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[原创]集成直流稳压电源设计 (很详细哦)

2009-3-20 09:39:49 24303

0 集成直流稳压电源设计第一章模拟电子线路的设计第1节集成直流稳压电源设计 [学习要求] 学会选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源；掌握稳压电源的主要性能参数及其测试方法。 [重点与难点] 重点：集成直流稳压源的设计；直流稳压源的性能指标。难点：稳压系数的计算。 [理论内容] 一、直流稳压电源的基本组成直流稳压电源一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本电路如图1所示。各部分电路的作用如下。图1 直流稳压电源基本电路 1、电源变压器电源变压器的作用是将电网220V的交流电压V1变换成整流滤波电路所需要的交流电压V2，变压器副边与原边的功率比 η=12/PP （1）式中，η为变压器的效率。一般小型变压器的效率如表所示。表1 小型变压器的效率副边功率(W) 2P <10 10~30 30~80 80~200 效率η 0.6 0.7 0.8 0.85 2、整流滤波电路整流二极管D1～D4组成单相桥式整流电路，将交流电压V2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Vi。Vi与交流电压V2的有效值V2的关系为 2)2.1~1.1(VVi= （2）每只整流二极管承受的最大反向电压 22VVRM= （3）通过每只二极管的平均电流 RVIIRD245.021== （4）式中，R为整流滤波电路的负载电阻。它为电容C提供放电回路，RC放电时间常数应满足 RC>(3～5)T/2 （5）式中，T为50Hz交流电压的周期，即20ms。 3、稳压电路调整管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VO应保持不变，稳压过程如下：设输出负载电阻RL变化，使VO↑，则 VB2↓— VC2↓ —IB1↓ —VCE1↑ —VO↓ 二、稳压电源的性能指标及测试方法 1、最大输出电流指稳压电源正常工作时能输出的最大电流，用IOmax表示。一般情况下的工作电流IOIOmax时损坏稳压器。图2 稳压电源性能指标测试电路 2、输出电压指稳压电源的输出电压，用VO表示。采用如图2所示的测试电路，可以同时测量VO与IOmax。测试过程是：输出端接负载电阻RL，输入端接220V的交流电压，数字电压表的测量值即为VO。再使RL逐渐减小，直到VO的值下降5％，此时流经负载RL的电流即为IOmax(记下IOmax后迅速增大RL，以减小稳压电源的功耗)。 3、纹波电压指叠加在输出电压VO上的交流分量，一般为mV级。可将其放大后，用示波器观测其峰．峰值△VOp-p。也可以用交流电压表测量其有效值△VO，由于纹波电压不是正弦波，所以用有效值衡量存在一定误差。 4、稳压系数指在负载电流IO、环境温度T不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化，即稳压系数常数常数，tiiioovoVVVVS==ΔΔ=\|// （6） vS的测量电路如图1-2所示。测试过程是：先调节自耦变压器使输入电压增加10％，即=242V，测量此时对应的输出电压；再调节自耦变压器使输入电压减少10％，即=198V，测量这时的输出电压，然后再测出==220V时对应的输出电压，则稳压系数 iV1oViV2oViVoVoooiioovVVVVVVVS21198242220//???=ΔΔ= 三、集成稳压电源设计集成稳压电源设计的主要内容是根据性能指标，选择合适的电源变压器、集成稳压器、整流二极管及滤波电容。 1、集成稳压器常见集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器，下面分别介绍其典型应用及选择原则。图3 固定式三端稳压器的典型应用固定式三端稳压器的常见产品如图3所示。其中，CW78××系列稳压器输出固定的正电压，如7805输出为+5V：CW79××系列稳压器输出固定的负电压，如7905输出为-5V。输入端接电容Ci可以进一步滤除纹波，输出端接电容Co能改善负载的瞬态影响，使电路稳定工作。Ci、Co最好采用漏电流小的钽电容，如果采用电解电容，则电容量要比图中数值增加10倍。可调式三端稳压器能输出连续可调的直流电压。常见产品如图4所示。其中，CW317系列稳压器输出连续可调的正电压，CW337系列稳压器输出连续可调的负电压。稳压器内部含有过流、过热保护电路。R1与RP1组成电压输出调节电路，输出电压 Vo≈1.25(1+RP1/R1) （7） R1的值为120 ~240Ω，流经R1的泄放电流为5mA～10mA。RP1为精密可调电位器。电容C2与RP1并联组成滤波电路，以减小输出的纹波电压。二极管D的作用是防止输出端与地短路时，损坏稳压器。图 4 可调式三端稳压器的典型应用集成稳压器的输出电压器的最大允许电流 ICM< Vi≤Vomin+(Vi-Vo)max （8）式中，Vomax为最大 min为稳压器的最小输入、输出压器副边输出的功率P2来选购(或自绕)变压器。由式(2)可得变压器副边的输 2 击穿电压VRM应满足VRM> 压Vo与稳压电源的输出电压相同。稳 I0max，输入电压Vi的范围为 Vomax+(Vi-Vo)min≤ 输出电压；Vo min为最小输出电压； (Vi-Vo) 压差；(Vi-Vo)max为稳压器的最大输入、输出压差。 2、电源变压器通常根据变出电压V2与稳压器输人电压Vi的关系。V2的值不能取大，V2越大，稳压器的压差越大，功耗也就越大。一般取V2≥Vimin/1.1，I2>Iomax。 3、整流二极管及滤波电容整流二极管D的反向2 V2，其额定工作电流应满足 IF>I0max。滤波电容C可由下式估算： tIpipCV C ? Δ = (9) 式中，为稳压器输入端纹波电压的峰-峰值；t为电容C的放电时间，t=T/2=0.01s； IC为电容C的放电电流，可取IC=Iomax，滤波电容C的耐压值应大于 pipV?Δ2 V2。流稳压电源。 9V，Iomax=800mA，四、设计举例例设计一集成直性能指标要求 Vo=+3V~+ popV?Δ ≤5mV， ≤3×10-3 解：稳压器，确定电路形式其特性参数Vo=1.2V~37V，Iomax=1.5A，最小输入、输出。 vS ① 选集成选可调式三端稳压器CW317，压差(Vi-Vo)min=3V，最大输入、输出压差(Vi-Vo)max=40V。组成的稳压电源电路如图5所示。由式(7)得Vo≈1.25(1+RP1/R1) ，取R1=240 ，则RPlmin=336 ，RPlmax=1.49K，故取RP1为4.7k 的精密线绕可调电位器图5 直流稳压电源设计电路 ② 选电源变压器由式(8)可得输入电压Vi的范围为 Vomax+(Vi-Vo)min≤Vi≤Vomin+(Vi-Vo)max 9V+3V≤Vi≤3V+40V 12V≤Vi≤43V 副边电压V2≥Vimin/1.1=12/1.1V，取V2=11V，副边电流I2>Iomax=0.8A，取I2=1A，则变压器副边输出功率P2≥I2V2=11W。由表1可得变压器的效率 η=0.7，则原边输入功率P1≥P2/η=15.7W。为留有余地，选功率为20W的电源变压器。 ③ 选整流二极管及滤波电容整流二极管D选1N4001，其极限参数为VRM≥50V，IF=lA。满足VRM>2V2，IF=Iomax的条件。滤波电容C可由纹波电压和稳压系数来确定。已知，VpopV?ΔvSo=9V，Vi=12V，=5mA， =3×10-3。则由式(6)得稳压器的输入电压的变化量 popV?ΔvSVSVVVVvoipop2.2=Δ=Δ? 由式(9)得滤波电容 FVtIVtICioiCμ3636max=Δ=Δ= 电容C的耐压应大于2V2=15.4V。故取2只2200 μF/25V的电容相并联，如图5中C1、C2所示。 Ok0OMUGn.pdf (436.87 KB, 下载次数: 630 ) 5
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