模擬電路——直流穩(wěn)定電源VIP

1、精品文檔課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名：專業(yè)班級：指導(dǎo)教師：工作單位：信息工程學(xué)院題目：直流穩(wěn)定電源初始條件：電阻，電容，電感，電位器，晶體管，放大器，TL414,LM324若干要求完成的主要任務(wù):（包括課程設(shè)計工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1 .穩(wěn)壓電源.在輸入220V、50Hz、電壓變化范圍+15%-20標(biāo)件下，輸出電壓為9-12V可調(diào)，最大輸出電流1.5A。2 .DC-DC轉(zhuǎn)換器.在輸入為9-12V條件下，輸出電壓+100V,輸出電流10mA時間安排：第19周理論講解，時間：第20周理論設(shè)計、實驗室安裝調(diào)試，地點：綜合實驗室、通信工程實驗室（1）指導(dǎo)教師簽名：2009年1月日系主

2、任（或責(zé)任教師）簽名：2009年1月日直流穩(wěn)定電源一、方案認(rèn)證與比較在進行電路的設(shè)計過程中，我們采用的是模塊化思想，將整個電路分成幾個分立的模塊來分析、制作，最后再進行組裝、調(diào)試。萬案一：采用單級開關(guān)電源，由220V交流整流后，經(jīng)開關(guān)電源穩(wěn)壓輸出，但是由于這種方式產(chǎn)生的直流電壓紋波比較大，無法得到穩(wěn)定的電壓輸出，不符合我們的要求。萬案一：我們將從濾波電路輸出的電壓接到線性穩(wěn)壓電路（如下圖1所示）圖1線性穩(wěn)壓電路的輸出值可調(diào)，為912V的直流輸出。此方案的優(yōu)點是：電路簡單、很容易調(diào)試，但是效率比較低，其輸入端一般為15V左右的電壓，而輸出只有912V,壓降較大，功率損耗比較嚴(yán)重，無法實現(xiàn)效率40

3、%的目的。方案二:圖2以方案二為基礎(chǔ)，在線性穩(wěn)壓電路前加入DC-DC變換器，采用脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)，并采用恒壓差控制技術(shù)，如圖2所示在這種情況下，由DC-DC變換器來完成從不穩(wěn)定的直流電壓到穩(wěn)定的直流電壓的轉(zhuǎn)變,由于采用脈寬調(diào)制技術(shù)和恒壓差控制技術(shù)，使得線性穩(wěn)壓電路兩端壓差減小，電路消耗大幅度下降，解決了方案二中的效率低下的問題。其次，由于使用脈寬調(diào)制技術(shù)，使得電路有了過流、過熱、自動恢復(fù)等功能。二、直流穩(wěn)壓電源的組成2.1 直流穩(wěn)壓電源的組成框圖各種電器設(shè)備內(nèi)部均是由不同種類的電子電路組成，電子電路正常工作需要直流電源，為電器設(shè)備提供直流電的設(shè)備稱為直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源可以將200

4、V的交流輸入電壓轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定不變的直流電壓，直流穩(wěn)壓電源的組成框圖如圖3所示。UoT直流圖3直流穩(wěn)壓電源組成框圖2.1.1 直流穩(wěn)壓電源各部分作用變壓電路的作用是將220V的交流電變換成電路所需的低壓交流電，用普通的電源變壓器即可實現(xiàn)變壓的目的。整流電路的作用是將輸入的交流電變換成單向脈動的直流電，可以通過橋式整流電路實現(xiàn)，經(jīng)過橋式整流之后輸出的波形如圖4。Vi圖4精品文檔濾波電路的作用是平滑整流輸出的單向脈動電壓，最簡單的濾波電路是電容器，橋式整流電路輸出的波形經(jīng)電容濾波電路處理后的輸出電壓波形如圖5所示。2.2串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路2.2.1電路的組成最簡單的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路如圖6所示。T1n

5、1卜：圖6串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路圖中的G是電源濾波電容，設(shè)電容G兩端的輸出電壓為U,該電壓是穩(wěn)壓電路的輸入電壓。穩(wěn)壓電源中的穩(wěn)壓電路由四個單元組成。(1)基準(zhǔn)單元：限流電阻R2和穩(wěn)壓管D組成穩(wěn)壓電路的基準(zhǔn)單元，該單元的作用是為穩(wěn)壓電路提供自動調(diào)整所需的基準(zhǔn)電壓LZo(2)取樣單元：電阻R、R和電位器岸組成穩(wěn)壓電路的取樣單元，因該單元與負(fù)載電阻RL相并聯(lián)，所以該電路兩端電壓的變化情況直接反映了輸出電壓的變化情況。(3)放大單元：穩(wěn)壓電路中的放大單元由三極管丁2、電阻Ri和穩(wěn)壓管D等器件組成，該電路可將取樣電路所采到的電壓LB2與基準(zhǔn)電壓LZ進行比較，并產(chǎn)生與輸出電壓變化情況成正比的控制信號，控制信號經(jīng)

6、放大后產(chǎn)生控制電壓，控制調(diào)整管Ti的輸出電壓,以保證穩(wěn)壓電源輸出電壓的穩(wěn)定。(4)調(diào)整單元：穩(wěn)壓電路中的調(diào)整單元由三極管Ti和外接的負(fù)載電阻R等器件組成，調(diào)整管Ti與負(fù)載電阻R等組成射極輸出器。射極輸出器是用聯(lián)電壓負(fù)反饋電路，因電壓反饋可以穩(wěn)定輸出電壓，所以，穩(wěn)壓電源的輸出電壓將很穩(wěn)定。2.2.2 串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作原理討論串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作原理可分負(fù)載電阻不變，輸入電壓變化和輸入電壓不變、負(fù)載電阻變化這兩種情況。(1)負(fù)載電阻不變，輸入電壓變化時的穩(wěn)壓過程負(fù)載電阻R保持不變，輸入電壓U上升時，會引起輸出電壓UO也上升，在這種情況下,穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓的流程圖是由穩(wěn)壓的流程圖可見，輸入電壓L、輸

7、出電壓LO和調(diào)整管的輸出電壓LCei三者之間是中聯(lián)的關(guān)系，所以，該電路稱為串聯(lián)型穩(wěn)壓電源。(2)輸入電壓不變，負(fù)載電阻變化時的穩(wěn)壓過程輸入電壓U保持不變，負(fù)載電阻R上升時，會引起輸出電壓Lb也上升，在這種情況下,穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓的流程圖是2.2.3 .穩(wěn)壓電源輸出電壓UO的計算公式在圖10-1-4所示的電路中，設(shè)電位器上段的電阻值為Ri,下段的電阻值為岸2,取樣放大管T2基極的電位UB約等于LZ,在Ib2很小，且可忽略的前提下，LB為小磊3)由上式可得輸出電壓UO為TT+支4TJ(2.2)當(dāng)RP2為最小值零時，輸出電壓UO為最大值UOmax我3十氏正+&4TT/(2-3)當(dāng)RP2為最大信貸

8、時，輸出電壓UO為最小值UOmin& + 號 +& 丁T&+% 2(2-4)根據(jù)設(shè)計要求，輸出電壓為9-12V,Uomin=+9VUomax=+12V因穩(wěn)壓電源的輸出電流等于調(diào)整管的集電極電流，當(dāng)輸出電流太大時，可采用復(fù)合管作為調(diào)整管，以提高電路的輸出電流；為了提高穩(wěn)壓的效果，取樣放大電路也可以采用運算放大器。采用復(fù)合管和運算放大器組成的穩(wěn)壓電源電路如圖7所示。T1圖7穩(wěn)壓電源三、模塊組成本電路從功能上分成五個模塊，下面是對具體的電路模塊進行的說明當(dāng)輸入220V交流電壓時，首先通過變壓器降至25V左右交流電壓。整流部分選用了全波橋式整流電路，輸出為32V的直流電壓。3.

9、2 DC-DC轉(zhuǎn)換電路模塊使用此電路的目的在于最大限度地降低模塊的功耗，同時，為下一級提供一個穩(wěn)定的直流電壓。它的電路圖如圖9:DC-DC電路為有核心芯片TL494作控制的單端PWM降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電路。圖中R10與C5決定開關(guān)電源的開關(guān)頻率。電阻R8作為限流保護電阻用。具片內(nèi)誤差放大器（EA1）的同相輸入端（腳2）通過5.1千歐電阻（R7）接入反饋信號，從后級線性穩(wěn)壓電路得到分壓。開關(guān)管采用PNP型大功率晶體管。工作原理：在恒定頻率的PWM通斷中，控制開關(guān)通斷狀態(tài)的控制信號是通過一個控制電壓UVOM與鋸齒波相比較而產(chǎn)生的。控制電壓則是通過偏差（即實際輸出電壓與其整定值之間的差值）獲得的。鋸齒波

10、的峰值固定不變，其重復(fù)頻率就是開關(guān)的通斷頻率。在PWM控制中，這以頻率保持不變，頻率范圍為幾千赫到幾百千赫。當(dāng)放大的偏差信號電平高于鋸齒波的電平時，比較器輸出高電平，這以高電平的控制信號導(dǎo)致開關(guān)導(dǎo)通，否則，開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)后級反饋電壓高于TL494的基準(zhǔn)電壓5V時，片內(nèi)誤差放大器EA1輸出電壓增加，將導(dǎo)致外接晶體管T和TL494內(nèi)部T1,T2管的導(dǎo)通時間變短，使輸出電壓下降到與基準(zhǔn)電壓基本相等，從而維持輸出電壓穩(wěn)定，反之亦然。參數(shù)計算：由R10=39千歐，C5=0.01uF得振蕩頻率fosc=28.2kHZ為保證電流連續(xù)，電感取值不能太小，但也不能太大。計算如下：Lmin=(UI-UO)/

11、(2乂I0)TON=(35-10)/(2X1.5)X0.00002=167uHC>U0XToff/(8XlXfXU0)=15X10X0.000001/(8X0.001X30X1000X0.1)=6.25uF1IN+1ug162IN+1|N-2152IN-FEEDBACK314REFDTC413OUTPUTCTRLct512VCCrt611C2gnd710E2C189eiIop=ILP=(UI-UO)/(2XL)X0.00002+1.5=1.75ATL494工作原理：TL494是一個固定頻率的脈沖寬度調(diào)制電路，其外形如圖10。TL494內(nèi)置了線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率可通過外部的一個電阻和

12、一個電容進行調(diào)節(jié)，其振蕩頻率如下：t03C=03CRt<t圖10輸出脈沖的寬度是通過電容Ct上的正極性鋸齒波電壓與另外兩個控制信號進行比較來實現(xiàn)。功率輸出管Q1和Q2受控于或非門。當(dāng)雙穩(wěn)觸發(fā)器的時鐘信號為低電平時才會被選通，即只有在鋸齒波電壓大于控制信號期間才會被選通。當(dāng)控制信號增大，輸出脈沖的寬度將減小，參見圖11。Cr%,IijIjjjiiiiF 叩 窗讓H峭QjlDJQZ EimilKrC11I1J 第£m4國圖11控制信號由集成電路外部輸入，一路送至死區(qū)時間比較器，一路送往誤差放大器的輸入端。死區(qū)時間比較器具有120mV的輸入補償電壓，它限制了最小輸出死區(qū)時間約等于鋸齒

13、波周期的4%,當(dāng)輸出端接地，最大輸出占空比為96%,而輸出端接參考電平時，占空比為48%。當(dāng)把死區(qū)時間控制輸入端接上固定的電壓（范圍在03.3V之間）即能在輸出脈沖上產(chǎn)生附加的死區(qū)時間。脈沖寬度調(diào)制比較器為誤差放大器調(diào)節(jié)輸出脈寬提供了一個手段：當(dāng)反饋電壓從0.5V變化到3.5時，輸出的脈沖寬度從被死區(qū)確定的最大導(dǎo)通百分比時間中下降到零。兩個誤差放大器具有從-0.3V到（Vcc-2.0）的共模輸入范圍，這可能從電源的輸出電壓和電流察覺得到。誤差放大器的輸出端常處于高電平，它與脈沖寬度調(diào)制器的反相輸入端進行或”運算，正是這種電路結(jié)構(gòu)，放大器只需最小的輸出即可支配控制回路。圖12TL494原理圖當(dāng)比

14、較器Ct放電，一個正脈沖出現(xiàn)在死區(qū)比較器的輸出端，受脈沖約束的雙穩(wěn)觸發(fā)器進行計時，同時停止輸出管Q1和Q2的工作。若輸出控制端連接到參考電壓源，那么調(diào)制脈沖交替輸出至兩個輸出晶體管，輸出頻率等于脈沖振蕩器的一半。如果工作于單端狀態(tài)，且最大占空比小于50%時，輸出驅(qū)動信號分別從晶體管Q1或Q2取得。輸出變壓器一個反饋繞組及二極管提供反饋電壓。在單端工作模式下，當(dāng)需要更高的驅(qū)動電流輸出，亦可將Q1和Q2并聯(lián)使用，這時，需將輸出模式控制腳接地以關(guān)閉雙穩(wěn)觸發(fā)器。這種狀態(tài)下，輸出的脈沖頻率將等于振蕩器的頻率。TL494內(nèi)置一個5.0V的基準(zhǔn)電壓源，使用外置偏置電路時，可提供高達10mA的負(fù)載電流，在典型

15、的070C溫度范圍50mV溫漂條件下，該基準(zhǔn)電壓源能提供的精確度。卜表為TL494的極限參數(shù)TL494的極限參數(shù)名稱代號極限值單位工作電壓Vcc42V集電極輸出電壓Vc1,Vc242V集電極輸出電流Ic1,Ic2500mA放大器輸入電壓范圍VlR-0.3V+42V功耗Pd1000mW熱阻Reja80C/W工作結(jié)溫Tj125C工作環(huán)境溫度TL494BTL494CTL494INCV494BTa-40+1250+70-40+85-40+125c額定環(huán)境溫度Ta40c3.3 線性穩(wěn)壓電路模塊本電路的目的是在第一級穩(wěn)壓的基礎(chǔ)上實現(xiàn)線性高精度穩(wěn)壓，降低紋波，提高電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率，最終達到題目的指標(biāo)要

16、求。原理如下圖12所示：此電路繼承了DC-DC變換器的輸出電壓。在本電路中，首先輸入電壓在精密穩(wěn)壓源上產(chǎn)生一個穩(wěn)定的參考電壓，接到由運放組成的比較電路的正端輸入腳。輸出電壓經(jīng)過電阻分壓之后反饋至運放的負(fù)輸入端。運放的輸出電壓控制達林頓管的發(fā)射極電壓，得到所需的高度穩(wěn)定的直流電壓。參數(shù)計算:U0=UrefX(Rx+R5+R6)/(R5+R6)RX=3千歐，R5=1千歐，Uref=6V,則當(dāng)R6=0.67千歐時U0=(2.5乂6)/(1+0.67)=9V當(dāng)R6=0.25千歐時U0=(2.5X6)/(1+0.25)=12V3.4 恒壓差控制模塊在DC-DC轉(zhuǎn)換電路和線性穩(wěn)壓電路間采用恒壓差控制，即：

17、通過反饋，使DC-DC變換電路輸出電壓與線性穩(wěn)壓輸出電壓差值恒定，這樣，既可保證線性穩(wěn)壓電路所需的電壓差，又降低了線性穩(wěn)壓電路低壓輸出的損耗，提高穩(wěn)壓模塊的整體效率。而且，在整個模塊輸入電壓發(fā)生較大幅度變化時也能夠進行高精度的穩(wěn)壓，紋波也會因此大大降低。在這一模塊電路中，還接有軟啟動電路，在開關(guān)機時，對產(chǎn)生過沖現(xiàn)象有相當(dāng)大程度上的抑制。同時，通過控制DC-DC變換器的脈寬，可實現(xiàn)過熱，過流保護。這一部分的電路整合到了第3模塊中3.5 顯示模塊：為簡化電路，顯示模塊使用了單片A/D轉(zhuǎn)換集成電路（ICL7107）,其中ICL7107是一塊美國INTERSIL公司生產(chǎn)的三位半雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，采

18、用雙列直插式封裝。標(biāo)準(zhǔn)工作時的電壓為+5V、-5V，芯片自動進行一系列的數(shù)值轉(zhuǎn)換后，直接驅(qū)動共陽極LED數(shù)碼顯示管（該電路使用TOS-5101BR數(shù)碼管），以BCD碼方式在LED上顯示，可顯示3位測量電壓，電壓范圍可精確到0.1%。圖13為數(shù)字顯示電壓表原理圖：精品文檔圖13數(shù)字顯示電壓表原理圖芯片的33,34腳接基準(zhǔn)電容，27,28,29腳組成積分電路。38,39腳的電阻和電容共同構(gòu)成IC內(nèi)部振蕩器的RC電路。該電路的時鐘頻率為45KHZ。30,31腳為模擬量輸入端，兩腳間的電容為輸入濾波電容。31腳外接的電阻為限流分壓電阻。該電路35腳接地，36腳作為基準(zhǔn)電壓輸入，也稱作定標(biāo)系數(shù)調(diào)節(jié)電壓，

19、36腳電壓至關(guān)重要。我們可以通過公式N=1000Vi/Vref+來計算它的定標(biāo)系數(shù)。N表示數(shù)碼管顯示值，Vi表示31腳輸入電壓的變化值。ICL7107的20腳為負(fù)極性指示。（制作時ICL7107應(yīng)使用IC插座，一切做好后再插IC）.精品文檔精品文檔四、總結(jié)與體會經(jīng)過一個學(xué)期對模擬電子技術(shù)課程的理論學(xué)習(xí)，我受益良多。但是，正所謂“紙上談兵終覺淺，覺知此事要躬行”，學(xué)習(xí)任何知識，僅有理論是不夠的，還要進行探索、實踐，對于我們理工科來說，實踐更是重要。所以，我認(rèn)為這次課程設(shè)計是很幾十而且很必要的。通過自己親身參與，不僅能加深我們對理論知識的理解，而且還能真正做到學(xué)以致用。這次的課程設(shè)計安排在學(xué)期末，

20、說實話讓人很頭疼，因為我們必須在復(fù)習(xí)準(zhǔn)備考試的同時做課程設(shè)計，很緊張，時間緊，人心情也緊張。我就是因為緊張在查找資料的時候走了不少彎路，有時候甚至找了一些跟課題沒有關(guān)系的資料，白費了時間和精力。但是通過努力，總算是完成了設(shè)計任務(wù)。通過這次的課程設(shè)計，我對課本上的知識有了更深刻的理解，對于直流穩(wěn)壓電源的工作有了更深的認(rèn)識。通過這次課程設(shè)計，我還認(rèn)識了TL494芯片，了解了TL494的工作原理和它的一些用途，也算是課外收獲了。在這次課程設(shè)計中，我也有沒有解決的問題，例如如何在輸入+12V恒定條件下輸出可調(diào)的穩(wěn)定電流，雖然查找到了一些資料，但是還是沒有弄明白。這說明我的理論知識還不夠，還要加強學(xué)習(xí)。這次課程設(shè)計讓我學(xué)到了很多，不僅鞏固了先前學(xué)到的模電知識，還培養(yǎng)了了我的動手能力，使我