小功率可調(diào)輸出穩(wěn)壓電源課程設(shè)計

1、<p>　　第一章 小功率可調(diào)輸出穩(wěn)壓電源描述</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源，一般是將～220V、50Hz的交流電網(wǎng)電壓，經(jīng)電源變壓器降壓，再經(jīng)整流、濾波和穩(wěn)壓后，獲得平穩(wěn)的直流電壓輸出。</p><p>　　1.1 小功率可調(diào)輸出穩(wěn)壓電源的原理</p><p>　　在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流穩(wěn)壓電源供電，小功率的穩(wěn)壓電源是由電源變壓器，

2、整流電路，濾波電路和穩(wěn)壓電路等四部分組成。在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流穩(wěn)壓電源供電，小功率的穩(wěn)壓電源是由電源變壓器，整流電路，濾波電路和穩(wěn)壓電路等四部分組成。功率較小的直流電源大多數(shù)都是將50Hz的交流電經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓后獲得。整流電路用來將交流電壓變換為單向脈動的直流電壓；濾波電路用來濾除整流后單向脈動電壓中的交流成分，使之成為平滑的直流電壓；穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)輸入交流電源電壓波動、負(fù)載和溫度變化時，維持輸出直流電壓的穩(wěn)

3、定。</p><p>　　圖1直流穩(wěn)壓電源方框圖</p><p>　　1.2整流濾波電路的確定</p><p>　　整流電路，有單相半波整流、單相全波整流和單相橋式整流電路。濾波電路有電容濾波、RC濾波等。作為直流穩(wěn)壓電源使用的整流濾波電路，一般采用單相橋式整流、電容濾波電路．且整流器件多采用硅橋。大多數(shù)濾波器都采用大容量的電解電容器和小容量的有機(jī)薄膜電容器并聯(lián)，來

4、構(gòu)成低，高頻濾波電路。</p><p><b>　　1.3穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　在直流穩(wěn)壓電路的各種形式中，屬于使用分立元件組成的，有串聯(lián)型穩(wěn)壓電路、并聯(lián)型穩(wěn)壓電路、開關(guān)型穩(wěn)壓電路和硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路等。在這些穩(wěn)壓電路中，除硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路因電路簡單，又有一定穩(wěn)壓效果，在某些要求不高的電子設(shè)備中尚有應(yīng)用外，其他各種分立元件的穩(wěn)壓電路已很少有人去設(shè)計它們了

5、。屬于使用集成穩(wěn)壓器組成的穩(wěn)壓電源有用三端固定式集成穩(wěn)壓器、三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器和集成開關(guān)電源控制器組成的穩(wěn)壓電源。由于用集成穩(wěn)壓器組成的穩(wěn)壓電源電路簡單、性能好、成本低、故障少因此一般在設(shè)計直流穩(wěn)壓電源時，多采用集成穩(wěn)壓器去完成。</p><p><b>　　第二章 方案設(shè)計</b></p><p>　　2.1 設(shè)計任務(wù)和要求</p><p&g

6、t;<b>　　1．輸出電壓</b></p><p>　　(1)Uo＝+5V，</p><p>　　(2)Uo＝0—15V，連續(xù)可調(diào)。</p><p>　　以上兩組直流電源不同時使用。</p><p><b>　　2．輸出電流</b></p><p>　　Io＝0—500mA

7、。</p><p><b>　　3．電壓調(diào)整率</b></p><p>　　Su(?U。)<8mV。</p><p><b>　　4.電流調(diào)整率</b></p><p>　　Si(?Uo)<50mV</p><p><b>　　5．電路保護(hù)</b

8、></p><p>　　要求電路具有過電流、過電壓和過熱保護(hù)功能</p><p>　　2.2 電路總體構(gòu)思</p><p>　　根據(jù)設(shè)計任務(wù)和要求，其電壓調(diào)整率和電流調(diào)整率的指標(biāo)均較高，尤其是要求電路具有過電流、過電壓和過熱的保護(hù)功能。若用分立元件的方案，能滿足以上要求的電路一定較復(fù)雜；否則，難以滿足要求。所以，實(shí)際上已排除了使用分立元件的可能性。</p

9、><p>　　使用集成穩(wěn)壓器：據(jù)Uo＝+5V，可選用三端固定輸出集成穩(wěn)壓器CW7805；又據(jù)Uo＝0～15V，但它不與固定+5V電源同時輸出(即使用+5V直流電源時，就不用0—15V；同理，若使用0—15V直流電源時，就不用+5V電源)。因此，可以考慮將上述CW7805通過轉(zhuǎn)換開關(guān)，接成既可固定輸出，又可轉(zhuǎn)換成可調(diào)輸出的兩用直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方案。其總體方案如圖1所示。。</p><p>　　

10、在圖1中：當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)S投向“固定”時，此時穩(wěn)壓電路就是一個輸出電壓為+5V固定輸出的直流穩(wěn)壓電路；當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)S投向“可調(diào)”時，此時輸出電壓為</p><p>　　式中Uxx——所用集成穩(wěn)壓器標(biāo)稱輸出電壓值，此處為Uxx＝+5V；</p><p>　　Uz—硅穩(wěn)壓管輔助穩(wěn)壓電路的穩(wěn)定電壓；</p><p>　　Id——集成穩(wěn)壓器的靜態(tài)工作電流；</p>

11、<p>　　R1,Rp——為適應(yīng)固定輸出改為可調(diào)輸出而設(shè)置的外接取樣電阻和電位器。在式(2—10)中，因Uz＝Uxx，故輸出電壓可改寫成</p><p>　　顯然，Uo與Rp成正比，即在Rp＝0時，輸出電壓Uo＝0V：隨著Rp阻值增大，輸出電壓Uo亦提高，實(shí)現(xiàn)了輸出電壓從0V起調(diào)的可調(diào)電壓輸出。</p><p><b>　　第三章 電路設(shè)計</b></

12、p><p>　　3.1元件選擇與電路參數(shù)計算</p><p>　　(1)選擇集成穩(wěn)壓器。三端固定輸出集成穩(wěn)壓器CW7805，其輸出電流有100mA、</p><p>　　500mA，lA，1．5A和3A以上等電流檔次之分。本課題可選用輸出電流為1A的塑封三端固定輸出集成穩(wěn)壓器CW7805，其電參數(shù)典型規(guī)范值為：</p><p>　　輸入直流電壓U

13、i=10V；</p><p>　　輸出直流電壓Uo＝5V；</p><p>　　電壓調(diào)整率Su（?Uo)＝2．0mV；</p><p>　　電流調(diào)整率Si(?Uo)＝8．0mV；·</p><p>　　紋波抑制比Sr=75dB；</p><p>　　輸入、輸出最小電壓差(Ui—Uo)min＝2．0V；<

14、/p><p>　　最高輸入電壓Uimax＝35—40V；</p><p>　　靜態(tài)工作電流Id＝3.2mA。</p><p>　　圖2固定輸出和可調(diào)輸出兩用直流穩(wěn)壓電源</p><p>　　(2)確定輸入電壓Ui。集成穩(wěn)壓器輸入電壓Ui選取原則是，在既滿足輸出電壓要求，穩(wěn)壓器又能正常工作的前提下，Ui越低越好，這可以從兩種最不利的情況去考慮：&l

15、t;/p><p>　　當(dāng)輸出電壓最低時，此時加于CW7805輸入、輸出兩端之間的電壓最高，但不得超過允許值，即Ui—Uomin <35V。，</p><p>　　當(dāng)輸出電壓最高時，此時加于CW7805輸入，輸出兩端之間的電壓最低，但仍要CW7805能正常工作，即(Ui—Uo)min>2．0V。</p><p>　　為此，并結(jié)合本課題的具體要求，可選取Ui＝1

16、8V。當(dāng)Uo＝0V時，Ui－Uo=18—0=18(V)，穩(wěn)壓器輸入，輸出兩端之間的電壓未超過允許值；當(dāng)Uo=15V時，Ui－Uo=18—15=3(V)，穩(wěn)壓器能正常工作。</p><p>　　(3)確定變壓器次級電壓有效值U2。若采用硅橋整流，電容濾波電路，則根據(jù)橋式整流電容濾波電路的輸出電壓公式</p><p>　　U2＝(1.05—1.1)Ui／1.2(2—12)&l

17、t;/p><p>　　可得U＝1.05Ui／1.2=1.05x18／1.2=15.75(V)</p><p>　　取U2＝16(V)</p><p>　　在式(2—12)中，(1.05－1.1)是電壓系數(shù)，即5％~10％系數(shù)是考慮到變壓器內(nèi)阻、整流器壓降等電壓損失而設(shè)置的。</p><p><b>　　(4)選擇硅橋。</

18、b></p><p><b>　　硅橋的耐壓為</b></p><p>　　硅橋的額定電流為</p><p>　　根據(jù)以上兩條，可選用500mA／50V的硅橋。</p><p>　　(5)確定攄波電容C1。橋式整流電容濾波電路求濾波電容的公式為</p><p>　　式中T——交流電

19、網(wǎng)電壓的周期，</p><p>　　從濾波電容C1兩端來看，其負(fù)載電阻為：</p><p><b>　　所以：</b></p><p>　　取C1為1000?F／25V的鋁電解電容器</p><p>　　(6)確定外接取樣電阻R1</p><p>　　CW7805接成可調(diào)輸出使用時，需要外接取

20、樣電阻R1和可調(diào)電位器Rp。CW7805靜態(tài)工作電流典型值為Id＝3.2mA，此電流會隨輸出電壓的變化而稍有變化。為減小Id對輸出電壓的影響，一般可使取樣電流IR1≥(3—5)Id。若取IR＝3Id，則</p><p>　　?。篟1=510Q。</p><p>　　(7)可調(diào)電位器Rp。</p><p>　　當(dāng)Rp的下端不接-5V輔助電源而直接接地時，由理論分析可得

21、</p><p>　　由式(2—14)可得</p><p>　　取Rp為lk?的可調(diào)電位器即可。</p><p>　　(8)C2、C3的選取。</p><p>　　電路中C2、C3是為減小紋波，消除自激振蕩而設(shè)立的。在穩(wěn)壓器遠(yuǎn)離濾波電路、紋波要求小的場合，必須接入C2；在無自激振蕩的情況下，亦可不接C3。</p><p&g

22、t;　　因?yàn)殡娐分械姆植紖?shù)不易計算，C2、C3的值常由實(shí)驗(yàn)來確定，一般選取C2：0.1~0.33uF ，C3：0.1~0.33uF</p><p>　　(9)—5V輔助硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的設(shè)計。為抵消中5V而設(shè)置的—5V輔助硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的設(shè)計，可參閱有關(guān)教材，此處不再贅述。</p><p><b>　　第四章 安裝調(diào)試</b></p><

23、p>　　直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成。</p><p>　　圖3直流穩(wěn)壓電源方框圖</p><p><b>　　其中：</b></p><p>　?。?）電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的

24、變比由變壓器的副邊電壓確定。</p><p>　　（2）整流電路：利用單向?qū)щ娫?，?0Hz的正弦交流電變換成脈動的直流電</p><p>　　（3）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。</p><p>　?。?）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化。</p&g

25、t;<p>　　整流電路常采用二極管單相全波整流電路如圖4.1所示。在u2的正半周內(nèi)，二極管D1、D2導(dǎo)通，D3、D4截止；u2的負(fù)半周內(nèi)，D3、D4導(dǎo)通，D1、D2截止。正負(fù)半周內(nèi)部都有電流流過的負(fù)載電阻RL，且方向是一致的。電路的輸出波形如圖4.2所示。</p><p>　　在橋式整流電路中，每個二極管都只在半個周期內(nèi)導(dǎo)電，所以流過每個二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半，即

26、。電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為(U2是變壓器副邊電壓有效值)。</p><p><b>　　濾波電路</b></p><p>　　一般采用電容濾波電路。電路如圖5所示。輸出電壓波形反映的是電路穩(wěn)態(tài)的結(jié)果。</p><p><b>　　圖5電容濾波電路</b></p><p>　　從圖5波形

27、圖中可以看出，要保持一定的輸出電壓或輸出紋波小，其放電時間長數(shù)應(yīng)足夠大，應(yīng)滿足關(guān)系是</p><p>　　RLC(3～5)T/2=(3～5)/2f式中T和f為電網(wǎng)電壓的周期和頻率，頻率通常為50Hz。輸出電壓與輸入電壓一般可取VO≈1.2V2</p><p><b>　　穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　集成三端穩(wěn)壓器具有體積小，外圍元減少

28、，調(diào)整簡單，使用方便且性能好，穩(wěn)定性高，價格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而獲得越來越廣泛的應(yīng)用。常見的有固定式和可調(diào)式兩類集成三端穩(wěn)壓器，內(nèi)部多以串聯(lián)型穩(wěn)壓電路為主，還有適當(dāng)?shù)倪^流、過熱等保護(hù)電路。一般固定式較便宜，可調(diào)式較貴，性能也好些，功率也相對較大。在這里我們用可調(diào)式三端穩(wěn)壓器</p><p><b>　　第五章 安裝調(diào)試</b></p><p><b>　　5.

29、1 元件識別</b></p><p><b>　　電解電容的引腳</b></p><p>　　正負(fù)極引腳的判定：長腳為正極，短腳為負(fù)極，在電解電容的表面還印有負(fù)</p><p><b>　　標(biāo)志。</b></p><p><b>　　色環(huán)電阻讀數(shù)</b></p

30、><p>　　四色環(huán)電阻讀數(shù)：從左端起向右排列，第1、2色環(huán)表示阻值的2位有效數(shù)字，第3色環(huán)表示應(yīng)乘的倍數(shù)，第4色環(huán)表示允許誤差。</p><p>　　五色環(huán)電阻讀數(shù)：第1至3色環(huán)表示阻值的3位有效數(shù)字，第4色環(huán)表示應(yīng)乘的倍數(shù)，第5色環(huán)表示允許誤差。</p><p><b>　　二極管</b></p><p>　　外型：

31、- + + -</p><p><b>　　↑</b></p><p><b>　　有標(biāo)志的為負(fù)極</b></p><p><b>　　三端可調(diào)穩(wěn)壓器</b></p><p>

32、;<b>　　應(yīng)用注意事項(xiàng):</b></p><p>　?。?）在裝入電路前，一定要清楚各端子的作用，避免接錯。 </p><p>　?。?）穩(wěn)壓器的輸入端要盡量靠近濾波電容C4，以免線路受分布參數(shù)影響，引起輸入端的高頻自激。 </p><p>　?。?）使用時．對要求加散熱裝置的，必須加裝符合要求尺寸的散熱裝置。</p>&l

33、t;p><b>　　5.2安裝布局圖</b></p><p><b>　　5.3安裝</b></p><p>　　電路的安裝應(yīng)本著按電路基本走向布局的原則安排元器件，每個單元電路的元件和布線相對集中，電源正極和負(fù)極（接地線）要分別在電路板的兩側(cè)安排獨(dú)立走線。元件之間的引線應(yīng)該緊貼電路板走直線，需要繞行時應(yīng)該走直角拐彎，一面無法走通時可以在元

34、件面跳線，跳線同樣要走直，緊貼電路板。引線和跳線無焊接處不允許裸線相交。焊接時要求動作迅速準(zhǔn)確，切忌在一個焊點(diǎn)上反復(fù)焊接，這樣極易造成焊盤脫落。</p><p><b>　　5.4.調(diào)試</b></p><p>　　集成穩(wěn)壓電源的調(diào)試方法、步驟，一般可分為電路檢查和初測、電路性能測試、過載保護(hù)功能檢查三大步驟去進(jìn)行。</p><p><b

35、>　　1）電路檢查和初測</b></p><p>　　電路組裝好以后，要檢查一遍接線情況，在確定安裝接線無誤的情況下，就可進(jìn)行電路通電初測。初測時，一般先測變壓器次級電壓U2，再測整流濾波電路輸出電壓．即穩(wěn)壓器的輸入電壓Ui，最后測穩(wěn)壓器的輸出電壓Uo；如果正常，說明設(shè)計組裝基本成功，可進(jìn)行下一步性能鑒定的測試。</p><p>　　2）電路主要性能的測試</p&g

36、t;<p>　　(1)輸出電壓值及輸出電壓范圍的測試。</p><p>　　將電壓范圍轉(zhuǎn)換開關(guān)S投向“固定”檔，測出輸出電壓值，應(yīng)符合要求。</p><p>　　再將電壓范圍轉(zhuǎn)換開關(guān)S投向“可調(diào)”檔，改變電位器Rp，此時輸出電壓應(yīng)滿足0—15V的要求(對于方案二，其最低輸出電壓約為1．2V左右)。</p><p>　　(2)負(fù)載能力的測試。</p

37、><p>　　在額定輸出電壓、最大輸出電流的情況下，觀察穩(wěn)壓器的發(fā)熱情況。</p><p>　　(3)測試電壓調(diào)整率。</p><p>　　固定輸出電流(即固定外接負(fù)載)，在穩(wěn)壓器輸出額定電壓+5V的情況下／將穩(wěn)壓器的輸入電壓變化±10％，測出與此時相對應(yīng)的輸出電壓的變化量。在集成穩(wěn)壓器的器件手冊中，有的就用此輸出電壓的變化量來表征電壓調(diào)整率的大小，表示為Su

38、(?U。)；也可利用電壓調(diào)整率的定義公式</p><p><b>　　(2·15)</b></p><p><b>　　來求出電壓調(diào)整率。</b></p><p>　　(4)測試電流調(diào)整率Si。</p><p>　　固定輸出電壓，使Uo＝5V，在輸出電流為零和輸出電流為最大的兩種情況下，測

39、出輸出電壓的變化量。在集成穩(wěn)壓器的器件手冊中，亦常用此輸出電壓變化量來表征穩(wěn)壓器的電流調(diào)整率，表示為Si(?Uo)；也可利用電流調(diào)整率的定義公式</p><p><b>　　(2—16)</b></p><p>　　來測定其電流調(diào)整率。，，</p><p>　　(5)測輸出紋波電壓。在額定輸出電壓和額定輸出電流的情況下，用數(shù)字電壓表的毫伏檔測出

40、穩(wěn)壓器輸、出端總的交流紋波電壓值；亦可再測出輸入端的紋波電壓值，再根據(jù)紋波抑制比的定義．</p><p><b>　　(2—17)</b></p><p>　　求出其紋波抑制比。．</p><p>　　(6)檢查保護(hù)功能。CW7805和CW317集成穩(wěn)壓器內(nèi)部均具有過流、過壓和過熱保護(hù)電路。對于CW7805而言，當(dāng)輸出電流超過2A時，過流保護(hù)電

41、路起保護(hù)作用；當(dāng)調(diào)整管兩端壓降超過7V時，過壓保護(hù)電路起保護(hù)作用：當(dāng)調(diào)整管芯溫度超過125'C時，過熱保護(hù)電路起保護(hù)作用。在實(shí)際使用中，我們最關(guān)心的是輸出短路、過電流保護(hù)電路的工作情況。</p><p>　　測過流保護(hù)電路功能時，可將穩(wěn)壓器輸出端瞬時短路，此時輸出電壓為零。當(dāng)輸出端的短路線去掉后，輸出電壓應(yīng)馬上自動恢復(fù)到正常輸出電壓值。</p><p><b>　　第六章

42、 小結(jié)</b></p><p><b>　　參考資料</b></p><p>　　[1]江曉安、董秀峰，模擬電子技術(shù)(第二版)[M],西安，西安電子科技大學(xué)出版社，2008</p><p>　　[2]薛學(xué)明,穩(wěn)壓電源及其電路實(shí)例[M]，北京,中國鐵道出版社 2007</p><p>　　[3]顧寶良,模擬集

43、成電路原理與實(shí)用電路[M]，北京,人民郵電出版社 2008</p><p>　　[4]張志悅,數(shù)字電路設(shè)計與實(shí)用電路[M],廣州,華南理工大出版社 2009</p><p><b>　　[5] </b></p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　元件明細(xì)表<