【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電路才 能正常 工作在線性區(qū) . 本設(shè)計(jì) 首先采用 TIP120 將電流進(jìn)行一級(jí)放大， 以 達(dá)到驅(qū)動(dòng)后續(xù)大功率三極管 2N3055 的需求。然后采取 5 個(gè)功率管并聯(lián)的方式提高輸出電流，由于各個(gè)三極管間存在著差異所以每個(gè) 2N3055都需要串聯(lián)上均流電阻，是電路穩(wěn)定。每個(gè) 2N3055能達(dá)到的最大電流為 15A，但這只是理想狀態(tài)， 這里 采用 了 5個(gè)調(diào)整管并聯(lián)，每個(gè)輸出 6A，即可實(shí)現(xiàn) 30A的輸出電流。 3 元 器 件參數(shù) 設(shè)計(jì) 變壓器設(shè)計(jì) 本 電源 需要設(shè)計(jì) 24V低頻變壓器變壓器 . 變壓器的好壞也決 定了電源的品質(zhì)。 電源變壓器的鐵心 它一般采用硅鋼片 . 硅鋼片越薄 ,功率損耗越小 ,效果越好 .整個(gè)鐵心是有許多硅鋼片疊成的 ,每片之間要絕緣 .買來(lái)的硅鋼片 , 表面有一層不導(dǎo)電的氧化膜 , 有足夠的絕緣能力 。 電源變壓器的簡(jiǎn)易設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)一個(gè)變壓器 ,主要是根據(jù)電功率選擇變壓器鐵心的截面積 ,計(jì)算初次級(jí)各線圈的圈數(shù)等 .所謂鐵心截面積Ｓ是指硅鋼片中間舌的標(biāo)準(zhǔn)尺寸ａ和疊加起來(lái)的總厚度 b的乘積 .如果 24V電源變壓器的初級(jí)電壓是 U1,次級(jí)有 n 個(gè)組 ,各組電壓分別是 U21,U22,???,U2n,各組電流分別是I21,I22,???I2n???計(jì)算步驟如下 : 第一步 ,計(jì)算次級(jí)的功率 ,也就是 ：2 21 21 22 22 2 n 2 n= + + +P U I U I U I? ? ??? ? 第二步 , 計(jì)算變壓器的功率 P2 后 .考慮到變壓器的效率是 η,那么初級(jí)功率P1=P2/η,η 一般在 ～ 之間 .變壓器的功率等于初 ,次級(jí)功率之和的一半 ,也就是P=(P1+P2)/2 第三步 , 查鐵心截面積Ｓ .根據(jù)變壓器功率 ,由式 ()計(jì)算出鐵心 截面積 Ｓ ,并且從國(guó)產(chǎn)長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 小功率變壓器常用的標(biāo)準(zhǔn)鐵心片規(guī)格表中選擇鐵心片規(guī)格和疊厚 . 第四步 , 確定每伏圈數(shù) Ｓ 和鐵心的磁通密度 B,由式 ()得到初級(jí)線圈的每伏圈數(shù) B 值可以這樣選取 : 質(zhì)量?jī)?yōu)良的硅鋼片 ,取 11000 高斯 。一般硅鋼片 ,取 10000 高斯 。鐵片 ,取 7000 高斯 .考到導(dǎo)線電阻的壓降 , 次級(jí)線圈每伏圈數(shù) N39。應(yīng)該比 N 增加5%～ 10%,也就是 N39。在 ～ . 第五步 ,初次級(jí)線圈的計(jì)算 ，公式 如下： 初級(jí)線圈 11N N U?? .次級(jí)線圈 21 21N N U?? , 22 22N N U?? , 2 2nN N U?? . 第六步 , 查導(dǎo)線直徑 .根據(jù)各線圈的電流大小和選定的電流密度 ,由式 ()可以得到各組線圈的導(dǎo)線直徑 .一般 24V電源變壓器的電流密度可以選用 3安 /毫米 2 第七步 , 校核 . 根據(jù)計(jì)算結(jié)果 ,算出線圈每層圈數(shù)和層數(shù) ,再算出線圈的大小 ,看看窗口是否放得下 .如果放不下 ,可以加大一 號(hào)鐵心 ,如果太空 ,可以減小一號(hào)鐵心 .采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GEI鐵心 ,而且舌寬ａ和疊厚ｂ的比在 1:1～ 1: 之間 , 線圈是放得下的 .各參數(shù)的計(jì)算公式如下 : ln = ln +?（ S ） （ P ） () l n = l n l n +??（ N ） （ P ） （ B ） () ln = ln ?（ D ） （ I ） （ ) 變量說(shuō)明 : P: 變壓器的功率 . 單位 : 瓦 (W) B: 硅鋼片的工作磁通 密度 . 單位 : 高斯 (Gs) S: 鐵心的截面積 . 單位 : 平方厘米 (cm2） N: 線圈的每伏圈數(shù) . 單位 : 圈每伏 (N/V) I: 使用電流 . 單位 : 安 (A) D: 導(dǎo)線直徑 . 單位 : 毫米 (mm) 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 GEB鐵心規(guī)格 表 31 鐵心片 規(guī)格表 鐵心規(guī)格 全長(zhǎng) 全寬 窗高 窗寬 舌寬 邊寬 GE10 36 31 18 10 GE12 44 38 22 8 12 8 GE14 50 43 25 9 14 9 GE16 56 48 28 10 16 10 GEB19 67 12 19 12 GEB22 78 67 39 14 22 14 GEB26 94 81 47 17 26 17 GEB30 106 91 53 19 30 19 GEB35 123 22 35 22 GEB40 144 124 72 26 40 26 變壓器的鐵心與繞組 為減小交變磁通在鐵心中所引起的渦流損耗 ,鐵心一般用厚為 的硅鋼片疊裝而成 。并且在硅鋼片兩面涂以絕緣漆 。 信號(hào)變壓器還采用坡莫合金作鐵心 。 硅鋼片有熱軋和冷軋兩種 。 熱軋硅鋼片的工作磁通密度一般取 ,鋼片常沖成 III形 ,疊裝成鐵心 .繞組套在中間的鐵心柱上 。 冷軋硅鋼片的導(dǎo)磁性能比熱軋好 ,它的工作磁通密度允許達(dá)到 ,所以鐵心體積可以縮小 。 它的導(dǎo)磁有方向性 , 順著輾軋方向的導(dǎo)磁性能好 ,故通常將冷軋硅鋼片卷成環(huán)形鐵心 ,然后切成兩 半 C形 , 將繞組分別套在鐵心柱上以后 , 再將兩半鐵心粘成整體 。 變壓器的繞組由原邊繞組和副邊繞組組成 。 原邊繞組接輸入電壓 ,副邊繞組接負(fù)載 ， 原邊繞組只有一個(gè) ,副邊繞組為一個(gè)或多個(gè) ， 原副邊繞組套裝在同一鐵 心柱上 。 套在兩個(gè)鐵心柱上的原邊繞組或副邊繞組可分別相互串聯(lián)或并聯(lián) 。 變壓器原副邊繞組要套在同一鐵心柱 上。 把原副邊繞組套在同一鐵心柱上時(shí) ,由于原副邊繞組緊挨在一起 (間隙實(shí)際上很小 ,它等于原副邊繞組之間絕緣紙的厚度 )部分漏磁通在空氣中的路徑大受限制 ,因此漏磁通小 .而邊繞組沒有套在原邊繞組上時(shí) ,漏磁通在空氣中可以自長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 由經(jīng)過(guò) ,無(wú)空間限制 ,因此在同樣的磁勢(shì)下漏磁通就大 。 將原副邊繞組套在一起的合理之處即在于漏抗壓降小 ,對(duì)變壓 器運(yùn)行有利 。 因?yàn)樽儔浩鞲边呺妷菏请S副邊電流變化而變化的 ,減小原副邊的漏阻抗就可以減小電壓變化 。 為了使變壓器副邊電壓比較穩(wěn)定 ,總是設(shè)法減小變壓器的漏抗 。 如果把變壓器的原副邊繞組分開放置 ,則漏抗將大大增加 ,以致負(fù)載變動(dòng)時(shí)副邊電壓變化很大 ,這樣的變壓器就不能滿足使用上的要求 。 使用變壓器首先要弄清并嚴(yán)格遵守制造廠提供的銘牌數(shù)據(jù) ,以避免因使用不當(dāng)而不能充分利用 ,甚至損壞 。 變壓器銘牌上的主要額定數(shù)據(jù)有 : 額定電壓 U1和 U2 原邊額定電壓 U1是指原邊繞組上應(yīng)加的電源電壓 (或輸入電壓 ),副邊額定輸出電壓 U2通常是指原邊加 U1 時(shí)副邊繞組的開路電壓 。 使用時(shí)原邊電壓不允許超過(guò)額定值 (一般規(guī)定電壓額定值允 許變化 177。5%)。 考慮有載運(yùn)行時(shí)變壓器有內(nèi)阻抗壓降 ,所以副邊額定輸出電壓 U2 應(yīng)較負(fù)載所需的額定電壓高 510%.對(duì)于負(fù)載是固定的 24V電源變壓器 ， 副邊額定電壓 U2有時(shí)是指負(fù)載下的輸出電壓 。 輸入電壓不能超過(guò)額定電壓 。 變壓器中主磁通和激磁電流的關(guān)系稱為鐵心的磁化曲線 ,它是一條具有飽和特性的非線性曲線 。 當(dāng)主磁通小于額定電壓時(shí)對(duì)應(yīng)的主磁通時(shí) , 磁化曲線近似為線形 。超過(guò)此值后 ,主磁通就逐漸趨向飽和 .此時(shí) ,如果再增加磁通 , 即增加 U1,則電流就會(huì)急劇增加 ,這樣變壓器就會(huì)因過(guò)熱而馬上燒毀 .因此 ,在使用變壓器時(shí) ,必須注意變 壓器的額定電壓和電源電壓要一致 。 額定電流 I1和 I2 額定電流是指變壓器按規(guī)定的工作時(shí)間 (長(zhǎng)時(shí)連續(xù)工作或短時(shí)工作或間歇斷續(xù)工作 )運(yùn)行時(shí)原副邊繞組允許通過(guò)的最大電流 ,是根據(jù)絕緣材料允許的溫度定下來(lái)的 。 由于銅耗 ,電流會(huì)發(fā)熱 。 電流越大 ,發(fā)熱越厲害 ,溫度就越高 。 在額定電流下 ,材料老化比較慢 .但如果實(shí)際的電流大大超過(guò)額定值 ,變壓器發(fā)熱就很厲害 ,絕緣迅速老化 ,變壓器的壽命就要大大縮短 。 額定容量是視在功率 ,是指變壓器副邊額定電壓和額定電流的乘積 。 它不是變壓器運(yùn)行時(shí)允許輸出的最大有功功率 ,后者和負(fù)載的功率因 數(shù)有關(guān) .所以輸出功率在數(shù)值上比額定容量小 。 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 額定頻率 使用變壓器時(shí) ,還要注意它對(duì) 24V電源頻率的要求 。 因?yàn)樵谧儔浩髦?,在設(shè)計(jì)變壓器時(shí) ,是根據(jù)給定的電源電壓等級(jí)及頻率來(lái)確定匝數(shù)及磁通最大值的 。 如果亂用頻率 , 就有可能變壓器損壞 。 例如一臺(tái)設(shè)計(jì)用 50Hz,220V 電源的變壓器 ,若用 25Hz,220V 電源 ,則磁通將要增加一倍 ,由于磁路飽和 ,激磁電流劇增 ,變壓器馬上燒毀 。 所以在降頻使用時(shí) ,電源電壓必須與頻率成正比地下降 。 另外 ,在維持磁通不變的條件下 ,也不能用到 400Hz,1600V 的電源上 。 此時(shí)雖不存在 磁路的飽和問(wèn)題 ,但是升頻使用時(shí)耐壓和鐵耗卻變成了主要矛盾 。 因?yàn)殍F耗與頻率成 次方的關(guān)系 。 頻率增大時(shí) , 鐵耗增加很多 。 由于這個(gè)原因 , 一般對(duì)于鐵心采用 厚的熱軋硅鋼片的變壓器 ,50Hz 時(shí)的磁通密度可達(dá) ,而 400Hz 時(shí)的磁通密度只能取到。 此外變壓器用的絕緣材料的耐壓等級(jí)是一定的 ,低壓變壓器允許的工作電壓不超過(guò)300500V. 所以在升頻使用時(shí) ,24V電源電壓不能與頻率成正比的增加 , 而只能適當(dāng)?shù)卦黾?。 散熱片設(shè)計(jì) 一個(gè)好的大功率電源還需要好的散熱片來(lái)支持它工作 ，本設(shè)計(jì)所使用的放大管 2N3055最大可支持 15A 電流。具體使用額定 6A 電流當(dāng)電壓為 12V 時(shí)單個(gè)放大管功率為 72W，所以發(fā)熱非常嚴(yán)重。需要將放大管固定在散熱片上，才能使其工作穩(wěn)定。 利用散熱片來(lái)增加散熱的面積是熱管理技 術(shù)中最常見也是最基本的方式，隨著電子器件發(fā)熱密度增加的趨勢(shì)，散熱的需求日益增加，散熱設(shè)計(jì)的困難度越來(lái)越高，所花費(fèi)的成本也越來(lái)越多。雖然新制程及設(shè)計(jì)技術(shù)不斷提升，散熱片的應(yīng)用在有限空間的限制下，似乎有漸漸趨向極限的趨勢(shì)，未來(lái)各種不同的冷卻技術(shù)如水冷、冷凍循環(huán)以及浸入式沸騰冷卻等都可能用來(lái)解決散熱問(wèn)題。盡管如此，散熱片仍是最經(jīng)濟(jì)、最可靠的散熱方式，因此提升散熱片的效率成了很重要。 散熱片的種類 許多的散熱片設(shè)計(jì)由于忽略了制造的概念，使得研發(fā)產(chǎn)品的可靠度及成本成為最后批量供應(yīng)的障礙。由制造方式來(lái)看， 氣冷的散熱片可分為下面幾種，如圖一所示，表一則為制程性能參數(shù)的整理。 銅片或鋁片可用壓印的方式制成所需的形狀。此種制程成本低，適合批量供應(yīng)，可用于低熱密度的器件。而壓印的器件在組裝上也有自動(dòng)化的便利性，因此可進(jìn)一步降低成本。 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 擠型 (Extrusion)散熱片 擠型的制造方式是由將材料在高壓下強(qiáng)制流入模孔中成形而使得固體轉(zhuǎn)換為等截面的連續(xù)長(zhǎng)條。擠形是散熱片制造中最廣泛使用的方式，設(shè)備投資的經(jīng)額中等。可經(jīng)由橫切的方式產(chǎn)生矩形的針狀散熱片，可產(chǎn)生鋸齒狀的鰭片以增加 10~20%的效能，但會(huì)降低擠型的速度。擠型的高寬 比限制可高到 6，使用特殊模具設(shè)計(jì)時(shí)則可到 10的高寬比。 鑄造 (Casting)散熱片 將熔化的金屬加壓到金屬模中，以產(chǎn)生精確尺寸的器件。此技術(shù)可產(chǎn)生高密度的針狀散熱片。高的治具費(fèi)用是最大的成本投資，但適合大量生產(chǎn)的低器件成本可補(bǔ)回此部分。鑄造散熱片的熱傳導(dǎo)性會(huì)受到固化時(shí)氣體滲入而產(chǎn)生多孔狀而降低。 接著 (Bonding)散熱片 接著散熱片將鰭片組裝于散熱片底部，接著劑對(duì)散熱片的效率影響很大，如果制造不當(dāng)，會(huì)形成熱的阻礙，一般使用導(dǎo)熱膠或是焊錫。接著散熱片的底部由于需特別加工，因此會(huì)使得成本較高，但由于制造技 術(shù)的提升，以及接著劑的改良，如熱導(dǎo)性的鋁填充膠等，使得接著散熱片的成本降低。此種制程方式可制造高寬比高的散熱片，在不增加體積需求下可大量增加冷卻效率。 折迭 (Folding)散熱片 折迭散熱片將金屬片折迭成鰭片數(shù)組形狀，由于將折迭的金屬片藉由焊錫及銅焊接的方式焊接于散熱片底部，因此在接口上造成額外的熱阻。在制作上的步驟增加，使得成本提升。而制造小間距的鰭片也是困難點(diǎn)。由于增加散熱面積，因此散熱效率不錯(cuò)。 改良式的鑄造 (Modified diecasting) 散熱片此種制造方式是傳統(tǒng)鑄造方式的延伸，首先將 相當(dāng)薄的壓印鰭片數(shù)組以間格物隔開，然后以?shī)A具固定，使散熱片的底部鑄造時(shí)將鰭片固定于底部，而形成散熱片。此種方式消除了鰭片及底部材料的接口熱阻，此種制程可提供高的高寬比。 鍛造 (Fing)散熱片 鍛造散熱片是用非常高的壓力敲擊（ punch）方式將金屬材料壓入模中使鰭片成形，可能遇到的制程上的問(wèn)題是材料會(huì)阻礙在模子中，使得高度不均一，熱鍛造比較容易，而冷鍛造可制造較密及較強(qiáng)的鰭片。鍛造方式的優(yōu)點(diǎn)包括高強(qiáng)度、較小的表面粗糙度以及材料的均一性等。