整機供電電源設計總結

1、. 整機電源設計一， 設計主要流程 圖1二， 基本模型 圖21. 電源變壓器的選擇：選擇合適的變壓器對電源的穩(wěn)定性有一定的影響，而且對穩(wěn)壓模塊也有一定的保護，如果變壓器輸出的電壓遠遠大于穩(wěn)壓模塊的穩(wěn)壓值，會降低穩(wěn)壓模塊的使用壽命，嚴重的時候會損壞穩(wěn)壓模塊；如果變壓器的電壓小于穩(wěn)壓模塊的電壓，可能使穩(wěn)壓模塊失去穩(wěn)壓作用。如果制作正負電源時，還要選擇合適的雙副邊繞組變壓器（如圖3）。 圖32. 整流電路整流電路可分為單相半波整流電路和單相橋式整流電路。單相半波整流電路是最簡單的一種整流電路（如圖4），在變壓器的正半周期，二極管處于導通狀態(tài)，而在負半周期，二極管處于截止狀態(tài)。負載電阻上的電壓和電流都

2、具單一方向的脈動方向。 單相半波整流電路的主要參數(shù)： 圖4研究整流電路時，應考察整流電路的輸出電壓平均值和輸出電流平均值兩項指標，有時也考慮脈動系數(shù)，以便反映輸出波形脈動的情況。 輸出電壓平均值為 Uo(AV)=0.45U2 輸出電流平均值為 整流輸出電壓的脈動系數(shù)S定義為整流輸出電壓的基波峰值與輸出電壓平均值Uo(AV)之比，即 故半波整流電路輸出電壓脈動系數(shù) 說明半波整流電路輸出電壓脈動很大，其基波峰值約為平均值的1.57倍。注意：選擇二極管時要給二極管的正向平均電流和最大反向電壓留有余量。（一般為1.1倍的變壓器副邊電壓峰值）單相半波整流電路的優(yōu)缺點：單相半波整流電路簡單易行，所用二極管

3、數(shù)量少。但是它們利用了交流電壓的半個周期，所以輸出電壓低，交流分量大（即脈動大），效率低。因此，這種電路僅適用于整流電流較小，對脈動要求不高的場合。 單相橋式整流電路 單相橋式整流電路有四只二極管組成，其構成原則就是保證在變壓器副邊電壓的整個周期內，負載上的電壓和電流方向始終保持不變。如圖5 圖5輸出電壓平均值為單相半波的二倍，同理，輸出電流也為單相半波的二倍（負載電阻相同）。根據諧波分析，橋式整流電路的基波的角頻率是的2倍，即100HZ。故單相橋式整流電路的脈動系數(shù)為 注意：單相橋式整流電路和單相半波整流電路相比，在相同的變壓器副邊電壓下，對二極管的參數(shù)要求是一樣的，并且還具有輸出電壓高，變

4、壓器利用率高，脈動小等優(yōu)點。三.濾波電路 整流電路的輸出電壓雖然是單一方向的，但是含有較大的交流分量，不能適應大多數(shù)電子電路及設備的需要。因此，在一般的整流后，還需利用濾波電路將脈動的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷?。與用于信號處理的濾波電路相比，直流電源中濾波電路的顯著特點是：均采用無源濾波電路；理想情況下，濾去多有交流成分，而保留直流成分；能夠輸出較大的電流。 電容濾波電路 在整流電路的輸出端（即負載電阻兩端）并聯(lián)一個電容急構成電容濾波電路。在整流橋的輸出端所并聯(lián)的電容的容量較大，因而一般采用電解電容，在接線時要特別注意電解電容的正負極。 電容濾波電路利用了電容的充放電作用，使輸出電壓趨于平滑。

5、電容濾波電路的優(yōu)缺點：利用電容濾波電路后輸出電壓不僅變得平滑，而且平均值也得到了提高。電容充電時，回路電阻為整流電路的內阻，急變壓器內阻和二極管的導通電阻之和，其數(shù)值很小，因而時間常數(shù)很小。電容放電時，回路電阻為負載電阻，放電時間常數(shù)通常大于充電時間。因此，濾波效果取決于放電時間。電容愈大，負載電阻愈大，濾波后輸出電壓愈平滑，并且平均值愈大。為了獲得較好的濾波效果，在實際電路中，應選擇濾波電容滿足以下關系式： 注意：由于采用電解電容，考慮到電網電壓的波動范圍為正負10%，電容的耐壓值應大于1.1倍的變壓器副邊電壓峰值。在半波整流電路中，為獲得較好的濾波效果，電容容量應選得更大些。附加：如果電網

6、電壓經過變壓器變壓后，不能達到想要得到的輸出電壓，可以采用倍壓電路。具體內容見模電教程526頁。電感濾波電路 當電路中的電流很大時，即負載電阻很小時，若這時候還采用電容濾波電路，則電容容量勢必很大，而且整流二極管的沖擊電流也非常大看，這就使得整流管和電容器的選擇變得困難，甚至不可能，在此情況下應采用電感濾波。而且所選電感線圈的電感量要足夠大，所以一般采用有鐵心的線圈。電感濾波的優(yōu)點：經電感濾波后，不但負載電流及電壓的脈動減小，波形變的平滑，而且整流二極管的導通角增大。 其它濾波電路 LC濾波電路 ；型濾波電路三.穩(wěn)壓電路部分 常用的穩(wěn)壓模塊為78XX和79XX系列穩(wěn)壓模塊，其中78XX穩(wěn)壓模塊

7、輸出正電壓，79XX穩(wěn)壓模塊輸出負電壓。1. 外形以及引腳分配 X78XX穩(wěn)壓模塊：分類：X7805 X7806 X7808 X7809 X7810 X7812 X7815 X7818 X7824引腳區(qū)分：正面對著自己，從左到右依次為123（輸入，公共端，輸出）注：每一種類型的穩(wěn)壓塊的最大輸出電流不同。LM7912穩(wěn)壓模塊：引腳分配：1引腳為接地端，2引腳為輸入端，3引腳為輸出端注意：金屬菱形式三端穩(wěn)壓器引腳的區(qū)分很重要，其中的兩個引腳給出，第三個引腳為穩(wěn)壓器的外金屬殼。具體分布需查資料。2. 給出幾種應用電路 應用這些電路時，注意各個穩(wěn)壓芯片的引腳分配，電解電容的正負極接法，在做正負輸出電壓

8、源時，注意變壓器的接法，其中，變壓器的中心抽頭做電路的公共端，其余兩端分別接到整流電路里。整流電路的輸出端的正極接到正穩(wěn)壓塊，負極接到負穩(wěn)壓塊的輸入端。（制作雙極性電壓源必須用帶有中心抽頭的變壓器）圖678XX/79XX三端穩(wěn)壓的應用電路 圖7為輸出正5伏的電壓源PCB原理圖此電路的功能是輸出正5伏的直流電壓，并且輸出電流得到了擴大，此電路中加了一個大功率三極管為負載提供大的電流，電路中的二極管用以補償三極管發(fā)射結電壓Ube，使電路的輸出電壓Uo基本上等于三端集成穩(wěn)壓器的輸出電壓。只要適當選擇二極管的型號，并且通過調節(jié)電阻R的阻值以改變流過二極管的電流，即可得到：輸出電壓的擴展：擴壓輸出電壓計

9、算公式：輸出電壓為雙極性電壓源的設計：注意：此電路的輸入端一定控制不要有一端接觸不好或者斷路，否則輸出端的電容會放電損壞穩(wěn)壓器，必要時可以在輸出端放兩個二極管進行保護作用?？烧{穩(wěn)壓器的使用：LM317可調穩(wěn)壓塊：引腳分配：1引腳為調整端，2引腳為輸出端，3引腳為輸入端輸出電壓范圍為1.5-32V注：輸入電壓一定要比輸出電壓高2伏。注：如果為2引腳封裝，則外殼為輸出端，KA337可調穩(wěn)壓塊：引腳分配：1為調整端，2為輸入端，3為輸出端注：輸出電壓為負電壓。范圍為-1.2V-37V用LM317和LM117可以構成正負可調的直流電壓源，或者用LM317和KA337也可以構成輸出雙極性的電壓源。通用計

10、算輸出電壓的公式為：一般R1的取值在240歐姆左右，同時R1還有限流做用?？烧{穩(wěn)壓器的引腳分配：W117/217/317的引腳分配W137/237/337的引腳分配為消除Rw的影響，可以采用穩(wěn)壓管代替電阻Rw，如圖8.9所示，R3用以微調輸出電壓。圖8.10是典型應用，圖中D1、D2為保護二極管，一旦輸入短路時，C3上的電壓通過D1放電保護穩(wěn)壓塊，而D2則為的C2放電通路。穩(wěn)壓二極管代替Rw的電路 可調穩(wěn)壓電路輸出電壓連續(xù)可調，可正、可負的穩(wěn)壓電源可以用LM117和LM137來實現(xiàn)，如圖8.11所示。圖中的R1、R2應選精度1%的電阻，該電路輸出電壓調節(jié)范圍V，輸出電流1A。獨立電源供電的考慮

11、通常，電子系統(tǒng)由控制部分、信號處理部分、輸出（驅動）部分組成，如圖8.34（a）所示。從電子系統(tǒng)角度看，為避免由電源串入的干擾，各部分應分級用獨立電源供電。何為獨立電源？一般而言，設一個變壓器有n個副邊，若每個副邊均掛整流、濾波、穩(wěn)壓電路，該電源的每一路輸出均為獨立電源，如圖8.34（b）所示。（a）一般電子系統(tǒng) （b）n路獨立電源 圖8.34獨立電源供電 當然，亦可每路獨立電源均由單獨變壓器產生，效果更好，只是成本增加。3.2數(shù)字電路與模擬電路供電的考慮如果你所設計的是較簡單的系統(tǒng)，可以采用單路電源供電；如果你所設計的是數(shù)字、模擬、單片機控制的混合系統(tǒng)，這時就要考慮采用多路電源供電，例如單片

12、機部分用+5V供電，數(shù)字、模擬兩部分也分別供電，而且分別設置“數(shù)字地”和“模擬地”，即數(shù)字電路“地”都接數(shù)字電源的“地”，模擬電路的“地”都接模擬電源的“地”。當然，兩個“地”最后還是要連到一起的，只不過在設計電路板時將各自的“地”集中在一起，或分成兩塊電路板。但僅有一個共地點把“模擬地”和“數(shù)字地”連起來，如圖8.35所示。 圖8.35電路共地 這樣可以有效地克服信號通過電源或“地”的串擾，這種考慮又稱為可靠性設計。如果你所設計的系統(tǒng)既需要多路電源，還需要正、負電源，這時情況就更為復雜。這就要求在設計系統(tǒng)的同時，也一并考慮供電，能用單電源就不用雙電源，能用單路供電就不用多路供電，使供電盡可能

13、簡化。這里提及的多路電源是指多路各自獨立的電源，并非一路電源派生出的多路。多路電源可以出自于一個電源變壓器，一個原邊，多路副邊，每路副邊都有整流、濾波、穩(wěn)壓，這種形成的電源是各自獨立的。當然也可由多個電源變壓器來產生，效果更好。例如信號處理部分用一個小功率電源變壓器，功率電路部分用一個較大功率的電源變壓器。至于是采用線性電源還是開關電源，視情況而定，在負載較重的情況下，采用開關電源效率較高。對供電電源的要求是：電源的容量（輸出功率）應視負載的大小留有一定的余量。電源的內阻盡量小，穩(wěn)壓范圍寬。電源輸出電壓的紋波應盡量小。3.3退耦濾波電路的考慮一個電路可能由多個單元組成，當用一個電源為多單元電路

14、供電時，就應設置退耦濾波器。退耦濾波器可以有效地克服各單元信號通過電源干線引起的相互干擾。退耦濾波器很簡單，通常由一個電阻（或電感）與一個電容構成，分別稱RC或LC退耦濾波器，每個退耦濾波器稱為“一節(jié)”，在供電時，視需要可設置多節(jié)退耦濾波器。在用退耦濾波器為電路供電時，又分為串聯(lián)饋電和并聯(lián)饋電兩種情況，如圖8.36所示。 （a）串聯(lián)饋電 （b）并聯(lián)饋電 圖8.36退耦濾波器饋電對退耦濾波器作幾點說明：圖中給出的是二節(jié)退耦濾波器給三個單元供電，通常未級（單元3）由Vcc直接供電，前面各級用退耦濾波供電。R1C1、R2C2為退耦濾波器，一般電阻取值范圍5.1100， C1、C2取值 100F470F均可。通常在分析電路時認為Vcc端子就是交流“地”，為什么？退耦電容C的意義不言而喻。有時退耦電阻可用電感L取代（特別在高頻電路中），這時串聯(lián)饋電和并聯(lián)饋電所需的L是有區(qū)別的。串聯(lián)饋電所需的電感量較小，如果電路的工作頻率在0.5MHz以下，L取110mH，工作頻率越高，電感量越小，如工作頻率20MHz時，L取值1550H。并聯(lián)饋電L取值應遠大于單元電路中調諧回路的電感量，取調諧回路電感量的1020倍或更大些。如果被供電的單元電路是普通的低頻電路，則無論串聯(lián)饋電還是并聯(lián)饋電，L取值在幾mH十幾mH均可。L可