畢業(yè)論文-基于三端穩(wěn)壓器的電源電路論文

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62.鋁電解電容 6（1）鋁電解電容的構成 6（2）鋁電解電容選型要點 73.滌綸電容 9（1）滌綸電容的構成 9（2）滌綸電容的突出優(yōu)點 9（3）參數識別 9（4）滌綸電容的參數標注方法 93.可調穩(wěn)壓器LM317 10（1）LM317簡介 10（2）LM317A主要特性 114.固定三端穩(wěn)壓器 11（1）電路結構 11（2）穩(wěn)壓器的主要參數 12(3)使用注意事項 13三系統(tǒng)設計 141.變壓整流電路 14（1）單相半波整流電路 14(2)單相全波整流電路 15(3)橋式整流電路 152.濾波電路 16(1)電容濾波 16(2)濾波電容的選擇 173.穩(wěn)壓電路 18（1）78XX,79XX三端穩(wěn)壓器的擴展使用 18（2）+-12V輸出實現(xiàn) 20（3）+-5V輸出實現(xiàn) 20(4)0-9V電壓實現(xiàn)LM317調壓電路 20四參考文獻 23一系統(tǒng)分析1.整流濾波部分采用單向橋式整流電容濾波，簡潔但能滿足基本要求。2.穩(wěn)壓輸出部分三端穩(wěn)壓器電源總體電路圖采用78XX，79XX系列固定三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，三端正穩(wěn)壓電路,能提供多種固定的輸出電壓，應用范圍廣。內含過流、過熱和過載保護電路。帶散熱片時，輸出電流可達1A。雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。（1）三端穩(wěn)壓器主要特點輸出電流可達1A輸出電壓有：5V過熱保護短路保護輸出晶體管SOA保護（2）三端穩(wěn)壓器極限值（Ta=25℃）VI——輸入電壓(VO=5~18V)???????????35VRθJC——熱阻（結到殼）????????????5℃RθJA——熱阻（結到空氣）??????????65℃TOPR——工作結溫范圍???????????0~125TSTG——貯存溫度范圍??????????-65~150二主要元器件介紹1.普通塑封整流二極管1N4001（1）特征Features●反向電壓501000V●正向電流1.0A●低的反向漏電流Lowreverseleakage●較強的正向浪涌承受能力Highforwardsurgecapability●高溫焊接保證Hightemperaturesolderingguaranteed:250℃/10秒,0.375"(9.5mm)250℃/10seconds,0.375"(9.5mm●引線可承受5磅(2.3kg)拉力。5lbs.(2.3kg)tension（2）機械數據●端子:鍍錫軸向引線Terminals:Platedaxialleads●極性:色環(huán)端為負極Polarity:Colorbanddenotescathodeend●安裝位置:任意MountingPosition:Any（3）極限值（4）特性曲線2.鋁電解電容（1）鋁電解電容的構成它是由鋁圓筒做負極，里面裝有液體電解質，插入一片彎曲的鋁帶做正極制成。還需要經過直流電壓處理，使正極片上形成一層氧化膜做介質。它的特點是容量大，但是漏電大，穩(wěn)定性差，有正負極性，適宜用于電源濾波或者低頻電路中。使用的時候，正負極不要接反。（2）鋁電解電容選型要點A.容量和額定工作電壓?！皲X電解電容本體上標有的容量和耐壓，這兩個參數是很重要，是選用電容最基本的內容?！裨趯嶋H電容選型中，對電流變化節(jié)奏快的地方要用容量較大的電容，但并非容量越大越好，首先，容量增大，成本和體積可能會上升，另外，電容越大充電電流就越大，充電時間也會越長。這些都是實際應用選型中要考慮的?！耦~定工作電壓：在規(guī)定的工作溫度范圍內，電容長期可靠地工作，它能承受的最大直流電壓。在交流電路中，要注意所加的交流電壓最大值不能超過電容的直流工作電壓值。常用的固定電容工作電壓有6.3V、10V、16V、25V、50V、63V、100V、250V、400V、500V、630V。電容在電路中實際要承受的電壓不能超過它的耐壓值?！裨跒V波電路中，電容的耐壓值不要小于交流有效值的1.42倍。另外還要注意的一個問題是工作電壓裕量的問題，一般來說要在15％以上?！褡岆娙萜鞯念~定電壓具有較多的余裕，能降低內阻、降低漏電流、降低損失角、增加壽命。雖然說，48V的工作電壓使用50V的鋁電解電容短時間不會出現(xiàn)問題，但使用久了，壽命就有可能降低。B.介質損耗●電容器在電場作用下消耗的能量，通常用損耗功率和電容器的無功功率之比，即損耗角的正切值表示（在電容器的等效電路中，串聯(lián)等效電阻ESR同容抗1/ωC之比稱之為Tanδ，這里的ESR是在120Hz下計算獲得的值。顯然，Tanδ隨著測量頻率的增加而變大，隨測量溫度的下降而增大）。損耗角越大，電容器的損耗越大，損耗角大的電容不適于高頻情況下工作。散逸因數dissipationfactor(DF)存在於所有電容器中，有時DF值會以損失角tanδ表示。此參數愈低愈好。但鋁電解電容此參數比較高?！馜F值是高還是低，就同一品牌、同一系列的電容器來說，與溫度、容量、電壓、頻率……都有關系；當容量相同時，耐壓愈高的DF值就愈低。此外溫度愈高DF值愈高，頻率愈高DF值也會愈高。C.外型尺寸●外型尺寸與重量及接腳型態(tài)相關。singleended是徑向引線式，screw是鎖螺絲式，另外還有貼片鋁電解電容等。至於重量，同容量同耐壓，但品牌不同的兩個電容做比較，重量一定不同；而外型尺寸更與外殼規(guī)劃有關。一般來說，直徑相同、容量相同的電容，高度低的可以代用高度大的電容，但是長度高的替代低的電容時就要考慮機構干涉問題。D.ESR●一只電容器會因其構造而產生各種阻抗、感抗。ESR等效串聯(lián)電阻及ESL等效串聯(lián)電感是一對重要參數─這就是容抗的基礎。一個等效串聯(lián)電阻（ESR）很小的電容相對較大容量的外部電容能很好地吸收快速轉換時的峰值（紋波）電流。用ESR大的電容并聯(lián)更具成本效益。然而,這需要在PCB面積、器件數目與成本之間尋求折衷。E.紋波電流和紋波電壓●也稱作漣波電流和漣波電壓，其實就是ripplecurrent，ripplevoltage。含義就是電容器所能耐受紋波電流/電壓值。紋波電壓等于紋波電流與ESR的乘積?！癞敿y波電流增大的時候，即使在ESR保持不變的情況下，紋波電壓也會成倍提高。換言之，當紋波電壓增大時，紋波電流也隨之增大，這也是要求電容具備更低ESR值的原因。疊加入紋波電流后，由于電容內部的等效串連電阻（ESR）引起發(fā)熱，從而影響到電容器的使用壽命。一般的，紋波電流與頻率成正比，因此低頻時紋波電流也比較低?！耦~定紋波電流是在最高工作溫度條件下定義的數值。而實際應用中電容的紋波承受度還跟其使用環(huán)境溫度及電容自身溫度等級有關。規(guī)格書目通常會提供一個在特定溫度條件下各溫度等級電容所能夠承受的最大紋波電流。甚至提供一個詳細圖表以幫助使用者迅速查找到在一定環(huán)境溫度條件下要達到某期望使用壽命所允許的電容紋波量。F.漏電流●電容器的介質對直流電流具有很大的阻礙作用。然而，由于鋁氧化膜介質上浸有電解液，在施加電壓時，重新形成的以及修復氧化膜的時候會產生一種很小的稱之為漏電流的電流。通常，漏電流會隨著溫度和電壓的升高而增大。它的計算公式大致是:I＝K×CV。漏電流I的單位是μA，K是常數。一般來說，電容器容量愈高，漏電流就愈大。從公式可得知額定電壓愈高，漏電流也愈大，因此降低工作電壓亦可降低漏電流。3.滌綸電容（1）滌綸電容的構成用兩片金屬箔做電極，夾在極薄絕緣介質中，卷成圓柱形或者扁柱形芯子，介質是滌綸。滌綸薄膜電容，介電常數較高，體積小，容量大，穩(wěn)定性較好，適宜做旁路電容。（2）滌綸電容的突出優(yōu)點薄膜電容的精度、損耗角、絕緣電阻、溫度特性、可靠性及適應環(huán)境等指標都優(yōu)于電解電容，瓷片電容兩種電容。（3）參數識別在國外電容器耐壓值的表示方法中，2A表示耐壓為1．0×10^2V=100V，例如823表示容量為82000Pf，J表示容量允許偏差為±5％。2A（4）滌綸電容的參數標注方法A.直標法：將電容器的主要參數（標稱容量、額定電壓、及允許偏差）直接標注在電容器上，如0.0047μf/275V，0.0047μf是容量，相當于4700Pf，275V應是耐壓（不屬優(yōu)選數系列）。B.文字符號法：采用數字或字母與數字混合的方法來標注電容器的主要參數。C.數字標注法一般是用3位數字表示電容器的容量。其中前兩位為有效值數字，第三位為倍乘數（即表示有效值后有多少個0）。如104，表示有效值是10，后面再加4個0，即100000Pf=0．1μf。D.字母與數字混合標注法用2—4位數字表示有效值，用P、n、M、μ、G、m等字母表示有效數后面的量級。進口電容器在標注數值時不用小數點，而是將整數部分寫在字母之前，將小數部分寫在字母后面。如4P7表示4．7Pf，3m3表示3300μf等。電容器的容量的允許偏差標注字母及含義：F±1％G±2％J±5％K±10％M±20％N±30％如104K表示容量100000Pf=0．1μf，容量允許偏差為±10％。3.可調穩(wěn)壓器LM317（1）LM317簡介LM117/LM317/LM317A是美國國家半導體公司的三端可調穩(wěn)壓器集成電路。國內和世界各大集成電路生產商均有同類產品可供選用，是使用極為廣泛的一類串連集成穩(wěn)壓器。LM117/LM317/LM317A的輸出電壓范圍是1.2V至37V，負載電流最大為1.5A。它的使用非常簡單，僅需兩個外接電阻來設置輸出電壓。此外它的線性調整率和負載調整率也比標準的固定穩(wěn)壓器好。LM117/LM317內置有過載保護、安全區(qū)保護等多種保護電路。通常LM117/LM317不需要外接電容，除非輸入濾波電容到LM117/LM317輸入端的連線超過6英寸（約15厘米）。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應。調整端使用濾波電容能得到比標準三端穩(wěn)壓器高的多的紋波抑制比。LM117/LM317能夠有許多特殊的用法。比如把調整端懸浮到一個較高的電壓上，可以用來調節(jié)高達數百伏的電壓，只要輸入輸出壓差不超過LM117/LM317的極限就行。當然還要避免輸出端短路。還可以把調整端接到一個可編程電壓上，實現(xiàn)可編程的電源輸出。（2）LM317A主要特性A.可調整輸出電壓低到1.2V。B.保證1.5A輸出電流。C.典型線性調整率0.01%。D.典型負載調整率0.1%。E.80dB紋波抑制比。F.輸出短路保護。G.過流、過熱保護。H.調整管安全工作區(qū)保護。I.標準三端晶體管封裝。J.1.25V至37V連續(xù)可調4.固定三端穩(wěn)壓器（1）電路結構三端集成穩(wěn)壓器大多采用串聯(lián)穩(wěn)壓方式。從圖18-4所示方框圖中可以看出，它由啟動電路、基準電路、誤差放大器、調整管、取樣電阻及保護電路等組成。它與分立元件的串聯(lián)調整穩(wěn)壓器電路工作原理完全相同。（2）穩(wěn)壓器的主要參數A.輸出電壓Vo

輸出電壓是指穩(wěn)壓器的各工作參數符合規(guī)定時的輸出電壓值。對于固定輸出穩(wěn)壓器，它是常數;對于可調式輸出穩(wěn)壓器.它是輸出電壓范圍

B.輸出電壓偏差

對于固定輸出穩(wěn)壓器，實際輸出的電壓值和規(guī)定的輸出電壓V。之間往往有一定的偏差這個偏差值一般用百分比表示.也可以用電壓值表示。

C.最大輸出電流ICM

最大輸出電流指穩(wěn)壓器能夠保持輸出電壓不變的最大電流。

D.最小輸入電壓Vimin

輸入電壓值在低于最小輸入電壓值時，穩(wěn)壓器將不能正常工作。

E.最大輸入電壓Vimax

最大輸入電壓是指穩(wěn)壓器安全工作時允許外加的最大電壓值。

說明:(4)、(5)兩項也常用輸入電壓的范圍來表示。

F.最小輸入、輸出電壓差(Vi-Vo)

它是指穩(wěn)壓器能正常工作時的輸入電壓Vi，與輸出電壓Vo是最小電壓差值

G.電壓調整率Sv

電壓調整率是指當穩(wěn)壓器負載不變而輸入的直流電壓變化時.所引起的輸出電壓的相對變化量。Sv常用下式表示:電壓調整率有時也用某一輸入電壓變化范圍內的輸出電壓變化量表示。

電壓調整率用來表征穩(wěn)壓器維持輸出電壓不變的能力。

H.電流調整率S1

電流調整率是指，當輸入電壓保持不變而輸出電流在規(guī)定范圍內變化時，穩(wěn)壓器輸出電壓相對變化的百分比，可用下式表示:電流調整率有時也用負載電流變化時輸出電壓的變化量來表示

I.輸出電壓溫灑漂ST

輸出電壓溫漂也稱輸出電壓的溫度系數。其定義為，在規(guī)定的溫度范圍內，當輸入電壓和輸出電流不變時，單位溫度變化引起的輸出電壓變化量，用公式表達為:J.輸出阻抗Zo

輸出阻抗指，在規(guī)定的輸入電壓和輸出電流的條件下，在輸出端上所測得的交流電壓與交流電流之比，即輸出阻抗反映了在動態(tài)負載狀態(tài)下，穩(wěn)壓器的電流調整率。

K.輸出噪聲電壓VN

它是指當穩(wěn)壓器輸入端無噪聲電壓進入時，在其輸出端所測得的噪聲電壓值。輸出噪聲電壓是由穩(wěn)壓器內部產生的，它對許多負載是有害的(3)使用注意事項在使用時必須注意：(VI)和(Vo)之間的關系，以7805為例，該三端穩(wěn)壓器的固定輸出電壓是5V，而輸入電壓至少大于7V，這樣輸入/輸出之間有2－3V及以上的壓差。使調整管保證工作在放大區(qū)。但壓差取得大時，又會增加集成塊的功耗，所以，兩者應兼顧，即既保證在最大負載電流時調整管不進入飽和，又不致于功耗偏大。另外一般在三端穩(wěn)壓器的輸入輸出端接一個二極管，用來防止輸入端短路時,輸出端存儲的電荷通過穩(wěn)壓器,而損壞器件。三系統(tǒng)設計1.變壓整流電路二極管具有單向導電性，利用這一特性可以組成整流電路，將交流電變?yōu)槊}動的直流電。在小功率直流電源中，經常采用單相半波、單相全波、單相橋式整流電路。（1）單相半波整流電路A.電路組成與工作原理電路中用變壓器T將電網的正弦交流電壓U1變成U2，設U2=√2U2sinωt;U2為變壓器二次側的交流電壓有效值，在U2的正半周二極管D導通（正偏壓），電流Id流過加到負載rl上，則負載電壓等于變壓器二次電壓，即：ul=U2=√2U2sinωt(0<=ωt<=π）在U2的負半周時，二極管反向偏壓而截止，Id=0負載上沒有電流流過，二極管承受一個反向電壓，其值就是變壓器的U2；因在交流電壓的一個周期內只有正半周導通所以稱為半波整流。B.負載上的直流電壓與電流的估算直流電壓是指一個周期內脈動電壓的平均值。半波整流電路ul=0.45U2(大約數）；負載上的電流il=ul/rl=0.45*U2/RL;(2)單相全波整流電路A.變壓器中心抽頭的全波整流電路全波整流電路利用具有中心抽頭的變壓器與兩個二極管配合，使D1、D2在正負半周輪流導通，而且二者流進rl的電流保持同一方向，從而使正、負半周在負載上均有輸出電壓。B.負載上的直流電壓和電流的計算因正、負半周在負載上都有輸出電壓所以全波整流電路負載上的電壓是半波的2倍；ul=2*(√2/π）*U2=0.9U2;

il=0.9*(U2/rl)但全波整流電路必須采用具有中心抽頭的變壓器且要對稱的，每個線圈只有一半時間通過電流，變壓器的利用率不高。(3)橋式整流電路為了克服全波整流的缺點現(xiàn)在多采用如圖的橋式整流電路；整流過程：四個二極管兩兩輪流導通，正半周時電流由D1RLD3回到U2的負端，正半周時，電流由D2RLD4回到U2的正端；無論是正半周還是負半周流過RL的電流的方向是一致的，所以它的電壓：ul=0.9U2;電流IL=0.9*(U2/RL)2.濾波電路上面學習的整流電路,它們的輸出電壓都含有較大的脈動成分,只在一些特殊的場合使用,一般的直流電路都需要較理想的一條直線似的的直流電壓,這就要平滑脈動的電壓使其達到,這種措施就是濾波.濾波器一般由電感或電容以及電阻等元件組成.(1)電容濾波利用電容兩端電壓不能突變只能充放電的特性來達到平滑脈沖的電壓的目的.在正半周D導通時分兩個電流:一是電流IL向負載供電,二是IC向電容充電;如忽略D的壓降則在電容上的電壓等于U2,當U2達到最大的峰值后開始下降,此時電容C上的電壓UC也將由于放電而逐漸下降,當U2<UC時,二極管被反偏而截止,于是UC向負載供電且電壓繼續(xù)下降,直到下一個正半周U2>UC時二極管再導通,再次循環(huán)下去.但半波整流濾波的輸出的電壓還是帶有鋸齒裝的成分現(xiàn)在多用橋式整流濾波電路;原理同上.根據上面的分析可知,采用電容濾波后,有如下特點:A.負載電壓中的脈動的成分降低了許多；

B.負載電壓的平均值有所提高。在RL一定時濾波電容越大，UL越大。設計時可估算：UL=11.1U2(半波);UL=1.2U2(全波橋式整流)(2)濾波電容的選擇濾波電容的確定:RL*C>=(3--5)T(半波整流時);RL*C>=(3--5)T/2(全波橋式整流時);T為交流電的周期.(220交流電的頻率為50HZ;即T=1/50)一種是在RLC=(3~5)T/2的條件下，近似認為VL=VO=1.2V2。（或者，電容濾波要獲得較好的效果，工程上也通常應滿足wRLC≥6~10。）橋式整流電路的電容量一般幾百到幾萬uF.

50Hz工頻電路中使用的普通電解電容器，其脈動電壓頻率僅為100Hz，充放電時間是毫秒數量級。為獲得更小的脈動系數，所需的電容量高達數十萬μF，因此普通低頻鋁電解電容器的目標是以提高電容量為主，電容器的電容量、損耗角正切值以及漏電流是鑒別其優(yōu)劣的主要數。而開關電源中的輸出濾波電解電容器，其鋸齒波電壓頻率高達數十kHz，甚至是數十MHz，時電容量并不是其主要指標，衡量高頻鋁電解電容優(yōu)劣的標準是“阻抗-頻率”特性，要求在開關電源的工作頻率內要有較低的等效阻抗，同時對于半導體器件工作時產生的高頻尖峰信號具有良好的濾波作用。

普通的低頻電解電容器在10kHz左右便開始呈現(xiàn)感性，無法滿足開關電源的使用要求。而開關電源專用的高頻鋁電解電容器有四個端子，正極鋁片的兩端分別引出作為電容器的正極，負極鋁片的兩端也分別引出作為負極。電流從四端電容的一個正端流入，經過電容內部，再從另一個正端流向負載；從負載返回的電流也從電容的一個負端流入，再從另一個負端流向電源負端。3.穩(wěn)壓電路（1）78XX,79XX三端穩(wěn)壓器的擴展使用我們知道，78**（79**）系列和LM317/337系列最大輸出電流為1.5A，如果所用電子裝置需要穩(wěn)壓電源提供更大的電流，就需要采用擴流措施了。下面介紹兩種常用的擴流方法。A.外加功率管擴流電路如圖1所示（在后面的電路圖中，為簡單起見，均將電源變壓器、整流二極管和輸入濾波電容省略不畫）。R1是過流保護取樣電阻，當輸出電流增大超過一定值時，R1上壓降增大，使BG1的Ube值減小，促使BG1向截止方向轉化。因為集成穩(wěn)壓器本身有過熱保護電路，如果我們將BG1和集成穩(wěn)壓器安裝在同一個散熱器板上，則BG1也同樣受到過熱保護。圖1電路可輸出小于7A的電流。B.多塊穩(wěn)壓器并聯(lián)擴流這是一種線路簡單、無需調整，有較高實用性的電路，其最大輸出電流為N*1.5