基于集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

0 引言

任何電子設(shè)備的工作都離不開直流電源，晶體管、集成電路正常工作都需要直流電源供電。提供直流電的方法主要有干電池和穩(wěn)壓電源兩種。干電池具有輸出電壓穩(wěn)定便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)但是其容量低壽命短的缺點(diǎn)也十分明顯。而直流穩(wěn)壓電源能夠?qū)?20V交流電轉(zhuǎn)換為源源不斷的穩(wěn)定的直流電。它由變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四部分電路等組成。參考電路如圖1所示。

1.變壓

穩(wěn)壓電源的輸出電壓一般是根據(jù)儀器設(shè)備的需要而定的，有的儀器設(shè)備同時(shí)需要幾種不同的電壓。單獨(dú)的穩(wěn)壓電源，其輸出電壓在一定的范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)，當(dāng)調(diào)節(jié)范圍較大時(shí)，可分幾個(gè)檔位。因此，需要將交流電通過電源變壓器變換成適當(dāng)幅值的電壓，然后才能進(jìn)行整流等變換，根據(jù)需要，變壓器的次級(jí)線圈一般都為兩組以上選用合適的變壓器將220V±10%的高壓交流電變成需要的低壓交流電，要滿足電源功率和輸出電壓的需要，變壓器選用應(yīng)遵循以下原則：

(1)在220V±15%情況下應(yīng)能確?？煽糠€(wěn)定輸出。一般工程上變壓、整流和濾波后的直流電壓可以按下面情況確定：

一是要考慮集成穩(wěn)壓電路一般是要求最小的輸入輸出壓差;二是要考慮橋式整流電路要消耗兩個(gè)二極管正向?qū)ǖ膲航?三是要留有一定的余量。輸出電壓過高會(huì)增加散熱量，過低會(huì)在輸出低壓時(shí)不穩(wěn)定，由此來確定直流電壓。

(2)變壓器要保留20%以上的電流余量。

2.整流

是將正弦交流電變成脈動(dòng)直流電，主要利用二極管單向?qū)щ娫韺?shí)現(xiàn)，整流電路可分為半波整流、全波整流和橋式整流。電源多數(shù)采用橋式整流電路，橋式整流由4個(gè)二極管組成，每個(gè)二極管工作時(shí)涉及兩個(gè)參數(shù)：

一是電流，要滿足電源負(fù)載電流的需要，由于橋式整流電路中的4個(gè)二極管是每?jī)蓚€(gè)交替工作，所以，每個(gè)二極管的工作電流為負(fù)載電流的一半;二是反向耐壓，反向電壓要大于可能的最大峰值。

(1)電流負(fù)載ID>?I1

(2)反向耐壓為變壓器最高輸出的峰值VD> V2.

3.濾波

濾波的作用是將脈動(dòng)直流濾成含有一定紋波的直流電壓，可使用電容、電感等器件，在實(shí)際中多使用大容量的電解電容器進(jìn)行濾波。

圖中C2和C4為低頻濾波電容，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理中的有關(guān)公式和電網(wǎng)變化情況，設(shè)計(jì)、計(jì)算其電容量和耐壓值，選定電容的標(biāo)稱值和耐壓值以及電容型號(hào)(一般選取幾百至幾千微法)。

C1和C3為高頻濾波電容，用于消除高頻自激，以使輸出電壓更加穩(wěn)定可靠。通常在0.01μF~0.33μF范圍內(nèi)。

(1)低頻濾波電容的耐壓值應(yīng)大于電路中的最高電壓，并要留有一定的余量;

(2)低頻濾波電容C2選取應(yīng)滿足：C2≥RL1(3~5)2T;

RL為負(fù)載電阻，T為輸入交流電的周期。對(duì)于集成穩(wěn)壓后的濾波電容可以適當(dāng)選用數(shù)百微法即可;

( 3 )工程上低頻電容C 2也可根據(jù)負(fù)載電流的值來確定整流后的濾波電容容量，即：

C2≥(IL/50mA)×100uF.

4.穩(wěn)壓

經(jīng)過整流和濾波后的直流電壓是一個(gè)含有紋波并隨著交流電源電壓的波動(dòng)和負(fù)載的變化而變化的不穩(wěn)定的直流電壓，電壓的不穩(wěn)定會(huì)引起儀器設(shè)備工作不穩(wěn)定，有時(shí)甚至無法正常工作。為此在濾波后要加穩(wěn)壓電路，以保障輸出電壓的平穩(wěn)性。穩(wěn)壓方式有分立元件組成的穩(wěn)壓電路和集成穩(wěn)壓電路。

分立元件組成的穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓方式有串聯(lián)穩(wěn)壓、并聯(lián)穩(wěn)壓和開關(guān)型穩(wěn)壓等，其中較常用的是串聯(lián)穩(wěn)壓方式。

(1)串聯(lián)穩(wěn)壓電路

串聯(lián)穩(wěn)壓電路工作框圖如圖2所示，它由采樣電路、基準(zhǔn)電壓電路、比較放大電路和調(diào)整電路組成。

(2)集成穩(wěn)壓器

隨著集成工藝技術(shù)的廣泛使用，穩(wěn)壓電路也被集成在一塊芯片上，稱為三端集成穩(wěn)壓器，它具有使用安全、可靠、方便且價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)。

三端穩(wěn)壓器按輸出電壓方式可分為四大類：

①固定輸出正穩(wěn)壓器7800系列，如7805穩(wěn)壓值為+5V.

②固定輸出負(fù)穩(wěn)壓器7900系列。

③可調(diào)輸出正穩(wěn)壓器L M 1 1 7、L M 2 1 7、LM317及LM123、LM140、LM138、LM150等。

④可調(diào)輸出負(fù)穩(wěn)壓器L M 1 3 7、L M 2 3 7、LM337等。

5.直流穩(wěn)壓電源一般都要加裝保險(xiǎn)和散熱片

保險(xiǎn)是用來保證電源安全工作的重要器件，保險(xiǎn)能實(shí)現(xiàn)在電源輸出短路或超載時(shí)自動(dòng)切斷電路，從而保證電源的安全。散熱片作用是對(duì)集成穩(wěn)壓電路進(jìn)行散熱，確保集成穩(wěn)壓器工作時(shí)溫度不超過標(biāo)準(zhǔn)值。