CN106655094A - 一种采用开关管设计的变压器保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种采用开关管设计的变压器保护电路，设置有输入端、隔离器电路、变压器T、变压器次级电路及输出端，所述输入端连接隔离器电路，所述隔离器电路连接变压器T，所述变压器T连接变压器次级电路，所述变压器次级电路连接输出端，在所述变压器次级电路内设置有二极管D1、电容C1、开关管电路及阀值开关电路，所述变压器T的次级端的第一端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极分别与电容C1的第一端和阀值开关电路相连接，电容C1的第二端与开关管电路相连接，开关管电路分别与变压器T的次级端的第二端和阀值开关电路相连接；用于进行变压器的短路保护，利用开关管电路来实现阀值开关电路的通断操作。
Description
技术领域
本发明涉及变压器保护技术领域，具体的说，是一种采用开关管设计的变压器保护电路。
背景技术
变压器（Transformer）是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。按用途可以分为：电力变压器和特殊变压器（电炉变、整流变、工频试验变压器、调压器、矿用变、音频变压器、中频变压器、高频变压器、冲击变压器、仪用变压器、电子变压器、电抗器、互感器等）。
变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。它可以变换交流电压、电流和阻抗。最简单的铁心变压器由一个软磁材料做成的铁心及套在铁心上的两个匝数不等的线圈构成。
铁心的作用是加强两个线圈间的磁耦合。为了减少铁内涡流和磁滞损耗，铁心由涂漆的硅钢片叠压而成；两个线圈之间没有电的联系，线圈由绝缘铜线（或铝线）绕成。一个线圈接交流电源称为初级线圈（或原线圈），另一个线圈接用电器称为次级线圈（或副线圈）。实际的变压器是很复杂的，不可避免地存在铜损（线圈电阻发热）、铁损（铁心发热）和漏磁（经空气闭合的磁感应线）等。理想变压器成立的条件是：忽略漏磁通，忽略原、副线圈的电阻，忽略铁心的损耗，忽略空载电流（副线圈开路原线圈线圈中的电流）。例如电力变压器在满载运行时（副线圈输出额定功率）即接近理想变压器情况。
变压器是利用电磁感应原理制成的静止用电器。当变压器的原线圈接在交流电源上时，铁心中便产生交变磁通，交变磁通用φ表示。原、副线圈中的φ是相同的，φ也是简谐函数，φ=φmsinωt。由法拉第电磁感应定律可知，原、副线圈中的感应电动势为e1=-N1dφ/dt、e2=-N2dφ/dt。式中N1、N2为原、副线圈的匝数。由图可知U1=-e1，U2=e2（原线圈物理量用下角标1表示，副线圈物理量用下角标2表示），其复有效值为U1=-E1=jN1ωΦ、U2=E2=-jN2ωΦ，令k=N1/N2，称变压器的变比。由上式可得U1/ U2=-N1/N2=-k，即变压器原、副线圈电压有效值之比，等于其匝数比而且原、副线圈电压的位相差为π。
进而得出：U1/U2=N1/N2。
在空载电流可以忽略的情况下，有I1/ I2=-N2/N1，即原、副线圈电流有效值大小与其匝数成反比，且相位差π。
进而可得：I1/ I2=N2/N1。
理想变压器原、副线圈的功率相等P1=P2。说明理想变压器本身无功率损耗。实际变压器总存在损耗，其效率为η=P2/P1。电力变压器的效率很高，可达90%以上。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用开关管设计的变压器保护电路，用于进行变压器的短路保护，利用开关管电路来实现阀值开关电路的通断操作，有效避免出现短路使变压器损坏的情况发生，提高采用二极管导通处理可靠性差的不足之处，整个结构具有设计合理、灵活性高、实用方便等特性。
本发明通过下述技术方案实现：一种采用开关管设计的变压器保护电路，设置有输入端、隔离器电路、变压器T、变压器次级电路及输出端，所述输入端连接隔离器电路，所述隔离器电路连接变压器T，所述变压器T连接变压器次级电路，所述变压器次级电路连接输出端，在所述变压器次级电路内设置有二极管D1、电容C1、开关管电路及阀值开关电路，所述变压器T的次级端的第一端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极分别与电容C1的第一端和阀值开关电路相连接，电容C1的第二端与开关管电路相连接，开关管电路分别与变压器T的次级端的第二端和阀值开关电路相连接。
进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述阀值开关电路内设置有电位器W2、电阻R4、电阻R5、开关管Q1，开关管Q1的基极通过电阻R4与电位器W2的可调端相连接，电位器W2的第一固定端分别与变压器T的次级端的第二端、电容C1的第二端及电阻R5的第一端相连接，电阻R5的第二端连接开关管Q1的集电极，开关管Q1的发射极分别与电位器W2的第二固定端和阀值开关电路相连接。
进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：在所述阀值开关电路内设置有阀值开关U2、电容C2、电阻R2、电阻R3及电位器W1，所述二极管D1的负极与阀值开关U2的4脚相连接，开关管Q1的发射极分别与电容C2的第一端、电阻R2的第一端及阀值开关U2的2脚相连接，电容C2的第二端分别与电阻R3的第二端、电阻R2的第二端、阀值开关U2的3脚和1脚相连接，电阻R3的第一脚与变压器T的次级端的第二端相连接，阀值开关U2的6脚通过电位器W1与隔离器电路相连接。
进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：在所述隔离器电路内设置有隔离器U1及热敏电阻器R1，所述隔离器U1的MT2脚与输入端的一端相连接，且隔离器U1的MT1脚与变压器T的初级端的一端相连接；隔离器U1的A脚与阀值开关U2的4脚相连接，且隔离器U1的C脚通过电位器W1与阀值开关U2的6脚相连接；热敏电阻R1分别与隔离器U1的MT2脚和MT1脚相连接。
进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述电位器W1的一个固定端与阀值开关U2的6脚相连接，且电位器W1的另一个固定端与隔离器U1的C脚相连接。
进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述输入端与~220V电源相连接。
进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述输出端的一端与变压器T的次级端的第一端相连接，且输出端的另一端与电阻R3的第二端相连接，且输出端的输出电压为6~24V交流电源。
进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述隔离器U1采用芯片型号为BRT22的二极管晶体管IC芯片。
进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述集成芯片U2采用芯片型号为TCA105的阀值开关芯片。
进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述变压器T采用220v：6~24v的交流变压器。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明用于进行变压器的短路保护，利用开关管电路来实现阀值开关电路的通断操作，有效避免出现短路使变压器损坏的情况发生，提高采用二极管导通处理可靠性差的不足之处，整个结构具有设计合理、灵活性高、实用方便等特性。
本发明能够利用热敏电阻对变压器做过载或短路保护。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
一种采用开关管设计的变压器保护电路，用于进行变压器的短路保护，利用开关管电路来实现阀值开关电路的通断操作，有效避免出现短路使变压器损坏的情况发生，提高采用二极管导通处理可靠性差的不足之处，整个结构具有设计合理、灵活性高、实用方便等特性，如图1所示，特别设置成下述结构：设置有输入端、隔离器电路、变压器T、变压器次级电路及输出端，所述输入端连接隔离器电路，所述隔离器电路连接变压器T，所述变压器T连接变压器次级电路，所述变压器次级电路连接输出端，在所述变压器次级电路内设置有二极管D1、电容C1、开关管电路及阀值开关电路，所述变压器T的次级端的第一端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极分别与电容C1的第一端和阀值开关电路相连接，电容C1的第二端与开关管电路相连接，开关管电路分别与变压器T的次级端的第二端和阀值开关电路相连接。
实施例2：
本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，如图1所示，特别采用下述设置结构：所述阀值开关电路内设置有电位器W2、电阻R4、电阻R5、开关管Q1，开关管Q1的基极通过电阻R4与电位器W2的可调端相连接，电位器W2的第一固定端分别与变压器T的次级端的第二端、电容C1的第二端及电阻R5的第一端相连接，电阻R5的第二端连接开关管Q1的集电极，开关管Q1的发射极分别与电位器W2的第二固定端和阀值开关电路相连接。
实施例3：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，如图1所示，特别采用下述设置结构：在所述阀值开关电路内设置有阀值开关U2、电容C2、电阻R2、电阻R3及电位器W1，所述二极管D1的负极与阀值开关U2的4脚相连接，开关管Q1的发射极分别与电容C2的第一端、电阻R2的第一端及阀值开关U2的2脚相连接，电容C2的第二端分别与电阻R3的第二端、电阻R2的第二端、阀值开关U2的3脚和1脚相连接，电阻R3的第一脚与变压器T的次级端的第二端相连接，阀值开关U2的6脚通过电位器W1与隔离器电路相连接。
实施例4：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，如图1所示，特别采用下述设置结构：在所述隔离器电路内设置有隔离器U1及热敏电阻器R1，所述隔离器U1的MT2脚与输入端的一端相连接，且隔离器U1的MT1脚与变压器T的初级端的一端相连接；隔离器U1的A脚与阀值开关U2的4脚相连接，且隔离器U1的C脚通过电位器W1与阀值开关U2的6脚相连接；热敏电阻R1分别与隔离器U1的MT2脚和MT1脚相连接。
实施例5：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，如图1所示，特别采用下述设置结构：所述电位器W1的一个固定端与阀值开关U2的6脚相连接，且电位器W1的另一个固定端与隔离器U1的C脚相连接。
实施例6：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，如图1所示，特别采用下述设置结构：所述输入端与~220V电源相连接。
实施例7：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，如图1所示，特别采用下述设置结构：所述输出端的一端与变压器T的次级端的第一端相连接，且输出端的另一端与电阻R3的第二端相连接，且输出端的输出电压为6~24V交流电源。
实施例8：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，如图1所示，特别采用下述设置结构：所述隔离器U1采用芯片型号为BRT22的二极管晶体管IC芯片。
实施例9：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，如图1所示，特别采用下述设置结构：所述集成芯片U2采用芯片型号为TCA105的阀值开关芯片。
实施例10：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，如图1所示，特别采用下述设置结构：所述变压器T采用220v：6~24v的交流变压器。
变压器T的初级绕组由外部的220V电源经光耦和三端可控开关（隔离器BRT22）供电，次级电路输出为6~24V交流电。隔离器BRT22的光耦合器二极管的控制能由变压器T的次级电路获得。当变压器T的次级电路正常时，控制电流流过二极管D1和接通了的阀值开关（TCA105），并且受到电位器W1的电阻限流。本电路接通之前，隔离器BRT22处于关断状态，因此在通电开始只能经过低电阻的热敏电阻R1给变压器供电。当电路接通后，即有控制电流经过BRT22的光耦合器二极管。而在BRT22接通之前，热敏电阻器R1将BRT22跨接，一旦BRT22借助于光电效应接通后，热敏电阻器R1则被BRT22短路，因此不能变热。若变压器T的次级电路出现过载或短路故障，增大了的负载电流流过串联的1Ω电阻器（电阻R3），在其上产生的压降经开关管电路导通输出后馈送到TCA105上。假如测得的电压超过0.8V，则TCA105的输出受抑制，因此BRT22关断。此时增大的电流通过热敏电阻器，使之很快地发热， 导致阻值变高，阻断初级电路， 从而保护变压器不会因过载或短路而被烧坏。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种采用开关管设计的变压器保护电路，其特征在于：设置有输入端、隔离器电路、变压器T、变压器次级电路及输出端，所述输入端连接隔离器电路，所述隔离器电路连接变压器T，所述变压器T连接变压器次级电路，所述变压器次级电路连接输出端，在所述变压器次级电路内设置有二极管D1、电容C1、开关管电路及阀值开关电路，所述变压器T的次级端的第一端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极分别与电容C1的第一端和阀值开关电路相连接，电容C1的第二端与开关管电路相连接，开关管电路分别与变压器T的次级端的第二端和阀值开关电路相连接。
2.根据权利要求1所述的一种采用开关管设计的变压器保护电路，其特征在于：所述阀值开关电路内设置有电位器W2、电阻R4、电阻R5、开关管Q1，开关管Q1的基极通过电阻R4与电位器W2的可调端相连接，电位器W2的第一固定端分别与变压器T的次级端的第二端、电容C1的第二端及电阻R5的第一端相连接，电阻R5的第二端连接开关管Q1的集电极，开关管Q1的发射极分别与电位器W2的第二固定端和阀值开关电路相连接。
3.根据权利要求2所述的一种采用开关管设计的变压器保护电路，其特征在于：在所述阀值开关电路内设置有阀值开关U2、电容C2、电阻R2、电阻R3及电位器W1，所述二极管D1的负极与阀值开关U2的4脚相连接，开关管Q1的发射极分别与电容C2的第一端、电阻R2的第一端及阀值开关U2的2脚相连接，电容C2的第二端分别与电阻R3的第二端、电阻R2的第二端、阀值开关U2的3脚和1脚相连接，电阻R3的第一脚与变压器T的次级端的第二端相连接，阀值开关U2的6脚通过电位器W1与隔离器电路相连接。
4.根据权利要求3所述的一种采用开关管设计的变压器保护电路，其特征在于：在所述隔离器电路内设置有隔离器U1及热敏电阻器R1，所述隔离器U1的MT2脚与输入端的一端相连接，且隔离器U1的MT1脚与变压器T的初级端的一端相连接；隔离器U1的A脚与阀值开关U2的4脚相连接，且隔离器U1的C脚通过电位器W1与阀值开关U2的6脚相连接；热敏电阻R1分别与隔离器U1的MT2脚和MT1脚相连接。
5.根据权利要求4所述的一种采用开关管设计的变压器保护电路，其特征在于：所述电位器W1的一个固定端与阀值开关U2的6脚相连接，且电位器W1的另一个固定端与隔离器U1的C脚相连接。
6.根据权利要求5所述的一种采用开关管设计的变压器保护电路，其特征在于：所述输入端与～220V电源相连接。
7.根据权利要求6所述的一种采用开关管设计的变压器保护电路，其特征在于：所述输出端的一端与变压器T的次级端的第一端相连接，且输出端的另一端与电阻R3的第二端相连接，且输出端的输出电压为6～24V交流电源。
8.根据权利要求7所述的一种采用开关管设计的变压器保护电路，其特征在于：所述隔离器U1采用芯片型号为BRT22的二极管晶体管IC芯片。
9.根据权利要求8所述的一种采用开关管设计的变压器保护电路，其特征在于：所述集成芯片U2采用芯片型号为TCA105的阀值开关芯片。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种采用开关管设计的变压器保护电路，其特征在于：所述变压器T采用220v：6～24v的交流变压器。
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