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?線性直流穩(wěn)壓電源詳解之線性直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)電路圖分析

文章出處:電源 責(zé)任編輯:上?,F(xiàn)易電子元器件有限公司 發(fā)表時(shí)間:2018-01-24

線性模式,是指調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下(就是工作在放大區(qū)?。┑闹绷鞣€(wěn)壓電源。就比如三極管,有放大、飽和、截止三種工作狀態(tài)一樣,調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下,可這么來理解:RW是連續(xù)可變的,亦即是線性的。而在開關(guān)電源中則不一樣,開關(guān)管是工作只有開、關(guān)兩種狀態(tài):開——電阻接近很小;關(guān)——電阻很大接近于無窮大。工作在開關(guān)狀態(tài)下的管子顯然不是線性狀態(tài)。所以直流穩(wěn)壓電源,會(huì)分為線性模式直流電源和開關(guān)模式直流電源。

  


線性直流電源(Linearpowersupply)是先將交流電經(jīng)過變壓器降低電壓幅值,再經(jīng)過整流電路整流后,得到脈沖直流電,后經(jīng)濾波得到帶有微小波紋電壓的直流電壓。要達(dá)到高精度的直流電壓,必須經(jīng)過穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓。穩(wěn)壓過程 穩(wěn)壓過程,是穩(wěn)壓電源的一個(gè)核心,所以對(duì)這里大致說明一下。細(xì)細(xì)的講的話會(huì)很復(fù)雜,不過只要我們知道一個(gè)規(guī)律,分析起來就很方便了。


穩(wěn)壓過程


如輸出電壓↑→誤差放大管基極電壓↑→誤差放大管基極電流↑→誤差放大管集電極電流↑→調(diào)整管基極電流↓(減小的那部分基極電流哪去了?被誤差放大管集電極分流了,調(diào)整管等效電阻↑→輸出電壓↓,完成了調(diào)整的目的。反之也一樣,↑變↓,掌握了這個(gè)規(guī)律,對(duì)于理解這個(gè)概念會(huì)很有幫助。


由于調(diào)整管相當(dāng)于一個(gè)電阻,電流流過電阻時(shí)會(huì)發(fā)熱,所以工作在線性狀態(tài)下的調(diào)整管,一般會(huì)產(chǎn)生大量的熱,導(dǎo)致效率不高。這是線性穩(wěn)壓電源的一個(gè)最主要的缺點(diǎn)。但線性穩(wěn)壓電源的優(yōu)點(diǎn)也是開關(guān)電源不可比的:調(diào)整速度快、紋波小、干擾小,正是這些優(yōu)點(diǎn),使得線性穩(wěn)壓電路在數(shù)字電路、CPU供電(家電中的)、信號(hào)處理等對(duì)電源質(zhì)量要求較高的電路中得到了廣泛應(yīng)用。


基本工作原理


線性直流電源主回路的工作過程是輸入電源先經(jīng)預(yù)穩(wěn)壓電路進(jìn)行初步交流穩(wěn)壓后,通過主工作變壓器隔離整流變換成直流電源,再經(jīng)過控制電路和單片微處理控制器的智能控制下對(duì)線性調(diào)整元件進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié),使之輸出高精度的直流電壓源,


線性直流電源產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于科研、大專院校、實(shí)驗(yàn)室、工礦企業(yè)、電解、電鍍、充電設(shè)備等。

  


線性直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)電路圖分析


1、直流穩(wěn)壓電源的總體方框圖

  


2、穩(wěn)壓電源模塊電路的設(shè)計(jì)


2.1、電源變壓器


電源變壓器是一個(gè)降壓變壓器,它將電網(wǎng)220V/Hz的交流電壓變換成符合需要的低交流電壓,并送給整流電路。變壓器的變壓比是初級(jí)電壓與次級(jí)電壓的比值,由變壓器的副邊輸出來電壓確定。


變壓器的主要參數(shù)有:


①變壓比:變壓器的變壓比是初級(jí)電壓與次級(jí)電壓的比值。


②額定功率:是變壓器在指定頻率和電壓下能連續(xù)工作而不超過規(guī)定溫升的輸出功率。


③效率:是輸出功率與輸入功率之比,它反映了變壓器的自身損耗。 ④空載電流:變壓器在工作電壓下次級(jí)空載時(shí)(次級(jí)電流為零),初級(jí)線圈流過的電流稱為空載電流。空載電流大的變壓器損耗大、效率低。


⑤絕緣電阻和抗電強(qiáng)度:絕緣電阻是指變壓器線圈之間、線圈與鐵心之間及引線之間的電阻??闺姀?qiáng)度是在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)變壓器可承受的電壓,它是變壓器特別是電源變壓器安全工作的重要參數(shù)。


電源變壓器Tr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要的

  


2.2、整流電路


整流電路將交流電壓變換成脈動(dòng)的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除較大的紋波成分,輸出紋波較小的直流電壓。常用的整流濾波電路有單相半波整流濾波、橋式整流濾波等。


半波整流:利用了二極管的單向?qū)щ娦?,只輸出交流成分中的正電壓部分,電路非常的簡單易行,所用的二極管的數(shù)量也很少。但是,由于它利用了交流電壓的半個(gè)周期,所以輸出電壓較低,交流分量大,效率低。故這種電路僅僅適用于整流電流較小,對(duì)脈動(dòng)要求也不是很高的場所。


單相橋式整流電路:由四個(gè)二極管組成,其構(gòu)成原則就是,保證在變壓器副邊電壓的整個(gè)周期內(nèi),負(fù)載上的電壓和電流的方向始終不發(fā)生變化。它實(shí)現(xiàn)了全波整流電路,將副邊輸出電壓的負(fù)半周期也充分利用了起來,所以在變壓器副邊電壓有效值相同的情況下,輸出電壓平均值是半波整流電路的兩倍。


因此,綜合考慮,本電路設(shè)計(jì)采用單相橋式整流電路。

  


當(dāng)變壓器“1”端為正、“2”端為負(fù)時(shí),二極管VD2和VD4承受正向電壓而導(dǎo)通,VD1和VD3承受反向電壓而截止。此時(shí),變壓器“1”端通過VD4流經(jīng)RL,再經(jīng)過VD2返回至“2”端。當(dāng)“1”端為負(fù)、“2”端為正時(shí),二極管VD1和VD3導(dǎo)通,VD2和VD4截止,電流則由“2”端通過VD3流經(jīng)RL,再經(jīng)過VD1返回至“1”端。


2.3、濾波電路


濾波電路可以濾除整流電路輸出電壓中的大部分的交流成分,既而得到比較平滑的直流電壓。本電路為滿足其要求而選用電容濾波電路。各個(gè)濾波電容C均需滿足2/)5~3(*TCRL?,其中T為輸入交流信號(hào)的周期,RL為整流濾波電路的等效負(fù)載電阻。

  


2.4、穩(wěn)壓電路


穩(wěn)壓電路的功能是用以確保其輸出的直流電壓是穩(wěn)定的,不隨著交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而發(fā)生變化。它利用調(diào)節(jié)流過穩(wěn)壓管自身的電流大小來滿足負(fù)載電流的改變,并與限流電阻配合將電流的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化以適應(yīng)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。常用的集成穩(wěn)壓器有固定式三端穩(wěn)壓器和可調(diào)式三端穩(wěn)壓器兩種。本電路要求輸出±5V/1A,±12V /1A和±15V/1A。故選用固定式三端穩(wěn)壓器LM7805CT,LM7905CT,LM7812CT,LM7912CT和LM7815CT,LM7915CT,電路的設(shè)計(jì)非常簡單,最簡的電路外接元件只需一個(gè)固定電阻和一只電位器即可,工作穩(wěn)定,其芯片內(nèi)有過渡、過熱和安全工作區(qū)保護(hù),最大輸出電流也滿足要求。

  


3、電路參數(shù)計(jì)算

  


2)確定電源變壓器副邊電壓、電流及功率。


輸出電流小于0.5A,輸出電壓小于12V,由上分析,可選購副邊電壓為16V,功率為8W的變壓器。


選整流二極管及濾波電容。


3)因電路形式為橋式整流電容濾波,通過每個(gè)整流二極管的反峰電壓和工作電流求出濾波電容值。


4)電阻的選擇

  

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