集成直流稳压稳压电源设计默认分类 2009-06-24 11:22:50 阅读791 评论1 字号：大中小 订阅
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1.IF— 最大平均整流电流。 指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流。该电流由PN结的结面积和散热条件决定。使用时应注意通过二极管的平均电流不能大于此值，并要满足散热条件。例如1N4000系列二极管的IF为1A。 2.VR— 最大反向工作电压。 指二极管两端允许施加的最大反向电压。若大于此值，则反向电流(IR)剧增，二极管的单向导电性被破坏，从而引起反向击穿。通常取反向击穿电压(VB)的一半作为(VR)。例如1N4001的VR为50V，1N4007的VR为1OOOV 3.IR— 反向电流。 指二极管未击穿时反向电流值。温度对IR的影响很大。例如1N4000系列二极管在100°C条件IR应小于500uA;在25°C时IR应小于5uA。 4.VR— 击穿电压。 指二极管反向伏安特性曲线急剧弯曲点的电压值。反向为软特性时，则指给定反向漏电流条件下的电压值。
(3)·滤波电路的设计（李胄敉） 整流电路的输出电压虽然是单一方向的，但是含有较大的交流成分，不能适应大多数电子电路及设备的需要。因此，一般在整流后，还利用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。最基本的滤波元件是电感、电容。其滤波原理是：利用这些电抗元件在整流二极管导通期间储存能量、在截止期间释放能量的作用,使输出电压变得比较平滑;或从另一角度来看,电容、电感对交、直流成分反映出来的阻抗不同,把它们合理地安排在电路中,即可达到降低交流成分而保留直流成分的目的,体现出滤波作用。与信号滤波电路相比，直流电源滤波电路的特点是：其为无源电路;理想情况下，滤去所有的交流成分，而只保留直流成分；能输出较大电流。因为整流管工作在非线性状态（即导通或截止故而滤波特性的分析方法也不尽相同。
ⅰ、电容滤波电路
图表 2单相桥式半波整流电容滤波电路 电容C并联于负载 RL的两端,uL＝uC。在没有并入电容C之前,整流二极管在u2的正半周导通,负半周截止,输出电压uL的波形如图中红线所示。并入电容之后,设在 ωt=0时接通电源,则当u2由零逐渐增大时,二极管D导通,除有一电流iL流向负载以外还有一电流iC向电容C充电,充电电压uC的极性为上正下负。如忽略二极管的内阻,则uC 可充到接近u2的峰值u2m。在u2 达到最大值以后开始下降,此时电容器上的电压uc也将由于放电而逐渐下降。当u2＜uc时,D因反偏而截止,于是C以一定的时间常数通过RL 按指数规律放电,uc下降。直到下一个正半周,当u2 ＞uc时,D又导通。如此下去,使输出电压的波形如图中蓝线所示。显然比未并电容C前平滑多了。负载RL未接入（开关S断开），设电容C两端的初始电压为0，接入交流电源后，当U2正半周时，U2通过D1﹑D2向电容器C充电；U2为负半周时，经D2﹑D4向电容器C充电，充电时间常数为 Te=Rint 式中Rint包括变压器二次绕组的直流电阻和二极管D的正向电阻，由于Rint一般很小，电容器很快就充电到交流电压U2的最大值√2U2，由于带你容器C无放电回路，故输出电压（即电容器C两端的电压Uc）保持在√2U2，输出为一个恒定的直流电压。 接入负载RL（开关S合上），设变压器二次电压U2从0开始上升（即正半周开始）时接入负载RL，由于电容器在负载未接入前充了电，故刚接入负载时U2<Uc，二极管受反向电压作用而截止，带你容器C经RL放电，放电的时间常数为Td=RLC，因Td一般较大，故电容两端的电压Uc按指数规律慢慢下降，其输出电压UL=Uc,如图的ab段所示，与此同时，交流电压U2按正弦规律上升U2>Uc时二极管D1﹑D3受正向电压作用而导通，此时U2经二极管D1﹑D3一方面向负载RL提供电流，另一方面向电容器C充电，Uc升高将如图中的bc段，图中bc段上的阴影部分为电路中的电流在整流电路内阻Rint上产生的压降。Uc随着交流电压U2升高到最大值√2U2的附近。然后，U2又按正弦规律下降。当U2<Uc时，二极管受反向电压作用而截止，电容器C又经RL放电，Uc下降,Uc波形如图中的cd段。电容器C如此周而复始地进行充放电，负载上便得到如图所示的一个近似锯齿波的电压UL=Uc，使负载电压的波动大为减小。电路的电压﹑电流和纹波电压Ur波形如图所示。 全波或桥式整流电容滤波的原理与半波整波电容滤波基本相同,滤波波形如图Z0711 所示。从以上分析可以看出： 1. 加了电容滤波之后,输出电压的直流成分提高了,而脉动成分降低了。这都是由于电容的储能作用造成的。电容在二极管导通时充电（储能）,截止时放电（将能量释放给负载）,不但使输出电压的平均值增大,而且使其变得比较平滑了。 2．电容的放电时间常数（τ＝RLC）愈大,放电愈慢,输出电压愈高,脉动成分也愈少,即滤波效果愈好。故一般C取值较大,RL也要求较大。实际中常按下式来选取C的值： RLC≥（3～5＞T（半波） GS0714 RLC≥（3～5）T／2（全波、桥式） GS0715 3．电容滤波电路中整流二极管的导电时间缩短了,即导通角小于180°。而且,放电时间常数越大,导通角越小。因此,整流二极管流过的是一个很大的冲击电流,对管子的寿命不利,选择二极管时,必须留有较大余量。 （4）、稳压电路的设计（刘伟） 虽然整流滤波电路能将正弦交流电压变换成较为平滑的直流电压，但是，一方面，由于输出电压平均值取决于变压器副边电压有效值，所以当电网电压波动时，输出电压平均值将随之产生相应的波动；另一方面，由于整流滤波电路内阻的存在，当负载变化时，内阻上的电压将产生变化，于是输出电压平均值也将随之产生相反的变化。如负载电阻减小，则负载电流增大，内阻上的电流也就随之增大，其电压降必然增大，输出电压平均值必将心相应减小。因此，整流滤波电路输出电压回随着电网电压的波动而波动，岁着负载电阻的变化而变化。为了获得稳定性好的直流电压，必须采取稳压措施。 而我们对一个稳压电路的好坏的判断的依据是考察其的稳压特性：即对任何稳压电路，⒈设电网电压波动，研究其输出电压是否稳定；⒉设负载变化，研究其输出电压是否稳定。 下面对硅稳压二极管稳压电路进行说明，其电路如图： Ⅰ、当输入电压变化时如何稳压 输入电压VI的增加，必然引起VO的增加，即VZ增加，从而使IZ增加，IR增加，使VR增加，从而使输出电压VO减小。这一稳压过程可概括如下： VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO 这里VO减小应理解为，由于输入电压VI的增加，在稳压二极管的调节下，使VO的增加没有那么大而已。VO还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。 Ⅱ、当负载电流变化时如何稳压 负载电流IO的增加，必然引起IR的增加，即VR增加，从而使VZ=VO减小，IZ减小。IZ的减小必然使IR减小，VR减小，从而使输出电压=VO增加。这一稳压过程可概括如下： IO↑→IR↑→VR↑→VZ↓（VO↓）→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑ 综上所叙述，在稳压二极管所组成的稳压电路中，利用稳压管所起的电流调节作用，通过限流电阻R上电压或电流的变化进行补偿，来达到稳压的目的。限流电阻R是必不可少的元件，它既限制稳压管中的电流使其正常工作，又与稳压管相配合以达到稳压的目的。一般情况下，在电路中如果有稳压管存在，就必然有与之相匹配饿限流电阻。 3.3. 集成直流稳压稳压电源电路的设定（杨文武、李双华、李胄敉、刘伟） 课题是设计一个满足以下要求的直流稳压电源： ⑴已知条件: 集成稳压器CW7812、CW7912及CW317，其性能参数请查阅集成稳压器手册。 ⑵性能指标要求 : ⅰ、输出电压VO=（-12V~+12V） ⅱ、IOMAX=100MA 2.3.1、各电路的设定 ㈠、电源变压器《杨文武》 电源变压器电源变压器的作用是将电网220V的交流电压U1变换成整流滤波电路所需的交流电压U2。变压器副边与原边的功率比为 P2/P1=n 式中，n为变压器的效率。 通过比较选择副边功率为10～30VA，效率为0.7的变压器 性能指标要求得令副边电压为＋16V，副边电流I2≥100mA则令其为0.5A所以副边功率P2≥8W,又n=0.7,所以原边功率要大于11.4W. 性能指标要求得令副边电压为＋16V，复变电流I2≥300mA,则令其为0.5A，所以复变功率P2≥8W,又n=0.7,所以元变功率要大于11.4W. 由公式可得输入电压Ui的范围为 Uomax+(Ui-Uo)min≤Ui≤Uomin+(Ui-Uo)max 9V+3V≤Ui≤3V+40V 12V≤Ui≤43V 副边电压U2≥Uimin/1.1=12/1.1V,取U2=11V，副边电流I2﹥Iomax=0.8A，取I2=1A，则变压器副边输出功率P2≥I2U2=11w。 由变压器的效率为0.7，则原边输入功率P1≥P2/n=15.7w。 综合以上三挡的要求选择功率为20W的电源变压器。 调试：
㈡、桥式二极管整流电路 整流滤波电路由四个相同型号的二极管组成的单向桥式整流电路，将交流电压U2变成脉动的直流电压，再经滤波电容C滤除纹波，输出直流电压Ui。Ui与交流电压U2的有效值的关系为 Ui=(1.1～1.2)U2 每只整流二极管承受的最大反向电压 URM=√2U2 通过每只二极管的平均电流 ID=IR/2=0.45U2/R 选择1N4001型的二极管 整流二极管D是1N4001型的，其极限参数为URM≥50V,IF=1A满足URM>1.4U2，IF=Iomax的条件。（李双华） ㈢、电容滤波电路的 滤波电容C可由纹波电压△Uip-p和稳压系数SV来确定。 由一挡的指标要求得△Ui=△Uop-pUi/UoSv=1.3V 得滤波电容C=Ict/△Ui=Iomaxt/△Ui=750微法。选择1000微法的电容即可。 由二挡的指标要求得△Ui=△Uop-pUi/UoSv=3.2V 得滤波电容C=Ict/△Ui=Iomaxt/△Ui=937.5微法。选择1000微法的电容即可。 由三挡的指标要求得 已知，UO=9V，Ui=12V,△Vop-p=5mV,SV=3×10-3,则由式得稳压器的输入电压的变化量 △Ui=△Uop-pUi/UoSv=2.2V 由式得滤波电容C=Ict/△Ui=Iomaxt/△Ui=1125微法 电容C的耐压应大于√2U2=15.4V。故取1只2200微法/25V的电容即可。 综上可得选择1只2200微法/25V的电容即可。（李胄敉） ㈣、集成稳压器 选择的可调式三端稳压器CW317的特性参数为U0=+1.2V～+37V,Iomax=1.5A，最小输入输出压差（Ui-UO）min=3V,最大输入输出压差（Ui-UO）max=40V由式UO=1.25(1+RP1/R1)，取R1=240欧姆，UO=+3V～+9V,则RP1min=336欧姆，RP1max=1490欧姆，故取RP1为4700欧姆的精密线绕可调电位器 选择的CW7812固定式三端稳压器的特性参数为：输入电压Ui=19V，输出电压范围为UO=11.4～12.6V，最小输入电压Uimin=14V，电压调整率为+3mV，最大输出电流为1A。 选择的CW7912固定式三端稳压器的特性参数为：输入电压Ui=－19V,输出电压范围UO=－11.4～－12.6V，最小输入电压为－14V，电压调整率为＋3mV，最大输出电流为1A 调整管T1与负载电阻RL相串联，组成串联式稳压电路。T2与稳压管DZ组成采样比较放大电路，当稳压器的输出负载变化时，输出电压U0应保持不变，稳压过程如下。 设输出负载电阻RL变化，使U0↑，则 UB2↑-UC2↓-IB1↓-UCE1↑-U0↓ 选择CW317三端可调式稳压器。 一挡的滤波电压接在一个运放和CW7812的输入端，运放的输出接CW7912的输入端，运放的作用是为了获得反向的电压，CW7812输出＋12V的电压，而CW7912输出的是－12V的电压，从而达到对称输出的目的。 二挡的滤波电压接在CW7812的输入端，其公共端接一个运放，通过适当选取R1和Rf的值将公共端的电压成为一个定值，从而使稳压器的输出与公共端的电压之差为5V输出，从而达到目的。 三挡的滤波电压接在CW317的输入端，公共端接一个滑线变阻器，通过改变滑线变阻器的阻值来调节输出电压值，从而达到所要求的性能指标。1、集成稳压器：由输出电压±15V的设计要求，本方案的稳压电路采用两个三端固定稳压器W7812和W7912构成集成稳压器。W7800和W7900系列三端式集成稳压器的输出电压是固定的，在使用中不能进行调整。使用注意，为使调整管工作在放大区，应使 |UI| – |UO| ³ 2V，但考虑调整管功耗，也不宜过大。地端静态电流 IQ= 8 mA 。 CW7800系列三端式稳压器输出正极性电压，一般有5V、6V、9V、12V、15V、18V 、24V 七个档次，输出电流最大可达1.5A（加散热片）。若要求负极性输出电压，则可选用W79xx 系列稳压器。图2为 W78xx与w79xx系列的外形和接线图，有三个引出端： 输入端（不稳定电压输入端） 标以 “1” 输出端（稳定电压输出端） 标以 “3” 公共端 标以 “2”
CW7812的主要参数有：输出直流电压 U0＝＋12V，最大输出电流 1A，电压调整率 10mV/V，输出电阻 R0＝0.15Ω，输入电压UI的范围18～20V 。因为一般UI要比 U0大3～5V ，才能保证集成稳压器工作在线性区。图3为W7815和W7912组成的正、负双电压输出电路，输出为±12V。 表格 3正、负双电压输出 由式|UI| – |UO|≥2V，于是取 U1a=18V (1-1) 于是有电源变压器的副边上半电压为： U2a=U1a/1.2=18/1.2=15V (1-2) 7812地端静态电流 IQ= 8 mA，7815最大输出电流1.5A，整流滤波的输出电流为: I1=1.508A （1-3） 于是整流滤波电路的输出电阻为： RL1=U1a/I1=18/1.508=12（欧） （1-4） 电路图中两0.33uF电容用于抵消输入长接线的电感效应，防止自激，其容量较小，一般取小于1uF。两0.1uF电容用于改善负载的瞬态响应，消除高频噪声，可取小于1uF。当负电源输入断开时，三端稳压器输出将承受对地反压。加保护管后，D6 正偏导通，限制反压为 0.7 V。同理，D5保护正电源。2、输出电流扩展及保护电路：由于输出电流要2A，但W7815，W7915的最大输出电流得1.5A，所以需要加个输出电流扩展和保护电路。 T1与三端器件内部调整管并联，扩大输出电流，T1选用三极管3AD30。负载较轻时T1截止；当负载电流↑,IR*R↑，T1导通分流。T2、Rs构成短路保护， T2在正常时截止，过流时导通，T2选用三极管3AX62。导通后Ube2↓，使Ube1↓，Ic1↓，起到限流的作用。由于R中流过W7800的空载电流和部分负载电流，故其阻值不宜增大，一般约几欧姆，这里取R=3欧姆。其中，3AD30，锗PNP大功率管，50V 4A 20W ，可以用3AD18 3AD50 3AD53等老国产管替。3AX62，锗PNP三极管，icm-500mA/50v/0.5MHz/hfe50。 Rs=Ube2/Ic1=Ube2/(Io-Ioxx)=0.3/(2-1.5)=0.6欧 （刘伟） 由上面的设计可以得出总电路图（李双华、李胄敉、刘伟、杨文武） (1) 输出电压电流测试 输入电压由-12V至+12V变化,负载接3.6KΩ/10W电阻,测得输出电压为+100.11V,输出电流为:30.7mA. (2) 电压调整率的测试 空载,输入电压由-12V至+12V变化,测得最大电压变化为:0.1V. (3) 负载调整率的测试 输入电压+12V,空载,测得输出电压 +100.1V;10KΩ/5W电阻,测得输出电压为: +100.0V. (4) 纹波电压测试 输入电压 +9V,接3.6KΩ/10W的电阻,示波置于交流AC/250mV挡,测得纹波电压.Vpp≈80mV. (5) 效率的测试 输入电流为:5A,输入电压为:11.8V时,测得输出电压为100.08V(3.6KΩ的电阻,电流为:27.8mA),计算可得出:η=64.3%. 通过本次设计,让我们更进一步的了解到直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标.也让我们认识到在此次设计电路中所存在的问题;而通过不断的努力去解决这些问题.在解决设计问题的同时自己也在其中有所收获.我们这次设计的这个直流稳压电源电路; 了电路中的稳流部分,至于电路的最后一部分(DC-DC变换部分)我们是采用两片升压开关调节器(MAX770)来实现了电路中的DC-DC变换部分.本次设计在电压调整器的电路中,采用了适当的联接方法,可以实现电压”零”伏起调;测试方法与过程也比较充分,同时也实现了电压的可调.同时我们四个人在设计此电路的时候也付出了不少,我们几个分工完成了此电路,虽然电路不是很完善,我们已经尽力的去把它给做好了;由于时间的关系此电路只有硬件,软件没有时间来完成. |
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