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文檔簡介
1、線性穩(wěn)壓電源設(shè)計 穩(wěn)壓電源設(shè)計方法 在電子電路中,通常需要直流電源供電。直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計,是根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo、輸出電流Io、輸出紋波電壓Uop- p 等性能指標(biāo)要求,確定出變壓器、集成穩(wěn)壓器、整流二極管和濾波電路中所用元器件的性能參數(shù),從而合理地選擇這些器件。1 設(shè)計步驟:穩(wěn)壓電源設(shè)計分三個步驟:一是根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo、最大輸出電流Iomax,確定集成穩(wěn)壓器的型號及電路結(jié)構(gòu)形式。二是根據(jù)穩(wěn)壓器的輸入電壓UI,確定電源變壓器二次繞組電壓的有效值U2;根據(jù)穩(wěn)壓電源的最大輸出電流I0max,確定流過電源變壓器二次繞組的電流I2 和電源變壓器二次繞組的功率P2;根據(jù)P2,查出變壓器
2、的效率(見表1),從而確定電源變壓器原邊的功率P1。然后根據(jù)所確定的參數(shù),選擇電源變壓器。三是確定整流二極管的正向平均電流IF、整流二極管承受的最大反向工作電壓URM和濾波電容的電容量和耐壓值。根據(jù)所確定的參數(shù),選擇整流二極管和濾波電容。2 線性穩(wěn)壓電路的組成各個部分功能 穩(wěn)壓電源原理圖:1.1 電源變壓器電源變壓器的作用是將220 V交流電網(wǎng)電壓u1 變換為整流電路所需要的交流電壓u2。電源變壓器的效率為:=P2 /P1,其中:P2 是變壓器副邊的功率,P1 是變壓器原邊的功率。表小型變壓器的效率副邊功率P2<10VA1030VA3080VA80200VA效率0.60.70.80.85
3、 算出了副邊功率P2 后,可根據(jù)表1 算出原邊功率P2。由P1、P2 及u2值即可選擇電源變壓器。1.2 整流電路整流電路的作用是將交流電壓u2 變換成單向脈動的直流電壓u3,在直流穩(wěn)壓電源中常采用橋式整流電路。濾波電路 經(jīng)整流后的直流輸出電壓脈動性很大,不能直接使用。為了減少其交流成分,通常在整流電路后接有濾波電路。濾波電路的主要任務(wù)是將整流后的單向脈動直流電壓中的紋波濾除掉,使其變成平滑的直流電。在小功率電路中常采用電容濾波電路,將濾波電容C 直接并聯(lián)在負(fù)載RL 兩端,就可組成電容濾波電路。由于電容的儲能作用,使得輸出直流電壓波形比較平滑,脈動成分降低,輸出直流電壓的平均值增大。采用電容濾
4、波電路可以得到脈動性很小的直流電壓。1.3 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界因素(電網(wǎng)電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度)發(fā)生變化時,能使輸出直流電壓不受影響,從而維持穩(wěn)定的輸出。穩(wěn)壓電路的類型很多,通常采用集成穩(wěn)壓器。在小功率穩(wěn)壓電源中,經(jīng)常使用的是三端集成穩(wěn)壓器。集成穩(wěn)壓器的類型很多,按輸出電壓類型不同可分為固定式和可調(diào)式,按輸出電壓極性不同可分為正電壓輸出和負(fù)電壓輸出兩種類型。2 各部分設(shè)計2.1 變壓器的選擇: 根據(jù)所需的U2及功率,由上表1和變壓器電壓計算公式可以選擇合適的變壓器。2.2 整流電路利用二極管的單向?qū)щ娦?,將大小和方向都隨時間變化的工頻交流電變換成單方向的脈動直流電的過程稱為整流。有半
5、波整流和全波整流兩種:(1)半波整流:變壓器的次級繞組與負(fù)載相接,中間串聯(lián)一個整流二極管,就是半波整流。利用二極管的單向?qū)щ娦?,只有半個周期內(nèi)有電流流過負(fù)載,另半個周期被二管所阻,沒有電流。變壓器中有直流分量流過,降低了變壓器的效率;整流電流的脈動成分太大,對濾波電路的要求高。只適用于小電流整流電路。仿真波形圖2.3 濾波電路 (1)電容濾波將濾波電容C 直接并聯(lián)在負(fù)載RL 兩端,就可組成電容濾波電路。采用電容濾波電路可以得到脈動性很小的直流電壓,但輸出電壓受負(fù)載變動的影響較大,其主要用于要求負(fù)載電流較小,負(fù)載基本不變的場合。 (2)電感濾波電感濾波電路利用電感器兩端的電流不能突變的特點,把電
6、感器與負(fù)載串聯(lián)起來,以達(dá)到使輸出電流平滑的目的。從能量的觀點看,當(dāng)電源提供的電流增大(由電源電壓增加引起)時,電感器L把能量存儲起來;而當(dāng)電流減小時,又把能量釋放出來,使負(fù)載電流平滑,所以電感L有平波作用。 圖2-7 電感濾波電路優(yōu)點:整流二極管的導(dǎo)電角大,峰值電流小,輸出特性較平坦。缺點:存在鐵心,笨重、體積大,易引起電磁干擾,一般只適應(yīng)于低電壓、大電流的場合。仿真圖:LM317:2.4 穩(wěn)壓電路為了維持輸出電壓UI穩(wěn)定不變,還需加一級穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件所組成。也可以自己設(shè)計。如圖,右半部分為穩(wěn)壓電路的基本組成。一般來說,線性穩(wěn)壓電源由調(diào)整管、參考電壓、取樣電
7、路、誤差放大電路等幾個基本部分組成。另外還可能包括一些例如保護(hù)電路,啟動電路等部分2.5 實際電路設(shè)計一例集成直流穩(wěn)壓電源(輸出5V可調(diào))電路原理及元件選擇:D1-D4構(gòu)成整流電路,整流二極管選用IN4001,其極限參數(shù)為Vrm>50V,If=1A。C1,C2 構(gòu)成濾波電路,取C1為4700UF,耐壓值為5V。穩(wěn)壓管LM317,應(yīng)適當(dāng)接散熱片。2腳,3腳接一二極管構(gòu)成反饋,型號IN4001。RP1和R1構(gòu)成電壓調(diào)節(jié)電路,RP1選4.7K,R1選150歐,由Uo1.25(1R2/R1)能保證在5V可調(diào)。D5的的作用是防止輸出端與地短路時,損壞穩(wěn)壓器。變壓器由J1兩端接入,選擇輸出30V。圖2-10 電路原理圖電路原理圖如圖2-10所示:下面是電路仿真圖:如圖所示,圖中沒有使用變壓器,而是直接給出了適合的交流電源,當(dāng)我們把電位器調(diào)向最大時,電壓表顯示的電壓為3.78v,當(dāng)調(diào)向零時,電壓表顯示1v多,雖有少量誤差,但總體與設(shè)計相符。散熱設(shè)計 安裝風(fēng)扇3 小結(jié)線性穩(wěn)壓電路設(shè)計的各個部分設(shè)計都很重要,對整個電源的性能都起到了關(guān)鍵性的作用,尤其是穩(wěn)壓部分,這部分的好壞是整個電源可行與否的關(guān)鍵。每個功能電路都有很多方案可以選擇,在符合設(shè)計需求的條件下,如何選擇最好的設(shè)計方案使我們所追求的。參考文獻(xiàn):1. 模擬集成電路基礎(chǔ),李金平,董在望北京交通大學(xué)出版社;2. 模擬
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