交直流稳压稳流电源设计

《交直流稳压稳流电源设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《交直流稳压稳流电源设计（123页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、交直流稳压、稳流电源设计,主要介绍交直流稳压源、稳流源设计基础，设计方法和设计步骤。并通过大量例题详细介绍了方案论证、软、硬件设计、技术指标测试及测试结果分析。,具有缺相保护功能的蓄水池自动供水电路,5.1 稳压、稳流电源设计基础,电源是电子设备的能源电路，关系到整个电路设计的稳定性和可靠性。 本节主要介绍 直流稳压电源 直流恒流电源 交流稳压电源,5.1. 1 直流稳压电源,一、直流稳压电源的基本原理 直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路及稳压电路所组成 。,一、直流稳压电源的基本原理,电源变压器的作用是将电网220V的交流电压U1转换成整流电路所需要的电压U2。整流电路的作用是

2、将交流电压U2转换成脉动的直流电压U3。滤波电路的作用是将脉动直流电压滤除纹波，变成纹波小的直流电压U4。稳压电路的作用就是将不稳定的直流电压转换成稳定的直流电压Uo。它们的关系为 式中，n为变压器的变压比。UP为稳压器的降压，一般为215V。,二、串联型直流稳压电路,串联型直流稳压电路的原理图如图所示。,电路包括4个组成部分。,1采样电阻由电阻Rl, RP和R3组成。当输出电压发生变化时，采样电阻取其变化量的一部分送到放大电路的反相输入端。2.放大电路放大电路A的作用是将稳压电路输出电压的变化量进行放大，然后再送到调整管的基极。如果放大电路的放大倍数比较大，则只要输出电压产生一点微小的变化，

3、即能引起调整管的基极电压发生较大的变化，提高了稳压效果。因此，放大倍数越大，则输出电压的稳定性越高。3.基准电压基准电压由稳压管VDz提供，接到放大电路的同相输人端。采样电压与基准电压进行比较后，再将二者的差值进行放大。电阻R的作用是保证VDz有一个合适的工作电流。4.调整管调整管VT接在输人直流电压U;和输出端的负载电阻RL之间，若输出电压Uo由于电网电压或负载电流等的变化而发生波动时，其变化量经采样、比较、放大后送到调整管的基极，使调整管的集一射电压也发生相应的变化，最终调整输出电压使之基本保持稳定。,串联型直流稳压电路的稳压原理。,稳压过程可简明表示如下： 反之亦然。 在要求高的稳压电路

4、，其参考稳压源要采用精密稳压源。,影响稳压性能的因素,如果运算放大器A的同相端作为输入端，反相端作为反馈信号输入端，Uo作为输出端，该系统实际上就是一个直流电压负反馈电路。因此对输出电压Uo有稳定的作用，其稳定度提高了 倍。使纹波及外部的干扰信号减小了 倍。这就是串联型直流稳压电路稳压的实质所在。 由此可见，要提高该系统的稳压性能，一是提高运放的开环电压放大倍数A； 二是提高反馈系数 的数值。 上述分析未考虑参考源的影响。实际上参考电压Uz是由稳压二极管VDz提供的。稳压二极管VDz会产生噪声，它的温度系数一般不为零，它输出的电压含有纹波成分，这些均会影响稳压时的性能指标。假设VDz因某种原因

5、有一个电压波动，其值为Uz，则引起输出电压的波动为,三、三端集成稳压器,三端集成稳压器，芯片只引出三个端子，分别接输入端、输出端和公共端，基本上不需外接元件，而且内部有限流保护、过热保护和过压保护电路，使用十分安全、方便。,1三端集成稳压器的组成,三端集成稳压器的组成如图所示。电路内部实际上包括了串联型直流稳压电路的各个组成部分，另外，加上了保护电路和启动电路。在WT8.00系列三端集成稳压器中，已将三种保护电路集成在芯片内部，它们是限流保护电路、过热保护电路和过压保护电路。启动电路的作用是在刚接通直流输人电压时，使调整管、放大器和基准电源等建立起各自的工作电流，而当稳压电路正常工作时启动电路

6、被断开，以免影响稳压电路的性能。,2.三端集成稳压器的分类及特点,三端集成稳压器分固定式、可调式两大类，其分类详见表5.1.1三端集成稳压器的产品分类 冠以CW的为国标产品。 LM(美国NSC公司），A(美国仙童公司），TA（日本东芝),CPC(日本NEC), HA（日立),MC(美国摩托罗拉公司），L（意法SGS-THOMSON公司）。 国产型号只有5V,6V,9V,12V,15V,18V和247V等7种规格。 美国仙童公司于20世纪70年代首先推出A7800系列和A7900系列三端固定式集成稳压器。这种稳压器只有输入端、输出端和公共端三个引出端。三端集成稳压器的问世，是电源集成电路的一大革

7、命。它极大地简化了电源的设计与使用，并具有较完善的过流、过压和过热保护功能，能以最简方式接入电路。目前,7800、7900系列已成为世界通用系列。三端固定式集成稳压器分正压输出(7800系列）、负压输出(7900系列）两大类。最大输出电流有8种规格:0. lA(78L00系列）,0. 25A(78DL00系列）,0. 3A(78N00系列）,0. 5A(78M00系列）、1. 5A(7800系列）、3A(78T00系列）、5A(78H00系列）、l0A(78P00系列）。,2.三端集成稳压器的分类及特点,三端固定式集成稳压器使用方便，不需作任何调整，外围电路简单、工作安全可靠，适于制作通用型标

8、称值电压的稳压电源。其缺点是电压不能调整，不能直接获得非标称电压（如7. 5V, 13V等），输出电压的稳定度还不够高。,2.三端集成稳压器的分类及特点,三端可调式集成稳压器是20世纪80年代初发展起来的，它既保留了三端固定式稳压器结构简单的优点，又克服了其电压不可调整的缺点，并且在电压稳定度上比前者提高了一个数量级（电压调整率达到0.02），输出电压的调整范围一般为1.237V。这类产品被誉为第二代三端集成稳压器，最适合制作实验室电源及多种供电方式的直流电源。 三端可调式集成稳压器也分正、负压输出两种。它们还可作悬浮式集成稳压器使用，获得100200V的高压输出。需要指出，如果把调整元件换成

9、固定电阻，三端可调式就变成三端固定式，此时其性能指标仍远优于三端固定式集成稳压器。,2.三端集成稳压器的分类及特点,两类产品均属于串联调整式，即内部调整管与负载相串联，而且调整管工作在线性区域，故也称作线性集成稳压器。其共同优点是稳压性能好，输出纹波电压小，成本低。主要缺点是内部调整管的压降大、功耗大、稳压电源的效率较低，一般只有45左右。,3. 三端集成稳压器的外形及电路符号,W7800系列和W78M00系列固定正输出三端集成稳压器的外形有两种：一种是金属菱形式；另一种是塑料直插式，分别如图所示。W7900系列和W79M00系列固定负输出三端集成稳压器的外形与前者相同，但是引脚有所不同。,3

10、. 三端集成稳压器的外形及电路符号,W7800系列和W7900系列三端集成稳压器的引脚列于下表中。,W7800系列和W7900系列 三端集成稳压器的电路符号分别如图所示,（a）W7800系列 （b）W7900系列 图8.1.5 W7800系列和W7900系列三端集成稳压器的电路符号,4.三端集成稳压器应用举例,1)基本电路 图8.1.6三端集成稳压器最基本的应用电路 若输出电压比较高，应在输人端与输出端之间跨接一个保护二极管VD，如图8.1.6中的虚线所示。其作用是在输人端短路时，使Co通过二极管放电，以便保护集成稳压器内部的调整管。 输入直流电压Ui的值应至少比输出电压Uo高2V。,2)扩大

11、输出电流,三端集成稳压器的输出电流有一定限制，如1. 5A,0. 5A或0.1A等，如果希望在此基础上进一步扩大输出电流，则可以通过外接大功率三极管的方法实现，电路接法如图5.1.7所示。图5.1.7三端集成稳压器的电路接法,2)扩大输出电流,负载所需的大电流由大功率三极管VT提供，而三极管的基极由三端集成稳压器驱动。电路中接入一个二极管VD，用以补偿三极管的发射结电压UBE，使电路的输出电压Uo基本上等于三端集成稳压器的输出电压Uo。只要适当选择二极管的型号，并通过调节电阻R的阻值以改变流过二极管的电流，即可得到UD、UBE，同时，接入二极管VD也补偿了温度对三极管UBE的影响，使输出电压比

12、较稳定。 电容C2的作用是滤掉二极管VD两端的脉动电压，以减小输出电压的脉动成分。,3)输出电压可调,W7800系列和W7900系列均为固定输出的三端集成稳压器，如果希望得到可调的输出电压，可以选用可调输出的集成稳压器，也可以将固定输出集成稳压器接成如图5.1.8所示的电路。,4)正、负输出的稳压电源,正、负输出的稳压电源能同时输出两组数值相同、极性相反的恒定电压，如图8.1.9所示。,5.1.2 基准电压源,基准电压源是一种用来作为电压标准的高稳定度的电压源。目前，它已被广泛用于数字仪表、智能仪器和测试系统中，是一种颇有发展前景的新型特种电源集成电路。本节首先对国内外生产的各种基准电压源进行

13、分类，然后重点介绍两种基准电压源典型产品的应用技巧。,一、基准电压源的特点与产品分类,1.基准电压源的特点 基准电压源的特点可概括为4个字：稳、准、简、便。 “稳”，是指电压稳定度高，不受环境温度变化的影响。 “准”，是指能通过外部元件（如精密多圈电位器）作精细调整，获得高准确度的基准电压值VREF。 “简”，意为外围电路非常简单，仅用个别电阻元件。 “便”，则是指使用方便、灵活。,一、基准电压源的特点与产品分类,衡量基准电压源质量等级的关键性技术指标是电压温度系数T，它表示由于温度变化而引起输出电压的漂移量，故简称温漂。其单位是10-6/（通常用ppm/表示，lppm = 10-6）。相比之

14、下，集成稳压器或稳压二极管的温漂要大得多，电压温度系数的单位也变成10-2（即），是无法与基准电压源相比较的。此外，线性集成稳压器均采用串联调整式稳压电路，能输出较大的电流，而基准电压源则属于并联调整式稳压器，它仅适合于作电压源使用，不能进行功率输出。,2.基准电压源的产品分类,目前国内外生产的基准电压源多达上百种，电压温度系数一般为(0.3一100) 10-6/。根据不同产品 T值的大小，大致可划分成三类： 精密型基准电压源T=(0.35)10-6； 准精密型基准电压源，T=（1020) 10-6； 普通型基准电压源，T=（30100) 10-6。严格地讲，当T100 10-6时，已不是基准

15、电压源了。,2.基准电压源的产品分类,基准电压源全部采用集成工艺而制成。在已形成的系列化产品中，输出电压分为1. 2V, 2. 5V,5V,6. 95V(可近似视为7V)和l0V等5种。表8.1.3列出国内外生产的基准电压源分类情况。需要说明几点：第一，有的型号划分成几个档次，各档电压温度系数不同。例如，MC1403就分A,B,C三档，以C档的电压温度系数为最低，B档较高，A档最高； 第二，在同一系列产品中又有军品、民品之分。例如LM199一类军品）LM299二类军品）、LM339（民品）同属一个系列，它们的内部电路与外形完全相同，只是工作温度范围存在差异，分别为-55+125、-25+85和

16、0+70；第三，由表8.1.3可见，LM399的电压温度系数最低，典型值仅为0.310-6；其次是REF一05(0.7 X 10-6），然后是LM3999,MAX672,MAX673(均为2 10-6）；第四，表中所列出的T均为典型值，对同一产品而言，其最大值与典型值可相差几倍。另外，实际值与典型值还允许有一定的偏差。,表5.1.3 国内外基准电压源产品分类,表5.1.3续 国内外基准电压源产品分类,国内外基准电压源产品分类,国外产品的生产厂家：LM美国国家半导体公司（NSC）；AD美国模拟器件公司（AD）；ICL美国哈里斯公司(Harris）；MC美国摩托罗拉公司（Motorola）；PC日本；MAXes一美国马克希姆公司 (MAXIM)，TC美国泰康姆公司(Telcom)。 国产型号的生产厂家：SW上海无线电七厂；5G一上海元件五厂；CH上海无线电十四厂；CJ北京半导体器件五厂。 SOIC表示小型双列直插式封装，其相邻引脚的中心距仅为1. 27mm（1/20英寸）。 AD584属于可编程基准电压源，它采用TO- 99圆金属壳封装，共有8个引出端。其输出电压可通过编程从l0V,7.5V,5V,2.5V这四种电压值中任意设定一种（见表8.1.4），使用更加灵活。除典型输出电压之外，它还可以通过外部电阻在2.5l0V范围内获得所需基准电压值。,