雙端直流穩(wěn)壓電源

1、雙端直流穩(wěn)壓電源一、選題的目的和意義現(xiàn)在科技在進(jìn)步，社會在向前發(fā)展，只有掌握先 進(jìn) 的 技 術(shù) ，并 有 一 定 的 動 手 能 力 和 設(shè) 計(jì) 能 力 才 能 在 激 烈 的 社 會 大 潮 中 站 得 住 腳 ；所 以 我 們 選 題 直 流 穩(wěn) 壓 電 源 目 的 ，一 方 面 加 深 對 直 流 穩(wěn) 壓 電 源 了 解 ；另 一 方 面 鞏 固 所 學(xué) 的 知 識 ，提 高 自 己 的 動 手 制 作 能 力 和 設(shè) 計(jì) 能 力 。同 時(shí) 為 我 們 以 后 學(xué) 習(xí) 有 關(guān) 專 業(yè) 知 識 打 下 基 礎(chǔ) 和 積 累 經(jīng) 驗(yàn) 。并 且對我們以后的工作也有所幫助。二、方案的可行性論證：現(xiàn)

2、 在 所 使 用 的 大 多 數(shù) 電 子 設(shè) 備 中 ，幾 乎 都 必 須 用 到 直 流 穩(wěn) 壓 電 源 來 使 其 正 常 工 作 ，而 最 常 用 的 是 能 將 交 流 電 網(wǎng) 電 壓 轉(zhuǎn) 換 為 穩(wěn) 定 直 流 電 壓 的 直 流 電 源 ，可 見 直 流 穩(wěn) 壓 電 源 在 電 子 設(shè) 備 中 起 著 主 導(dǎo) 作 用 ，為 設(shè) 備 能 夠 穩(wěn) 定 工 作提供保證。220V 、 50Hz 的 單 向 交 流 電 源 經(jīng) 電 源 變 壓 器 降 壓 后 ，再 經(jīng) 過 整 流 濾 波 可 獲 得 低 電 壓 小 功 率 直 流 電 源 。然 而，由 于電網(wǎng) 電壓 可以有 10%變化。 另

3、外， 負(fù)載變化 引起直流 電源內(nèi)阻上壓 降變化，均導(dǎo)致 整流濾 波后輸出 直流電壓 發(fā)生變化。為 此，必 須 將整 流、濾 波 后的直流 電壓由穩(wěn) 壓電路穩(wěn)定后 再提供給 負(fù)載，使負(fù)載 上直流電 源電壓受 上述因素的影 響程度達(dá) 到最小 。直流 電壓電源 系統(tǒng)一般 由四部分組成 ，它們分別是電源變 壓器、整流 電路、濾 波電路、穩(wěn)壓電路；其系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。三、擬選方案的工作原理：（一）直流穩(wěn)壓電源的基本組成：直流穩(wěn)壓電源 一般由 電源變壓 器、整流濾波電路 及 穩(wěn)壓電路 所組成，基 本電路 如圖 3.5.1 所示，各部 分的 電路如下：1、電源變壓器電源 變壓器的作用是將電 網(wǎng) 22

4、0V 的交流電壓 V1 變換成整 流濾波電路所 需要的交 流電壓 V2。變壓 器副 邊與原邊的功率比：P2/P1=3-5-1 )式 中 ， 為變 壓 器 的 效 率 。 一 般 小 型 變 壓 器 的 效 率如 表 3.5.1 所 示 :圖 3.5.1直 流 穩(wěn) 壓 電 源 基 本 電 路表 3.5.1小 型 變 壓 器 的 效 率副邊功率p2/VA1010-3030-8080-200效 率0.60.70.80.852. 整流 濾波電 路整 流 二 極 管 D1 D4 組 成 單 相 橋 式 整 流 電 路 ， 將 交流電 壓 V2變成脈 動的直 流電壓， 再經(jīng) 濾波電容 C 濾 除紋波，輸

5、出直流電壓 Vi。Vi與交流電壓V2的有效值V2 的關(guān)系為：Vi =(1.1 1.2) V2 (3-5-2)每只整流二極管承受的最大反向電壓:VRM = 2 V2(3-5-3)通過每只二極管的平均電流：1 0.45V2I D I R2R(3-5-4) 式中，R 為整流 濾波電路 的負(fù)載電阻。它為電容 C 提供 放電回路 ，RC 放電 時(shí)間常數(shù) 應(yīng)滿足 ：RC (3 5)T /2(3-5-5)式中， T為 50 HZ 交流電壓 的周期， 即 20 ms. 3、穩(wěn)壓電源A分立元件穩(wěn)壓電路調(diào) 整 管 T 與 負(fù) 載 電 阻 RL 相 串 聯(lián) ， 組 成 串 聯(lián) 式 穩(wěn) 壓電源 。T2 與 穩(wěn)壓管 D

6、z 組成采樣 比較放大 電路，當(dāng) 穩(wěn) 壓器的 輸 出負(fù) 載變 化時(shí) ，輸 出電 壓 Vo應(yīng)保 持不 變， 穩(wěn) 壓 過程如下：設(shè)輸出 負(fù) 載電 阻 RL 變化 ，使 Vo ,則 ：VB2 VC2 I B1 VCE1 Vo+Vo+Vo圖 3.5.3 固定 式三端穩(wěn) 壓器的典型應(yīng)用(a) CW78 XX系列典型應(yīng)用 (b) CW79 XX 系列典型應(yīng)用B 集 成 穩(wěn) 壓 電 路 固定式三端穩(wěn) 壓器是構(gòu)成集成穩(wěn) 壓電路的核心部 分，該芯片有三個(gè) 引腳，即不穩(wěn)定電 壓輸入端(接 Vi )， 穩(wěn)定電壓輸出端(接負(fù)載)及公共接地端固定式三端穩(wěn)壓 器的常見產(chǎn)品如圖 3.5.3 所示 ，其 中 ， CW78 系

7、 列 穩(wěn) 壓 器 輸 出 固 定 的 正 電 壓 ， 如 7805 輸出 為+5V;CW79 系 列穩(wěn) 壓器輸出 固定的負(fù) 電壓， 如 7905 輸 出為-5 V，輸入 端接電容 Ci 可 以進(jìn) 一步濾除紋波，輸 出端接電容 Co 能改善負(fù)載的瞬態(tài)影 響，使電路穩(wěn)定工作。Ci ，Co 最好采用漏電流小的鉭 電 容 ，如 果 采 用 電 解 電 容 ，則 電 容 量 要 比 圖 中 數(shù) 值 增 加 10 倍 。集 成 穩(wěn) 壓 電 路 具 有 體 積 小 、外 圍 元 件 少 、性 能 穩(wěn) 定 可 靠 、使 用 調(diào) 整 方 便 和 價(jià) 廉 等 優(yōu) 點(diǎn) 。因 此 ，考 慮 到 上 述 優(yōu)點(diǎn)，我這里所

8、采用的穩(wěn)壓電路是集成穩(wěn)壓電路。 四方案設(shè)計(jì)依據(jù)為保證穩(wěn)壓電源的正常工作，必須在設(shè)計(jì)時(shí)讓其工 作在額定范圍內(nèi)，以下是穩(wěn)壓電源的性能指標(biāo)及測試方 法： 最 大輸 出電 流 指穩(wěn) 壓電 源 正常 工作 時(shí) 能輸 出 的 最大 電流，用 Io max 表示 ，一般 情況 下的工作電 流 IoIo max 是 損 壞 穩(wěn) 壓 器 。 輸出電壓 指穩(wěn)壓電源 的輸出電 壓，用 Vo 表 示。 采用如 圖 3.5.2 所示的測試電 路，可以同時(shí)測量 Vo 與 Io max 。測試過程 是：輸出 端接負(fù)載電阻 Rl, 輸入 端接 220V 的交流電壓，數(shù) 字電壓 表的測量 值即為 Vo, 再使 R1 諑 漸減小

9、， 直到 Vo 的值下降 5% ，此時(shí)流經(jīng) 負(fù)載 Rl 的 電 流 即 為 Io max（ 記 下 Iomax 后 迅 速 增 大 Rl ，以 減小穩(wěn)壓 電源的功耗）。 紋波電壓 指疊加在輸 出電壓 Vo 上的交流分 量， 一 般 為 mV 級 ， 可 將 其 放 大 后 ， 用 示 波 器 觀 測 其 峰 - 峰值 Vop-p, 也 可 以 用 交 流 電 壓 表 測 量 其 有 效 值 Vo, 由于紋波 電壓不是正弦 波，所 以用有 效值衡量 存在一 定 誤差。 穩(wěn)壓系數(shù) 指在負(fù)載電流 Io, 環(huán)境溫度 T 不變 的情 況下，輸入電壓的相對變化引起輸出電壓的相對變化，即穩(wěn)壓系數(shù)Sv=Vo/

10、VoVi /ViIo 常數(shù) T 常數(shù)3-5-6 )Sv 的測量電 路如圖 3.5.2 所示，測試過程是：先調(diào) 節(jié) 自耦變壓 器使輸入電壓增加 10% ，即 Vi=240V, 測 量此 時(shí)對應(yīng)的 輸出電壓 Vo1 ；再調(diào) 節(jié)自耦 變壓器使輸入減 少 10% ，即 Vi=198V, 測量這 時(shí)的輸入 電壓 Vo2, 然后 再測 出 Vi=220V 時(shí) 對 應(yīng) 的 輸 出 電 壓 Vo, 則 穩(wěn) 壓 系 數(shù)Vo/Vo 220 Vo1 Vo2 Sv= = ?Vi/Vi 242 198 Vo(3-5-7)五、設(shè)計(jì)計(jì)算書集 成 穩(wěn) 壓 電 源 設(shè) 計(jì) 的 主 要 內(nèi) 容 是 根 據(jù) 性 能 指 標(biāo) ，選擇

11、合適的 電源變壓器，集成穩(wěn) 壓器整 流二極管 及濾波 電 容,集 成 穩(wěn)壓 電 源 性能 指 標(biāo) 要求 ：Vo1 12V, Vo2 =-12V對稱輸出， I omax 400mA,1、集成穩(wěn)壓器，確定電路形式：固 定 式 三 端 集 成 穩(wěn) 壓 器 CW7812 和 cw7912 組 成穩(wěn)壓電源電路如圖 2 所示,其中 7812 特性參數(shù)Vi1=19V,Vo1=(11.4-12.5)V,SV1 =18mV, Si1 =12mV, 靜 態(tài)工作 電流 I D1 =4.3mA, 紋 波 抑 制 比 Srip 1 =71dB, Vi 1 - Vo1 =2V ，I =2.2 。 omax17912 特

12、性 參 數(shù) Vi 2 =-19V,Vo2 =-(11.4-12.5)V,SV 2 =18mV, Si2 =12mV, 靜態(tài) 工作電 流 I D2 =4.3mA,紋波 抑制 比 Srip 2 =71dB, Vi2- Vo 2 =-2V,最大輸 出 電流 I o max 2 =2.2A 。、電源變壓器穩(wěn)壓器壓差為Vi1- Vo1 =3V ，故 輸入電壓Vi1 =3+12=15V, 穩(wěn)壓器的輸入電流即為整流濾波電路的負(fù)載電流 II1= Iomax+ I Q =400+8=408mA。由此可確定變壓器的副邊電 壓有效值 U2a= Vi1 151.2Ii2 =408mA, U 2b 12.5。流濾波電路

13、的等效負(fù)載：1.2 12.5；同理可求得 Vi 2 =-15 ， 根據(jù)上邊求得數(shù)據(jù)，可求的整 Vi1 Vi2RL = I IIi1 I i212.5 12.5 30.60.408 0.408變壓器副邊輸出功率P2U 2a U 2b ? I i1 I i 225V 0.816mA 20.4W由 表 3.5.1 可 得 變 壓 器 的 效 率 =0.7, 則 原 邊 輸 入 功 率 ：P1 P2 29.1W1即變 壓器平均容量 為 P= 1 p1 p2 24.75W 為留 有余2 1 2地，選 功 率為 30W 的 電源變 壓器。3、橋式整流二極管 二極管的最大反向電壓 應(yīng)滿:URM 2 U2a

14、U2b =35.4V1 正向平 均 電流 應(yīng)滿 足：IF IDIi1 Ii2 0.408A ；因 此，F(xiàn) D 2 i1 i 2整 流 二極 管 D1- D4 可選 IN4001, 其保護(hù)作 用 的二 極管 D5 、D6 同 樣可 選 IN4001.4、濾波電容由 式 3-5-5 可 知 ：T133 535 20 10 3C 22F 980 1634uFRL30.6取 C=1000uF, 電 容 器 耐 壓 ：U CM2 U 2a U 2b =35.4V故 電 容 器 參 數(shù) 為 C:1000uF/50V六、設(shè)計(jì)結(jié)果分析如 圖 2 所 示 ，圖 中 二 極 管 D5 、D6 用 于 保 護(hù) 穩(wěn)

15、壓 器 。 在輸入端接負(fù)載情況下，如果其中一路穩(wěn)壓器輸入端 Vi 2斷 開 ，則 +12V 通 過 負(fù) 載 作 用 于 CW79XX 的 3 輸 出 端 ， 使 該 穩(wěn) 壓 器 輸 出 端 對 地 承 受 反 壓 而 損 壞 。 有 了 D6 限 幅 ， 反 壓 僅 為 0.7V 左 右 ， 因 而 該 穩(wěn) 壓 器 得 到 保 護(hù) 。輸 入 端 電 容 C3 、 C4 用 來 減 小 輸 入 電 壓 中 的 波 紋 。 輸 出 端 電 容 C5 、 C6 用 來 改 善 瞬 態(tài) 負(fù) 載 響 應(yīng) 特 性 。當(dāng)輸出端接的負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，電壓經(jīng)負(fù)反潰電 路 ，傳 給 穩(wěn) 壓 器 ，通 過 穩(wěn) 壓 器 的 穩(wěn) 壓 ，使 輸 出 電 壓 又 達(dá) 到穩(wěn)定。七、進(jìn)一步發(fā)展展望 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展和能源的逐漸減少,許多電子 產(chǎn) 品 在 生 產(chǎn) 技 術(shù) 上 越 來 越 趨 向 于 高 性 能 、低 功 耗 、高 性 價(jià) 比 。電 源 作 為 電 子 產(chǎn) 品 中 的 主 體 自 然 也 不 例 外 ；在 電 源中的變 壓器是耗能最 大的元器 件，有大部分 的能量 都 在變壓器 以中熱的形式 浪費(fèi)掉了 。那 么，我 們可以想象， 將來會有一種新的變壓器，可以在耗能很少的情況下， 把交流轉(zhuǎn) 化直流。這 樣在全世 界每一 秒鐘就可 以節(jié)省 上 萬度電，也許會更多。參考文獻(xiàn)1. 童詩白.模