线性稳压电源设计
图中C1电容两端电压中的直流分量, 有很小一部分降落在R上, 其余部分加到了负载电阻RL上; 而电压中的交流脉动, 大部分被滤波电容C2衰减掉, 只有很小的一部分加到负载电阻RL上。 此种电路的滤波效果虽好一些, 但电阻上要消耗功率, 所以只适用于负载电流较小的场合。 (3)LCπ型:
可见只是将RCΠ型滤波器中的R用电感L做了替换。 由于电感具有阻交流通直流的作用, 因此在增加了电感滤波的基础上, 此种电路的滤波效果更好, 而且L上无直流功率损耗, 所以一般用在负载电流较大和电源频率较高的场合。 缺点是电感的体积大, 使电路看起来笨重。 2.4 稳压模块
经过滤波后输出的直流电压仍然存在较大纹波,而且交流电网电压容许有±10%的起伏,随着电网电压的起伏,输出电压也会随之变动。此外,经过滤波后输出的直流电压也与负载的大小有关,当负载加重时,由于输出电流能力有限,使得输出的直流电压下降。因此,当需要稳定的直流电源时,在整流、滤波电路后通常需要配有稳压电路。
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2.4.1 集成稳压电路:
稳压电路的种类很多,在此我们以集成稳压器组成的稳压电路为例进行讨论。
在集成稳压器中,三端式稳压器应用广泛。它有三个端子:输入端、输出端和公共端。三端式稳压器有两种,一种是输出电压固定,称为三端固定输出稳压器,另一种是输出电压可调,称为三端可调输出稳压器。
三端固定输出集成稳压器的通用产品有:
(1)78XX系列(正输出电压)和79XX系列(负输出电压): 78XX系列(正输出电压)和79XX系列(负输出电压)输出电压由具体型号中的后两个数字代表。其额定输出电流以78或79后面所加字母来区分:L表示0.1A,M表示0.5A,无字母表示1.5A。如:7805,表示输出+5V电压,额定输出电流1.5A;又如79L12,表示输出-12V电压,额定输出电流0.1A。
图7
三端固定输出稳压器可以最简单的形式接入电路中使用,如图7所示。经过整流、滤波后不稳定的直流电压从输入端输入,在稳压器的输出端得到了稳定的直流电压输出。为使电路正常工作,要求输入电压应比输出电压至少高出2.5~3V。电容C1可防止自激振荡,还可抑制电源的高频脉冲干扰,一般取0.1~1μF。输出端电容C2用以改善负载的瞬态响应,消除电路的高频噪声,同时也具有消除自激振荡的作用。
(2)基准电压源三段稳压器:
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以cw117为例图中电容C2用于抑制调节电位器时产生的纹波干扰。 二极管VD1、 VD2为保护电路。 VD1用于防止输入短路时, C3通过稳压器的放电而损坏稳压器; VD2用于防止输出短路时, C2通过调整端放电而损坏稳压器。 在输出电压小于7 V时, 也可不接。常温下输出端和调整端电压的典型值为1.25 V。由图可知:
Uo?1.25?(1?RPR)?IadjRP?1.25?(1?P)R1R1Iadj为调整端的电流, 因其值小, 计算时可忽略。
集成三端稳压器的内部电路中有保护电路,但在实际应用中仍需在其外围电路中增加保护电路,以使其不受损坏。另外,在使用时还需注意以下几点:
① 防止输入、输出反接; ② 防止稳压器浮地故障; ③ 防止稳压器输入端短路; ④ 应接入足够大的散热器。
2.4.2 二极管稳压电路:
二极管的伏安特性曲线如图8所示:
图8
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则可知,稳压管在反向击穿时,在一定的电流范围内(或者说在一定功率损耗范围内),端电压几乎不变,表现出稳压特性。利用二极管的稳压特性,我们也可以设计稳压电路。 (1)基本稳压管稳压电路
可知输出电压基本不变,等于稳压管的击穿电压,输入电压的波动值都被电阻R所补偿。具有简单易行,稳压性能好的优点。适用于输出电压固定,输出电流变化范围较小的场合。 (2)串联型稳压电路
为了使稳压管稳压电路输出大电流,需要加晶体管放大
电路通过电阻R引入了电压负反馈,稳定了输出电压。
同时也可以加入运算放大器所构成的电压跟随器再利用分压原理,就能输出需要的稳定的可调的电压,如图9示:
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图9
3 具体元器件参数的设计
3.1 方案一:稳定输出不可调节的线性稳压电源
方案拟采用变压器进行变压整流桥进行整流之后,再进行电容滤波,再利用集成稳压器78xx与79xx系列进行稳压输出,得到直流+12v、+5v、-12v的电压输出。 3.1.1确定电源变压器副边电压值
(1)要设计输出12V,电流0.5A的直流稳压电源,并使7812正常工作,必须保证输入与输出间维持大于2V的压降。因此,7812输入端的直流电压必须大于14V。
(2)根据经验可取U=1.2Uef ,若想在7812输入端获得14V电压,副边电压有效值Uef=U/1.2=14/1.2=11.7V
(3) 考虑到整流电路的压降最小为1.4V(两个二极管串联),副边电压电压有效值应为13.1V。再考虑电网10%波动时,故副边电压可取15V。
3.1.2确定整流桥型号
考虑到电路中会出现冲击电流,整流桥的额定电流最少是工作电流的2~3倍。选择PBS307(3A,耐压1000V)可留有很大的富裕量,满足要求。
3.1.3 确定π型滤波电路
(1)确定滤波电容C1前要先求出Ri及τ值
(2)求Ri时,电流为1A,7812输入端的电压为14-15V,所以
Ri=28-30Ω
(3)通常取时间常数τ=(3~5)T/2,T=0.02s,取τ=0.03s-0.05s
则滤波电容C1最小为1mF,为了滤波效果更好,可以选购2200μF,耐压25V的电解电容。
(4)滤波电感的经验公式如下L=Z/(2π×fc),fc是信号的截止频
率 Z为噪声扼流圈阻抗、滤波器输入或输出阻抗。扼流圈阻抗一般为30~500Ω,宜在低源阻抗和负载阻抗下使用。粗略计算的情况下,满足fl>r即可,由上B可知Ri=28-30Ω,因此选择
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