，所以具有体积小，重量轻，质量高等特点，但小功率电源变压器通常采用廉价的 E 型铁芯，可用下述经验公式来计算铁心的截面积： )( 21 cmPKS A ； 式中 1P 为变压器初级功率； S 为变压器铁心的截面积； KA为比例系数，与初级功率的大小有关，在此取 KA=1.9。 可算得： S=2.779(cm2) 根据 S=ab，工为铁芯舌宽， b为叠厚，可选择变压器硅钢片的型号，以及舌宽 a 和叠厚 b，且选 b/a=1.5左右，使变压器形状较合理。这里选变压器铁芯型号为 CEI-14。 2、 计算线圈绕组的匝数 nts根据变压器的面积，采用下列经验公式计算每伏电压所需绕组的匝数N0。 BSN /450 ； 式中 S 为变压器铁心截面积（ cm2） B为铁芯的磁感应强度（ T），普通硅钢片 B 取 0.8 1T。根据 N0可计算变压器初次级线圈绕组匝数 N1和 N2。 3 9 5 82 2 0)7 7 9.29.0( 45101 VNN； 2287.12)779.29.0( 45202 VNN； 由于存在损耗， N2值要取大 5% 10%，即： 2 4 5)1.105.1(202 VNN ； 3、 变压器初、次级线圈直径的确定 变压器线圈直径 d的大小与变压器的电流大小有关，即： )(13.1 mmjId 式中， I 为电流强度（ A）， j 为导线电流密度；一般取 2 3A/mm2. 取 j=2.5A/mm2 则 mmd 2 2 6.05.21.013.12 ； mmd 0
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