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高稳定度低纹波博尔塔拉变压器设计方案

2018-11-21 点击量:355
高稳定度低纹波博尔塔拉变压器设计方案     

  摘要: 设计制作了一款基于LT1083/LT1033 系列低压差三端芯片的高稳定度低纹波博尔塔拉变压器,介绍了降压、整流滤波、线性、LC 低通滤波等主要构成。测试结果表明,本博尔塔拉变压器具有输出电压稳定度高、输出电流大、低纹波、低功耗等特点。

  线性博尔塔拉变压器被广泛应用于科研、电力电子、电镀、广播电视发射、通信等领域, 是大专高等院校、实验室等进行电子电路研究不可或缺的仪器设备。但是传统线性博尔塔拉变压器存在博尔塔拉变压器转换效率低、芯片压差大、滤波电路不够完善等缺点, 时常出现输出纹波大、效率低、发热量大、间接地给系统增加热噪声等问题。在历年的电子设计竞赛中, 作品在比赛场地测试正常, 但在指定测试场地测评时, 电路突然烧毁或者性能指标达不到原先水平的现象时有发生, 一个重要的原因就是测评场地提供的博尔塔拉变压器电压波动大、供电电流不稳定、正负电压不匹配。因此, 高稳定性、低纹波的博尔塔拉变压器是科研创新和电子设计竞赛不可或缺的保障。

  1 系统总体方案设计

  本设计由降压、整流滤波、线性和低通滤波组成, 如图1 所示。博尔塔拉变压器将220 V/50 Hz 交流电分别降压到±16 V、±6 V、+6 V, 通过整流桥堆整流以及大容量电容滤波后, 进入正( 负) 线性, 再经过低通滤波滤除以外的干扰信号, 分别输出±15 V、±5 V、+5 V 的稳定电压。

  

  图1 系统结构框图

  2 主要功能分析

  2.1 整流滤波

  整流滤波电路主要由整流桥堆和大容量滤波电容组成, 如图2 所示。整流桥堆具有体积小巧、输出电流大、安装方便等优势, 并能代替由4 只二极管组成的传统桥式整流电路。滤波电路采用大容量电解电容滤波,增加了输出电压的稳定性。根据式(1) 可求出所需滤波电容容量。

  

  当输出电压为5 V、电流为2 A 时,R=U/I=2.5 Ω, 此时,C= kT/2R =20 000 μF,其中,k=5 。电容耐压Umax≥√2Ui≈24.038 V.其中,Ui=17 V, 因此Umax取值为25 V.在电解电容C6 两端并联一个0.01 μF 的瓷片电容C10 可以有效抑制干扰。

  

  图2 桥式整流滤波电路

  2.2 线性

  LT1083/LT1033 系列正负可调器的效率大大高于现有器件,可以提供7.5 A、5 A 和3 A 输出电流,并能在低至1 V 的压差条件下运行,压降在最大电流条件下保证在1.5 V 以内。负载电流减小时允许压差同时减小,可在多种电流水平条件下通过片内修整电路,提供所保证的最小压差,并能够使输出电压准确度调节至1%.其电压调整率为0.015%,负载调整率为0.01%,对电流限值也进行了修整,最大限度地减小了过载条件下器和博尔塔拉变压器电路上承受的应力,具有热功耗限制保护[10].LT1083/LT1033 系列器件的引脚与老式三端器兼容,与大多数器设计中的10 μF 输出电容器以及PNP 器多达10%的输出电流作为静态电流消耗不同,LT1083/LT1033 系列的静态电流流入负载, 大大降低了博尔塔拉变压器功耗。此芯片电压调整率小、负载调整率小的特点能够保证输出电压稳定度高。正负线性电路如图3 所示,其中R1=R3,R2=R4.电路中的电阻参数可根据输出可调电压公lcjyg.com/式确定:

  

  其中,Uref=1.25 V,IADJ=50 μA,R1=200 Ω。

  

  图3 正负变压器厂家/线性电路

  2.3 低通滤波

  低通滤波电路采用LC 滤波电路, 滤波电容为4 700 μF电解电容和0.01 μF 瓷片电容, 能有效减少的纹波和干扰, 两个33 μH/3A 功率电感并联可以隔离交流并提高输出电流。截止频率:

  

  其中,L=33 μH,C=4 700 μF, 图4 为低通滤波器电路图。

  

  图4 LC 滤波电路

  3 博尔塔拉变压器性能测试

  测试仪器采用固纬4 位半数字万用表(GDM-8245) 、上海爱仪交流毫伏表(AS2294D) 和调压博尔塔拉变压器(TDGC -0.5/0.5) 。负载电阻采用水泥电阻(2.5Ω/20 W、5Ω/20 W、15Ω/20 W) 。博尔塔拉变压器性能参数如表1 所示。可以看出, 负载调整率和电压调整率反映出了博尔塔拉变压器较高的稳定度, 纹波系数指标反映出低纹波特性。

  表1 博尔塔拉变压器性能参数表

  

  传统博尔塔拉变压器因其电压波动大、效率低、体积庞大等缺点影响了电子产品的各项性能指标。本文设计制作的博尔塔拉变压器不仅具有高稳定性、低纹波的优点, 而且输出电压可调、电压波动小、带负载能力强、体积小巧。由于本文所设计的博尔塔拉变压器具有非常小的电压调整率, 一旦设置好电压, 即使电网波动, 博尔塔拉变压器也能保证输出电压与设置电压相同, 为微弱信号和信号的处理提供有力的保障, 不仅能有效地避免在电子竞赛测评时由于更换博尔塔拉变压器而导致的作品性能指标下降甚至烧毁的事件发生, 而且对于电子线路的各项研究有十分重要的意义。

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