串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源

1、指標輸出電壓：+12V , -12V, +5V +5V單獨輸出 最大輸出電流lornax =3AVopp <1mV最大輸出電流皆為I omax = 0.5AVopp =10mV 以上穩(wěn)壓系數(shù)瓦吒5"O4串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源電源電路的作用是把交流市電 (220V) 變換成穩(wěn)定的直流電壓， 直 接或間接地給各個部分電路提供適當(dāng)?shù)墓╇姡?以保證負載電路能正常 地進行工作。對電源電路總的 要求 是：穩(wěn)壓性能好，紋波系數(shù)小，功 率損耗小，過載過壓保護能力強等。電源電路的常見形式有：一般型的可調(diào)串聯(lián)穩(wěn)壓電路，泵電源， 高速可控硅穩(wěn)壓電源， 開關(guān)式穩(wěn)壓電源等。 開關(guān)式穩(wěn)壓電源 具有工作 效率高

2、，穩(wěn)壓范圍大特點。 串聯(lián)型穩(wěn)壓電源雖然具有功耗較大，效率 低，笨重的缺點，但同時因為其具有結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，維修容易 等優(yōu)點而被廣泛使用， 鑒于這些優(yōu)點我們決定設(shè)計串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電 源。、串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的組成與原理、串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的組成直流穩(wěn)壓電源一般有電源變壓器、 整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成。如圖 1 所示圖1直流穩(wěn)壓電源組成框圖其中穩(wěn)壓電路部分包括：調(diào)整，誤差取樣，比較放大和基準電路 幾個部分。2、穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓電路部分是串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的 主體部分。其中調(diào)整電路的作用相當(dāng)于一個與負載串聯(lián)的可變電阻。當(dāng)輸出的直流電壓U0,因某種 因素影響而升高時，通過誤差取樣電路，取出其變化值。此

3、變化量經(jīng) 比較放大電路而形成控制電壓，去控制這個可變電阻，使其電阻增大,其上的壓降增大，使輸出電壓下降，仍回到U0,當(dāng)輸出電壓U0變化 時，按照上述同樣的過程，但變化的極性相反，使這個可變電阻的阻值變小，其上的壓降減小，使輸出電壓U0回升，這樣就起到了穩(wěn)定電壓的作用。隨著集成電路的發(fā)展，把調(diào)整管、誤差取樣、基準和比較放大電路等部分做在一起成為集成化器件。如 LM78XX系列，LM79XX系 列等。為使電路簡潔，可靠，我們使用三端穩(wěn)壓集成塊。二、串聯(lián)型穩(wěn)壓電源設(shè)計串聯(lián)型穩(wěn)壓電源總體電路圖如下:圖2串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路圖1、電源變壓器電源變壓器的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電 路所需的

4、交流電壓。變壓器輸出次級電壓的計算:V為三端穩(wěn)壓塊的輸入電壓， V與交流電壓v2的有效值v2的關(guān) 系為Vj = (1.1 1.2)V2(2 1)電路中我們使用固定三端穩(wěn)壓集成電路 LM7805 LM7812 LM7912 來穩(wěn)定電壓。其最小輸入、輸出壓差（Vi -Vo）mjn = 3V，最大輸入、輸出壓差（Vj -Vo）ma4CV。由式（2 1）可得變壓器次級的輸出 電壓V2與穩(wěn)壓器輸入電壓V的關(guān)系。V2的值不能取大，V2越大，穩(wěn) 壓器的壓差越大，功耗也就越大。一般取V2工Vimn /1.1，I2 > Iomax。輸入電壓V的范圍為Vo+(Vi -Vo)mi n 蘭 Vi 蘭 Vo+ (

5、Vi -Vo)max 12V + 3/ < Vj 蘭 12/ + 40V15V <« <52V15/1.13.67 - 14V同理，-12V與+ 12V相同。因此我們選用穩(wěn)壓輸出電壓+12V、-12V的變壓器次級抽頭輸出電壓 V2 = 15V。次級電流12 > lomax = 0.5A，取I 2 = 0.7A，則變壓器± 12V組次級輸出功率P2 " 2V2 = 16.8W。5V + 3V 蘭 V'j 蘭 5V + 4(0/8V < V'j 蘭 45VV2 >8/1.1 = 7.3V - 8V穩(wěn)壓輸出電壓+5V的

6、變壓器次級抽頭輸出電壓V2 = 8V。次級電流I 2 A I oma2A，取12二2.2A，則變壓器+5V組次級輸出功率F22V2 = 1W，變壓器次級總功率為 16.8+11=26.8W,為留有余地，次級總功率為30W2、整流電路整流二極管D1 D4組成單相橋式整流電路，將變壓器的次級輸出交流電壓V2變成脈動的直流電壓，再經(jīng)濾波電容 C濾除紋波, 輸出直流電壓Vi。V2是V2的有效值。每只整流二極管承受的最大反向電壓(2 2)據(jù)上面變壓器的輸出交流電壓有效值計算:+ 12V和-12V變壓器次級整流二極管最大反向電壓Vrm = 42V, = V20pp 二 20V+5V變壓器次級整流二極管最大

7、反向電壓Vrm = 丁勿2 二 V20pp =10V我們使用遠大于此值的常用整流二極管1N4007，以滿足要求。1N4007極限參數(shù)為VRM工1000/ ,1 F3、濾波電容參數(shù)計算(23)濾波電容C可由下式計算:Zp-p（根據(jù)電子線路設(shè)計-實驗測試（第二版）謝自美主編96頁）式中，也Vjp_p為穩(wěn)壓器輸入端紋波電壓的峰-峰值；t為電容C 的放電時間，t=T/2 = 0.01s ； IC為電容C的放電電流，可取Iomax，濾波電容C的耐壓值應(yīng)大于層2。若要按+5V輸出電壓的紋波系數(shù)為3mV，正負12V輸出電壓的 紋波系數(shù)為20mv由公式（23）計算7805前濾波電容值為AVoppVj1mW&l

8、t;8VVoSv5Vrr0YV=3.2V2AX 0.01S= 6250uF耐壓值需大于10V，取電容值6800uF,耐壓值大于16V的電解 電容。7812、7912前濾波電容值為Vi%pVi1mVx 15V4= 2.5VVoSv12V X 5 沢 eV1AX 0.01S25廠=4000uF耐壓值需大于20V，取電容值2200uF,耐壓值大于36V的電解電容?？傻猛?2.75"0/4、散熱片的選擇為保證穩(wěn)壓器能正常工作并達到設(shè)計指標，首先要把穩(wěn)壓器工作時產(chǎn)生的熱量及時散發(fā)掉。穩(wěn)壓器的最大允許功耗取決于芯片的最高結(jié)溫。僅當(dāng)芯片的工作溫度低于最高結(jié)溫時，穩(wěn)壓器才能正常工作。因此，穩(wěn)壓器的散

9、熱能力與強，芯片的實際結(jié)溫就愈低，它所能承受的功率也愈大。穩(wěn)壓器的散熱能力取決于它的熱阻給半導(dǎo)體器件夾散熱器后可以減小總熱阻。Red =TjM Ta-Ra(24)PdjM式中，Rd表示散熱片與周圍空氣的熱阻，TjM為穩(wěn)壓器的允許最高結(jié)溫，Ta為環(huán)境溫度，Pd表示設(shè)計功耗，Ra表示從結(jié)到器件 表面的熱阻。穩(wěn)壓器允許最高結(jié)溫為TjM =125 C （民品），環(huán)境溫度Ta = 40 C7805穩(wěn)壓器的設(shè)計功耗為：PD = 3V咒2A = 6W。查資料得TO220封裝 R = 7P/W，TO3 封裝 R" = 6°C/W代入公式（24）中得Rd =12540_7 = 72C/W6查

10、資料得散熱片的表面積約為100cm2 （鋁板）。留出1/3余量, 實際鋁散熱板面積為130 cm2。涂導(dǎo)熱硅脂后，查資料得電=1°C/W，算得甩=1429側(cè)，需散熱片的表面積約為30cm2，實際為留有余量選擇40cm2鋁板。同理，算得7812, 7912若涂導(dǎo)熱硅脂= 55.69/W，不需要加散熱片。三、測試方案及結(jié)果1、調(diào)試設(shè)備與測試條件調(diào)試設(shè)備：586 PC機_一臺TDS210型數(shù)字雙蹤示波器_一臺DT890B+數(shù)字式萬用電表一只測試條件:220V市電，室溫 250-28 0C2、測試方案通電后，觀察指示燈的亮滅。若不全亮，關(guān)閉電源，檢查電路。若全亮，用萬用表測量穩(wěn)壓器件的輸出電

11、壓是否達到指標要求。Q 電流表表滑線變阻器圖3穩(wěn)壓電源性能指標測試電路輸出電壓和最大輸出電流采用如圖 3所示的測試電路，可以同時測量V0與Iomax。測試過程是：輸出端接負載電阻rl，輸入端接220V的交流電壓，數(shù)字電壓表的測量值即為 V0。再使Rl逐漸減小,直到V的值下降5%此時流經(jīng)負載Rl的電流即為I記下I'omax ° 2 I ' omax后迅速增大Rl，以減小穩(wěn)壓電源的功耗）。紋波電壓的測試方案，紋波指疊加在輸出電壓V上的交流分量，一般為mV級?？蓪⑵浞糯蠛笥檬静ㄆ饔^測其峰-峰值A(chǔ)Vopp。也可以用交流電壓表測量其有效值 也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)的測試方案，負載電流10，環(huán)境溫度T不變的情況下,S /V0/V0F Z /Vi如圖3所示，先調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓增加10%即Vj = 242V，測量此時對應(yīng)的輸出電壓 V01 ;再調(diào)節(jié)自耦變壓器式輸 入電壓減小10%即V =198/，測量此時的輸出電壓V02，然后再輸出Vj = 220V時對應(yīng)的輸出電壓V0，則穩(wěn)壓系數(shù)(3 1)O _ 心 Vo /V0 _220V01 - V02也 Vj/Vj242-198V03、測量結(jié)果 輸出電壓：+4.978V, +12.129V,-11.869V （都是空載狀況下測）電源噪聲：+5V- 10m