直流穩(wěn)壓電源

1、直流可調(diào)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 摘 要 當(dāng)今社會人們極大的享受著電子設(shè)備帶來的便利，但是任何電子設(shè)備都有一個(gè)共 同的電路-電源電路。大到超級計(jì)算機(jī)、小到袖珍計(jì)算器，所有的電子設(shè)備都必須在 電源電路的支持下才能正常工作。當(dāng)然這些電源電路的樣式、復(fù)雜程度千差萬別。超 級計(jì)算機(jī)的電源電路本身就是一套復(fù)雜的電源系統(tǒng)。通過這套電源系統(tǒng)，超級計(jì)算機(jī) 各部分都能夠得到持續(xù)穩(wěn)定、符合各種復(fù)雜規(guī)范的電源供應(yīng)。袖珍計(jì)算器則是簡單多 的電池電源電路。不過比較新型的電路完全具備電池能量提醒、掉電保護(hù)等高級功能。 可以說電源電路是一切電子設(shè)備的基礎(chǔ)，沒有電源電路就不會有如此種類繁多的電子 設(shè)備，我們的生活也就不會這么豐富多彩了。

2、 由于電子技術(shù)的特性，電子設(shè)備對電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足 負(fù)載要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能。提供這種穩(wěn)定的直流 電能的電源就是直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源在電源技術(shù)中占有十分重要的地位。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 直流穩(wěn)壓電源/擴(kuò)流/過流保護(hù) 目 錄 摘 要.1 一 穩(wěn)壓電源.3 1.1 穩(wěn)壓電源的種類.3 1.2 穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)及對穩(wěn)壓電源的要求.4 二 穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì).6 2.1 設(shè)計(jì)分析.6 2.2 輸入電路部分設(shè)計(jì).7 2.2.1 電路設(shè)計(jì).7 2.3 輸出電路部分設(shè)計(jì).7 2.3.1 輸出整流 濾波 穩(wěn)壓電路.7 2.3.2 瞬時(shí)過壓抑制電路.11 2.4

3、 保護(hù)電路設(shè)計(jì).11 2.5 總電路工作原理.12 2.5.1 總電路框圖.12 2.5.2 電路框圖詳解.12 2.6 元器件的選擇.13 2.6.1 變壓器.13 2.6.2 整流橋.13 2.7 工作原理.14 2.7.1 參數(shù)計(jì)算.14 結(jié) 論.16 致 謝.17 參考文獻(xiàn).18 一 穩(wěn)壓電源 電源技術(shù)主要是為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)的，信息技術(shù)的發(fā)展又對電源技術(shù)提出了更高 的要求，從而促進(jìn)了電源技術(shù)的發(fā)展，兩者相輔相成才有了現(xiàn)今蓬勃發(fā)展的信息產(chǎn)業(yè) 和電源產(chǎn)業(yè)。從日常生活到最尖端的科學(xué)都離不開電源技術(shù)的參與和支持，而電源技 術(shù)和產(chǎn)業(yè)對提高一個(gè)國家勞動生產(chǎn)率的水平，即提高一個(gè)國家單位能耗的產(chǎn)出水平，

4、 具有舉足輕重的作用。隨著社會飛速前進(jìn)，用電設(shè)備與日俱增。但電力輸配設(shè)施的老 化和發(fā)展滯后，以及設(shè)計(jì)不良和供電不足等原因造成末端用戶電壓的過低，而線頭用 戶則經(jīng)常電壓偏高。對用電設(shè)備特別是對電壓要求嚴(yán)格的高新科技和精密設(shè)備，猶如 沒有上保險(xiǎn)。不穩(wěn)定的電壓會給設(shè)備造成致命傷害或誤動作，影響生產(chǎn)，造成交貨期 延誤、質(zhì)量不穩(wěn)定等多方面損失。同時(shí)加速設(shè)備的老化、影響使用壽命甚至燒毀配件， 使業(yè)主面臨需要維修的困擾或短期內(nèi)就要更新設(shè)備，浪費(fèi)資源；嚴(yán)重者甚至發(fā)生安全 事故，造成不可估量的損失。 1.1 穩(wěn)壓電源的種類 直流穩(wěn)定電源按習(xí)慣可分為化學(xué)電源，線性穩(wěn)定電源和開關(guān)型穩(wěn)定電源，它們又 分別具有各種不同

5、類型： 化學(xué)電源 平常所用的干電池、鉛酸蓄電池、鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池均屬于這一類，各有 其優(yōu)缺點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，又產(chǎn)生了智能化電池；在充電電池材料方面，美國 研制 員發(fā)現(xiàn)錳的一種碘化物，用它可以制造出便宜、小巧、放電時(shí)間 ，多次充電后 仍保持性能良好的環(huán)保型充電電池。 線性穩(wěn)壓電源 線性穩(wěn)定電源有一個(gè)共同的特點(diǎn)就是它的功率器件調(diào)整管工作在線性區(qū)，靠調(diào)整 管之間的電壓降來穩(wěn)定輸出。由于調(diào)整管靜態(tài)損耗大，需要安裝一個(gè)很大的散熱器給 它散熱。而且由于變壓器工作在工頻（50Hz)上,所以重量較大。線性穩(wěn)壓電源又分為 串聯(lián)型穩(wěn)壓電源盒交流型穩(wěn)壓電源。 該類電源優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性高，紋波小，可靠性高，易

6、做成多路，輸出連續(xù)可調(diào)的成 品。缺點(diǎn)是體積大、較笨重、效率相對較低。這類穩(wěn)定電源又有很多種，從輸出性質(zhì) 可分為穩(wěn)壓電源和穩(wěn)流電源及集穩(wěn)壓、穩(wěn)流于一身的穩(wěn)壓穩(wěn)流（雙穩(wěn)）電源。從輸出 值來看可分定點(diǎn)輸出電源、波段開關(guān)調(diào)整式和電位器連續(xù)可調(diào)式幾種。從輸出指示上 可分指針指示型和數(shù)字顯示式型等等。 開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源 與線性穩(wěn)壓電源不同的一類穩(wěn)電源就是開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源，它的電路型式主要 有單端反激式，單端正激式、半橋式、推挽式和全橋式。它和線性電源的根本區(qū)別在 于它變壓器不工作在工頻而是工作在幾十千赫茲到幾兆赫茲。功能管不是工作在飽和 及截止區(qū)即開關(guān)狀態(tài)；開關(guān)電源因此而得名。 開關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)是體積小

7、，重量輕，穩(wěn)定可靠；缺點(diǎn)相對于線性電源來說紋 波較大。直流穩(wěn)壓電源按習(xí)慣可分為化學(xué)電源，線性穩(wěn)定電源和開關(guān)型穩(wěn)定電源。它 們又分別具有各種不同類型：化學(xué)電源，線性穩(wěn)定電源等。 1.2 穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)及對穩(wěn)壓電源的要求 （1） 穩(wěn)定性好 當(dāng)輸入電壓 Ui （整流、濾波的輸出電壓）在規(guī)定范圍內(nèi)變動時(shí)，輸出電壓 Uo 的 變化應(yīng)該很小一般要求 。 由于輸入電壓變化而引起輸出電壓變化的程度，稱為穩(wěn)定度指標(biāo)，常用穩(wěn)壓系數(shù) S 來表示：S 的大小，反映一個(gè)穩(wěn)壓電源克服輸入電壓變化的能力。在同樣的輸入電壓 變化條件下，S 越小，輸出電壓的變化越小，電源的穩(wěn)定度越高。通常 S 約為 10- 210-4。

8、（2）.輸出電阻小 負(fù)載變化時(shí)（從空載到滿載） ，輸出電壓 Uo ，應(yīng)基本保持不變。穩(wěn)壓電源這方面 的性能可用輸出電阻表征。輸出電阻（又叫等效內(nèi)阻）用 ro 表示，它等于輸出電壓變 化量和負(fù)載電流變化量之比。ro 反映負(fù)載變動時(shí)，輸出電壓維持恒定的能力，ro 越小， 則 Ifz 變化時(shí)輸出電壓的變化也越小。性能優(yōu)良的穩(wěn)壓電源，輸出電阻可小到 1 歐， 甚至 001 歐。 （3）.電壓溫度系數(shù)小 當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，會引起輸出電壓的漂移。良好的穩(wěn)壓電源，應(yīng)在環(huán)境溫度變 化時(shí)，有效地抑制輸出電壓的漂移，保持輸出電壓穩(wěn)定，輸出電壓的漂移用溫度系數(shù) KT來表示. （4）.輸出電壓紋波小 所謂紋波電壓，是

9、指輸出電壓中 50 赫或 100 赫的交流分量，通常用有效值或峰值表示。 經(jīng)過穩(wěn)壓作用，可以使整流濾波后的紋波電壓大大降低，降低的倍數(shù)反比于穩(wěn)壓系數(shù) S 。 1.3 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)指標(biāo)： 輸出直流電壓，1.56V 連續(xù)可調(diào)； 額定電流 100mA，最大電流 300mA； 交流電電源電壓 200V； 放大管具有恒流源負(fù)載； 有過流保護(hù)電路； 二 穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)分析 （1）電網(wǎng)供電電壓交流 220V(有效值)頻率為 50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須 采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。 （2）降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度

10、變化大（即脈動大） 。 （3）脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成份濾 掉，保留其直流成份。 （4）濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直 流電壓輸出，供給負(fù)載 RL。 直流穩(wěn)壓電源是一種將 220V 工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變 壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)才能完成，見圖 1.1。 T 工頻交流脈動直流 直流 整 流 濾 波 穩(wěn) 壓 負(fù) 載 圖 1.1 直流穩(wěn)壓電源方框圖 （1）電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng) 220V 交流電壓變換成符合需要的交流電 壓， 并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確

11、定。 （2）整流電路：利用單向?qū)щ娫?，?50Hz 的正弦交流電變換成脈動的直流電。 （3）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比 較平滑的直流電壓。 （4）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化 而變化。 2.2 輸入電路部分設(shè)計(jì) 2.2.1 電路設(shè)計(jì) 首先選擇整流器，必須要考慮下面一些重要參數(shù)： (1)最大正向整流電流。這個(gè)參數(shù)主要根據(jù)電源設(shè)計(jì)的輸出功率決定。 (2)峰值反向截止電壓。由于整流器工作在高電壓環(huán)境下，所以它們必須有較高的 反向截止電壓。 (3)要能承受高的浪涌電流的能力。浪涌電流是由開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的峰值電流所產(chǎn)生

12、 的。再就是濾波電容的選取，正確地計(jì)算和選擇輸入整流濾波電容是十分重要的。因 為它將影響下列的一些性能指標(biāo)：電源輸出端的低頻交流紋波電壓和輸出電壓保持時(shí) 間。在一般情況下，高質(zhì)量的電解電容所具有的濾除交流紋波電壓的能力越強(qiáng)，它的 ESR 值越低。其工作電壓的額定值至少應(yīng)達(dá)到 200V。一般與電容并聯(lián)幾個(gè)電阻，以便 在電源關(guān)閉時(shí)，給電容提供一個(gè)放電通路。 2.3 輸出電路部分設(shè)計(jì) 在一般情況下，開關(guān)電源的一路或多路輸出電壓通常都是直流低電壓，具有一定 的輸出功率，用來驅(qū)動其它的電子電路。 開關(guān)電源的大多數(shù)輸出電路，都是對高頻變壓器次級的高頻方波電壓進(jìn)行整流濾 波。為了獲得高質(zhì)量的直流輸出電壓，所

13、以需要一些特殊的元器件，如肖特基整流二 極管、超快恢復(fù)整流二極管，低 ESR 值的電解電容以及存儲能量的電感，以便產(chǎn)生低 噪音的輸出電壓，從而滿足電路的需求。 2.3.1 輸出整流 濾波 穩(wěn)壓電路 輸出濾波電容的選擇與電源變換器的類型、最大輸出工作電流等因素有關(guān)，目前 所使用的電容大多數(shù)是低 ESR 值的電解電容。濾波電解電容的 ESR 值對電源輸出電壓 波紋有直接的影響，而且它還影響電容器本身的壽命。因?yàn)殡娊怆娙菔菗p耗性元件， 電源的功率消耗在電容器內(nèi)部產(chǎn)生熱量，如果電解電容的 ESR 值過大，產(chǎn)生的熱量也 就越大，進(jìn)而就會縮短電解電容的壽命。第一，LC 濾波網(wǎng)絡(luò)對整個(gè)開關(guān)電源的穩(wěn)定性 有重

14、要的影響。第二，如果組成 LC 網(wǎng)絡(luò)的 L 值小，而 C 值大，會使輸出濾波器的阻抗 變化小，這樣，開關(guān)電源對于負(fù)載變化的瞬態(tài)反應(yīng)會十分靈敏。 （1)整流電路是利用二極管的單向?qū)щ娦?，將交流電壓（電流）變成單向脈動電壓 （電流）的電路，稱為整流電路。交流電分為三相交流電和單相交流電，在小功率電 路中一般采用單相半波、全波、橋式整流電路和倍壓整流電路。 橋式整流電路 橋式整流電路如圖 2-4 所示。 工作原理簡介如下：在 V2的正半周內(nèi)，VD1，VD4 導(dǎo)通，VD2,VD3 截至，在 RL 上建立起 上正下負(fù)的脈動電壓，如果忽略二極管的管壓降及變壓器的內(nèi)阻，則 V0=V2。而在 V2 的負(fù)辦周，

15、二極管 VD2,VD3 導(dǎo)通，VD1,VD4 截至，在負(fù)載 RL 上仍建立起上正下負(fù)的脈 動電壓，如果忽略二極管的管壓降及變壓器的內(nèi)阻，則 V0=V2。由此可以看出，正負(fù)辦 周都有電流流過負(fù)載電阻 RL，而且流過負(fù)載電阻的電流方向是一致的，因而輸出電壓 的直流成分提高，脈動成分降低。 橋式整流電路的電壓可作如下估算。整流元件仍認(rèn)為是理想的，在純電阻負(fù)載條件下， 電壓的順時(shí)值為： (2-2) 20sin2 2 ttVVO 負(fù)載直流電壓平均值為 (2-3) 2 9 . 0 VVO 圖 2-4 橋式整流電路 每個(gè)二極管截止時(shí)的反向電壓相同，為 V2 的幅值。即： (3-4) 22VVd 導(dǎo)通二極管的

16、電流平均值為負(fù)載電流平均值的一半，最大值與負(fù)載電流最大值相同。 綜上，橋式整流電路的特點(diǎn)是：與半波整流電路相比，在 V2,RL 相同的條件下，輸出 的直流電壓提高了一倍；電流脈動程度減??；變壓器正負(fù)半周都有對稱電流流過，既 得到充分利用，又不存在單向磁化的問題。所以它的應(yīng)用較為廣泛。但是需要 4 個(gè)整 流二極管，線路稍復(fù)雜。 （2）濾波電路，經(jīng)過整流后，輸出電壓在正負(fù)方向上沒 有變化，但輸出電壓波形仍然保持正弦波的形狀，起伏很大。為了能夠得到平滑的直 流電壓波形，需要有濾波的措施。在直流電源上多是利用電抗元件對交流信號的電抗 性質(zhì)，將電容器或電感器與負(fù)載電阻恰當(dāng)連接而構(gòu)成濾波電路。電容有通高頻

17、、阻低 頻的作用，將其直接并在整流電路后面，可以讓高頻電流通過電容流回電源，從而減 少了流入負(fù)載的高頻電流，降低了負(fù)載電壓的高頻成分，減小了脈動。 、 工作原理設(shè)：u2波形如圖 2.3（b）所示，未接電容時(shí)，輸出電壓如圖 2.3（b） 中的虛線所示。在 u2正半周，設(shè) u2由零上升，二極管 D 導(dǎo)通，u0=u2，此時(shí)電源對電 容充電，由于充電時(shí)間常數(shù)很小，電容充電很快，所以電容上升的速度完全跟得上電 源電壓的上升速度，uC=u2。當(dāng) u2上升到峰值時(shí)，電容充電達(dá)到 1.4U2，二極管 D 截止， 隨后 u2 下降，電容 C 向負(fù)載 RL放電，放電時(shí)間常數(shù)為 RLC，其值較大，所以電容電壓 下降

18、的速度比u2下降到速度慢得多，此時(shí)負(fù)載電壓靠電容 C 的放電電流來維持， u0=uC。當(dāng)電容放電到 b 點(diǎn)時(shí)，uCu2，二極管 D 又導(dǎo)通，電容又被充電。充電至 1.4U2后，又放電。如此重復(fù)進(jìn)行，就得到輸出電壓的波形如圖 2.3（b）中實(shí)線所示。 由圖可見，經(jīng)電容濾波后，負(fù)載電壓變得平穩(wěn)，且平均值提高了。橋式整流電容濾波 電路的原理與半波時(shí)相同，其電路和波形如圖 2.4 所示。 圖 2.3 單相橋式整流電容濾波電路及其波形圖 在有濾波電容的整流電路中，要對其輸出直流電壓進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算是很困難的， 工程上一般按下列經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算。當(dāng)電容的容量足夠大，滿足 RLC（35） T/2（T 為電網(wǎng)電

19、壓的周期）時(shí)， 對于半波整流電容濾波： U0 U2 對于全波或橋式整流電容濾波： U01.2 U2 濾波電容的選擇 為了得到比較好的濾波效果，在實(shí)際工作中常根據(jù)下式選擇濾波 電容的容量。 對于半波整流： RLC（35）T 對于全波或橋式整流： RLC（35）T/2 由于電容值比較大，約為幾十至幾千微法，一般選用電解電容，接入電路時(shí)，注 意極性不要接反，電容器的耐壓值應(yīng)大于 1.4U2 。 由圖 2.3、圖 2.4 可見，加上電容濾波，流過整流管的電流變成脈沖電流，由于電 源接通的瞬間，電容相當(dāng)于短路，有一個(gè)很大的沖擊電流流過二極管，其瞬間值可以 是正常工作時(shí)的好幾倍，故在選擇整流管最大允許的正

20、向平均電流時(shí)，應(yīng)留有充分的 裕量，一般選 IF = （2 3）ID 。 （3）穩(wěn)壓電路 集成三端穩(wěn)壓器具有體積小，外圍元件少，調(diào)整簡單，使用方便 且性能好，穩(wěn)定性高，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而獲得越來越廣泛的應(yīng)用。 常見的有固定式和可調(diào)式兩類集成三端穩(wěn)壓器，內(nèi)部多以串聯(lián)型穩(wěn)壓電源為主， 還有適當(dāng)?shù)倪^流、過熱等保護(hù)電路。一般固定式較便宜，可調(diào)式較貴，性能也好些， 功率相對也較大。故本次設(shè)計(jì)采用 LM317 是可調(diào)節(jié) 3 端正電壓穩(wěn)壓器 穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式計(jì)算，Vo1.25（1R2/R1） 。僅僅從公式本身看， R1、R2 的電阻值可以隨意設(shè)定。然而作為穩(wěn)壓電源的輸出電壓計(jì)算公式，R1 和 R2

21、 的 阻值是不能隨意設(shè)定的。 首先 317 穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是 Vo1.25V37V（高輸出電壓的 317 穩(wěn)壓塊如 LM317HVA、LM317HVK 等，其輸出電壓變化范圍是 Vo1.25V45V） ，所以 R2/R1 的比值范圍只能是 028.6。 經(jīng)計(jì)算可知 R1 的最大取值為 R10.83K。又因?yàn)?R2/R1 的最大值為 28.6。所以 R2 的最大取值為 R223.74K。在使用 317 穩(wěn)壓塊的輸出電壓計(jì)算公式計(jì)算其輸出電 壓時(shí)，必須保證 R10.83K，R223.74K 兩個(gè)不等式同時(shí)成立，才能保證 317 穩(wěn) 壓塊在空載時(shí)能夠穩(wěn)定地工作。 2.3.2 瞬時(shí)過壓抑制電

22、路 高頻變壓器的露電感和肖特基勢壘整流二極管的結(jié)電容在管子截止時(shí)，形成了一 個(gè)諧振電路，它會引起瞬時(shí)過壓振蕩。振蕩脈沖的振幅足以超過肖特基勢壘整流管的 截止電壓，在管子截止期間，會使管子損壞，為此，需增加 RC 吸收回路進(jìn)行抑制。 2.4 保護(hù)電路設(shè)計(jì) 限流電路就是一種基本的保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。在輸出短路的情況下，它也能夠把輸出電流 限制在一個(gè)安全的范圍內(nèi)?？梢杂枚喾N方法來實(shí)現(xiàn)限流電路。有的把限流電路設(shè)計(jì)在 電源的輸入側(cè)，有的把限流電路設(shè)計(jì)在電源的輸出側(cè)。當(dāng)然，限流電路本身的優(yōu)化程 度，還要取決于它要保護(hù)的電源電路結(jié)構(gòu)。對于單電源輸出電路，把限流電路設(shè)計(jì)在 輸入側(cè)或輸出側(cè)，其保護(hù)作用是相同的。對于在變壓

23、器初級側(cè)進(jìn)行調(diào)節(jié)并由變壓器直 接驅(qū)動的電源電路，把限流電路放在輸入側(cè)比較方便，而對于那些使用基極驅(qū)動的電 源電路，把限流電路設(shè)計(jì)在輸出側(cè)，則更為有效。 限流電路與監(jiān)控電路直接耦合的電路結(jié)構(gòu)比較方便、簡單，而且所需元器件較少。 用變壓器耦合的限流電路適用于兩端不共地，又需要傳遞電壓的場合，因此也得到十 分廣泛的應(yīng)用。 限流電路可以用分立元件來實(shí)現(xiàn)，也可以用集成電路來構(gòu)成。具體用什么元器件 來組成限流電路，要根據(jù)具體電路結(jié)構(gòu)來選擇。 為了有效地保護(hù)電源，在其受損壞前，限流電流就應(yīng)做出快速反應(yīng)。這一點(diǎn)十分 重要。 過壓保護(hù)電路的作用是：當(dāng)輸出電壓超過設(shè)計(jì)值時(shí)，把輸出電壓限定在安全值的 范圍內(nèi)。有兩個(gè)

24、原因：第一，開關(guān)電源都有可調(diào)節(jié)電壓輸出的功能，一旦在調(diào)節(jié)時(shí)發(fā) 生過電壓輸出現(xiàn)象，就由過壓保護(hù)以防止損壞元件。第二，為了確保用戶由于操作不 當(dāng)引起的過壓現(xiàn)象，也應(yīng)該采取這樣的安全措施。 過壓保護(hù)電路最好放在開關(guān)電源的輸出端，距離供電電路越近越好。處在這個(gè)位 置的能夠無誤地消除由于電路裝配所引起的過壓現(xiàn)象，達(dá)到保護(hù)開關(guān)電源的目的。特 別是當(dāng)有幾路不同的電源給同一電路供電時(shí)，尤為重要。實(shí)現(xiàn)過壓電路最簡單、有效 的方法是把單向可控硅連接到電源的直流輸出端，當(dāng)檢測到有過壓現(xiàn)象時(shí)，采取措施 使單向可控硅導(dǎo)通，把電源的輸出端短路。這時(shí)，過流保護(hù)電路就會工作，停止整個(gè) 電源電路的工作，達(dá)到保護(hù)的目的。 2.5

25、 總電路工作原理 2.5.1 總電路框圖 圖 2.5 總電路框圖 2.5.2 電路框圖詳解 我們從輸入端進(jìn)行讀圖。首先是接入工頻電(220V/50Hz),通過一個(gè)保險(xiǎn)管進(jìn)入變 壓器。由于整個(gè)電路對電網(wǎng)的穩(wěn)定性要求不是很高，所以前面提到的電磁干擾濾波電 路、抗浪涌電流電路等都沒有在實(shí)際電路中設(shè)計(jì)。 變壓器是具有中心抽頭的兩路輸出降壓變壓器，降壓比為 220V 變 1228V，頻率 不變，中心抽頭接電源的地。變壓器輸出的交流電壓經(jīng)整流橋整流后，成為脈動直流， 在經(jīng)過一個(gè)電解電容和一個(gè)無極性電容濾波后成為一個(gè)較平滑的直流。將上下電容的 中點(diǎn)與電源地連接,但是一個(gè) LM317 和一個(gè) LM337 最大

26、只能提供 1.5A 的電流，所以通 過兩個(gè) LM317 并聯(lián)提高+5V 電源的輸出電流能力，通過兩個(gè) LM337 并聯(lián)提高-5V 電源的 輸出電流能力。運(yùn)算放大器 LM393 用來平衡兩個(gè)三端穩(wěn)壓器輸入端的電流大小。三端 穩(wěn)壓器的輸出電壓是通過輸出端與調(diào)節(jié)端之間電阻和調(diào)節(jié)端與電源地之間的電位器共 同的作用實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的。直流電壓輸出后在經(jīng)過 1/50V 的電解電容再次濾波，有效濾 除直流電壓中的交流成分（降低紋波電壓） ，為負(fù)載提供更好的直流電源。 2.6 元器件的選擇 2.6.1 變壓器 對于變壓器主要看變壓器的變比、初級線圈電感量、功率。我們設(shè)計(jì)要求輸出電 流為 2A，所以在變壓器的制作上，我

27、們需要定制一個(gè)輸出功率在 20W 至 40W 的變壓器。 在本設(shè)計(jì)中我們選用的是兩個(gè)舊變壓器改裝過來的。我選用的是變壓器是兩路輸出變 壓器，一路 9V，另一路 25V。兩個(gè)變壓器并聯(lián)以后，只將兩個(gè) 9V 引出，并且將兩個(gè)變 壓器 9V 繞組的非同名端相連接接地，這樣就形成了具有中間抽頭的雙路 9V 變壓器。 對于變壓器的參數(shù)，我們是根據(jù) LM317 和 LM337 的最小輸入電壓計(jì)算出來的。集成穩(wěn) 壓器的輸入電壓雖然受到最大輸入電壓的限制，但為了使穩(wěn)壓器工作在最佳狀態(tài)及獲 得理想的穩(wěn)壓指標(biāo)，該輸入電壓也有最小值的要求。輸入電壓 UI的確定，應(yīng)考慮如下 因素：穩(wěn)壓器輸出電壓 UO；穩(wěn)壓器輸入和輸

28、出之間的最小壓差(UIUO)min；穩(wěn)壓器輸 入電壓的紋波電壓URIP，一般取 UO、(UIUO)min 之和的 10%；電網(wǎng)電壓的波動引起的 輸入電壓的變化 URIP，一般取 UO、(UIUO)min、URIP之和的 10%。對于集成三端穩(wěn)壓器， 具有較好的穩(wěn)壓輸出特性。例如對于輸出為 5V 的集成穩(wěn)壓器，其最小輸入電壓 UI為： UImin=UO+(UIUO)min+URIP+ URIP =5+3+0.8+0.88=9.68V 2.6.2 整流橋 整流部分，可以選用四只二極管進(jìn)行全橋整流，二極管最大正向整流電流這個(gè) 參數(shù)主要根據(jù)電源設(shè)計(jì)的輸出功率決定。所選擇的整流二極管的穩(wěn)態(tài)電流容量至少應(yīng)

29、 是計(jì)算值的 2 倍。 峰值反向截止電壓。由于整流器工作在高電壓環(huán)境下，所以它們必須有較高的反 向截止電壓值一般應(yīng)在 600V 以上。要能承受高的浪涌電流的能力。浪涌電流是啟動 時(shí)的峰值電流所產(chǎn)生的。在本設(shè)計(jì)中，我們選用了 PBU808 型號的整流橋，它是將四個(gè) 整流二極管集成在一個(gè)芯片中，組成了一個(gè)完整的整流橋。它可以通過 6A8A 的電流， 截止電壓在 600V 以上。而且它在接線上比較方便，2、3 管腳接輸入的交流線，1、4 管腳分別是整流輸出直流電壓的正和負(fù)。 2.7 工作原理 1.電源變壓器采用降壓變壓器，將電網(wǎng)交流電壓220V 變換成需要的交流電壓。此 交流電壓經(jīng)過整流后,可獲得電

30、子設(shè)備所需要的直流電壓。 2.整流電路利用單相橋式整流電路,把50Hz 的交流電變換為方向不變但大小仍有 脈動的直流電。其優(yōu)點(diǎn)是電壓較高、紋波電壓較小,變壓器的利用率高。本設(shè)計(jì)用橋堆 RS808 做全橋整流,最大電流可達(dá)8A,配合本設(shè)計(jì)的大濾波電容,使得本電源的瞬時(shí)大電 流的供電特性好、噪聲小、反應(yīng)速度快、輸出紋波小。 3.濾波電路采用電容濾波電路,將整流電路輸出的脈動成分大部分濾除,得到比較 平滑的直流電。本電路采用3500F/35V 的大電容C1、C4 使輸出電壓更加平滑,電源 瞬間特性好,適合帶感性負(fù)載，如電機(jī)的啟動。 4.穩(wěn)壓電路由LM317 輸出正電源,LM337 輸出負(fù)電源。LM3

31、17 和LM337 均使用了內(nèi) 部熱過載,包含過流保護(hù)、熱關(guān)斷和安全工作區(qū)補(bǔ)償?shù)韧晟频谋Ｗo(hù)電路,使得電源可以 省去保險(xiǎn)絲等易損耗器件。 調(diào)節(jié)電路:為適應(yīng)不同應(yīng)用場合的需要而將電壓設(shè)置為可調(diào)。輸出電壓的計(jì)算 Uo=1.25(1+Rf/R),可調(diào)電阻選用精密可調(diào)電阻,保證輸出電壓的精確可調(diào)。如本文選 用的Rf 為5k、R 為270的組合,可以分別對1.25V24V-1.25V-24V 之間實(shí)現(xiàn)連 續(xù)可調(diào)。 5.保護(hù)電路因?yàn)榫€性電源發(fā)熱量較大，所以本電源中加了足夠的散熱器。 由于采用高性能的集成電路,從而簡化了電路的結(jié)構(gòu),突出了電源變換問題中的關(guān)鍵部 分。通過調(diào)試與檢測,電路整體性能良好。本電源不僅

32、可以單獨(dú)使用,還可以置于其他 電子設(shè)備中用作穩(wěn)壓或穩(wěn)流源使用。 2.7.1 參數(shù)計(jì)算 1.LM317 與LM337 的選擇 LM317/LM337 的電壓輸出范圍是1.25V37V，負(fù)載電流最大為1.5A,僅需兩個(gè) 外接電阻來設(shè)置輸出電壓，連續(xù)可調(diào)。此外,它的線性調(diào)整率為0.01 和負(fù)載調(diào)整率0.1%也 比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。此外該器件內(nèi)置過載保護(hù)電路、安全保護(hù)等多重保護(hù)功能。 內(nèi)阻小、電壓穩(wěn)定、噪音極低、輸出紋波小(輸出端最小僅用100F),實(shí)際使用效果比 LM78、LM79等穩(wěn)壓模組好。 2.穩(wěn)壓電阻R1、R2 的選擇 要保證 317 在空載時(shí)能夠穩(wěn)定地工作,只要保證Vo/(R1+R2)1

33、.5mA 就可以了。 1.5mA 為317穩(wěn)壓塊的最小穩(wěn)定工作電流。我選擇R1、_R3 分別為5k和270 的固定電阻。改變R1 的值可 以調(diào)節(jié)輸出電源值,輸出電壓計(jì)算公式如下: Vout=1.25(1+R2/R1)=1.25(1+R2/270) 3.變壓器及電容選擇 考慮到平時(shí)使用的電源大多在 015V 之間，而且LM317/LM337 的極限電壓37V, 所以選用變壓器的輸出電壓為28V,因?yàn)槎O管0.7V 的壓降，則每一路輸出為 17.3V。 3 電源的參數(shù)測試 1.穩(wěn)壓電源輸出電壓調(diào)整范圍 2.測量輸出電阻R. 保持穩(wěn)壓電源的的輸入電壓Ui=V,測出輸出電壓U01,輸出電流I01,然后接上負(fù)載 R2,測出輸出電壓U02 和輸出電流I02,則輸出電阻為: 3.測量穩(wěn)壓系數(shù)。 用改變輸入交流電壓的方法,模擬Ui 的變化,測出對應(yīng)的輸出直流電壓的變化,則 可算出穩(wěn)壓系數(shù)Sv。 4.用晶體管毫伏表,可測量輸出直流電壓中的交流紋波電壓大小,實(shí)測為0.04mV。 5.最大負(fù)載電流Imax=1.5A 綜上,本設(shè)計(jì)實(shí)測參數(shù)與設(shè)計(jì)要求基本符合,達(dá)到預(yù)期