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簡(jiǎn)易直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方案
2022-06-20

本文主要介紹直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)。音頻放大電路主要以單相橋式整流及三端集成穩(wěn)壓器為主。完成將輸入220v，50Hz的市電，輸出為穩(wěn)定的±5V的直流電，。通過軟件Proteus完成基本的電路原理圖并進(jìn)行防真和調(diào)試，使其滿足基本設(shè)計(jì)要求。在構(gòu)建好電路的每一個(gè)環(huán)節(jié)后要對(duì)±5V簡(jiǎn)易直流穩(wěn)壓電源進(jìn)行仿真分析 一﹑本次設(shè)計(jì)的主要目的 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人類進(jìn)入高速發(fā)達(dá)的商品社會(huì)，市場(chǎng)里各種電子商品琳瑯滿目，給生活帶來極大的方便。但是不少非常實(shí)用的電子制品成果，或者受到多方面因素的制約，或者時(shí)機(jī)尚未成熟，往往很難轉(zhuǎn)化為商品。然而，如果我們能夠親自動(dòng)手制作，不僅可以使自己的創(chuàng)意得以實(shí)現(xiàn)，還能豐富生活，體味樂趣，更重要的是通過制作，有利于我們掌握電子制作技術(shù)的技能，激發(fā)創(chuàng)造性。 直流穩(wěn)壓電源是電子系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，其作用是為電子系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電能。 設(shè)計(jì)要求： 設(shè)計(jì)出每個(gè)功能框圖的具體電路圖，并根據(jù)下列技術(shù)參數(shù)的要求，計(jì)算電路中所用元件的參數(shù)值，最后按工程實(shí)際確定元件參數(shù)的標(biāo)稱值。 容量：5W 輸入電壓：交流220V 輸出電壓：直流±5V 輸出電流：1A 二、穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)及對(duì)穩(wěn)壓電源的要求 穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)可以分為兩大類：一類是特性指標(biāo)，如輸出電壓、輸出電濾及電壓調(diào)節(jié)范圍；另一類是質(zhì)量指標(biāo)，反映一個(gè)穩(wěn)壓電源的優(yōu)劣，包括穩(wěn)定度、等效內(nèi)阻（輸出電阻）、紋波電壓及溫度系數(shù)等。對(duì)穩(wěn)壓電源的性能，主要有以下四個(gè)萬(wàn)面的要求： 1．穩(wěn)定性好 當(dāng)輸入電壓Usr（整流、濾波的輸出電壓）在規(guī)定范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，輸出電壓Usc的變化應(yīng)該很小一般要求 。 由于輸入電壓變化而引起輸出電壓變化的程度，稱為穩(wěn)定度指標(biāo)，常用穩(wěn)壓系數(shù)S 來表示： S的大小，反映一個(gè)穩(wěn)壓電源克服輸入電壓變化的能力。在同樣的輸入電壓變化條件下，S越小，輸出電壓的變化越小，電源的穩(wěn)定度越高。通常S約為。 2.輸出電阻小 負(fù)載變化時(shí)（從空載到滿載），輸出電壓Usc，應(yīng)基本保持不變。穩(wěn)壓電源這方面的性能可用輸出電阻表征。 輸出電阻（又叫等效內(nèi)阻）用rn 表示，它等于輸出電壓變化量和負(fù)載電流變化量之比。 rn 反映負(fù)載變動(dòng)時(shí)，輸出電壓維持恒定的能力，rn 越小，則Ifz 變化時(shí)輸出電壓的變化也越小。性能優(yōu)良的穩(wěn)壓電源，輸出電阻可小到1歐，甚至0．01歐。 3.電壓溫度系數(shù)小 當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，會(huì)引起輸出電壓的漂移。良好的穩(wěn)壓電源，應(yīng)在環(huán)境溫度變化時(shí)，有效地抑制輸出電壓的漂移，保持輸出電壓穩(wěn)定，輸出電壓的漂移用溫度系數(shù)KT來表示： 4.輸出電壓紋波小 所謂紋波電壓，是指輸出電壓中50赫或100赫的交流分量，通常用有效值或峰值表示。經(jīng)過穩(wěn)壓作用，可以使整流濾波后的紋波電壓大大降低，降低的倍數(shù)反比于穩(wěn)壓系數(shù)S 。 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，用做一種簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓電源，可以滿足一般無線電愛好者的需要。但是，這種電源還有許多“天生的”缺陷，要提高對(duì)性能的要求，就必須再做一些改進(jìn)。從以下四個(gè)右面對(duì)它的性能加以改善，便可做成一臺(tái)有實(shí)用價(jià)值的穩(wěn)壓電源了。這就是：增加放大環(huán)節(jié)，提高穩(wěn)定性，使輸出電壓可調(diào)；用復(fù)合管做調(diào)整管，使輸出電流增大；增加保護(hù)電路，使電源工作安全可靠。 三﹑ 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 穩(wěn)定直流源設(shè)計(jì)的一般思路是讓輸入電壓先通過電壓變壓器，再通過整流網(wǎng)絡(luò)，然后經(jīng)過濾波網(wǎng)絡(luò)最后經(jīng)過穩(wěn)壓網(wǎng)絡(luò)。方案1.我們可以采用以橋式整理電路實(shí)現(xiàn)整流的目的，以大電容作為濾波電路，然后接負(fù)載。但是這樣做有以下不足之處，如負(fù)載的影響很大，電壓不可調(diào)以及沒有保護(hù)電路等一下列問題。我們采用某些芯片，可以解決以上的問題。方案2.以全波整流電路作為整流網(wǎng)絡(luò)，以極性電容作為濾波網(wǎng)絡(luò)，采用固定式三端集成穩(wěn)壓電路7805和7905設(shè)計(jì)制作連續(xù)可調(diào)的雙極型直流穩(wěn)壓電源。如下圖所示，220V（幅值311V）50Hz市電經(jīng)變壓器220:25輸出兩組獨(dú)立的25V交流，經(jīng)橋堆整流、大電容濾波后分別經(jīng)過集成穩(wěn)壓塊LM7805C與LM7905C作用得到±5V的直流輸出。 穩(wěn)壓電源一般由變壓器、整流器和穩(wěn)壓器三大部分組成 電源變壓器：將電網(wǎng)提供的220V交流電壓轉(zhuǎn)換為各種電路設(shè)備所需的交流電壓。 整流電路：利用單向?qū)щ娖骷⒔涣麟娹D(zhuǎn)換成脈動(dòng)直流電路。 濾波電路：利用儲(chǔ)能元件（電感或電容）把脈動(dòng)直流電轉(zhuǎn)換成比較平坦的直流電。 穩(wěn)壓電路：利用電路的調(diào)整作用使輸出電壓穩(wěn)定的過程稱為穩(wěn)壓。 輸入電容C1、C2用于抑制紋波電壓，輸出電容C3、C4用于消振，緩沖沖擊性負(fù)載，保證電路工作穩(wěn)定。同時(shí)由于輸出電容C3、C4的存在，容易發(fā)生電容放電而損壞穩(wěn)壓器，RV1和RV2是滑動(dòng)變阻器，可以調(diào)節(jié)輸出的電壓。R1和R2是限流電阻，防止線路電流太大。 瞬態(tài)分析： 1．穩(wěn)壓三極管選擇： 主要特點(diǎn)： LM7805集成穩(wěn)壓三極管輸出電流可達(dá)1A，輸出電壓5V，過熱保護(hù)，過流保護(hù)，輸出晶體管SOL保護(hù)。 VI——輸入電壓（VO=5~18V）??????????? 35V RθJC——熱阻（結(jié)到殼）???????????? 5℃/W RθJA——熱阻（結(jié)到空氣）?????????? 65℃/W TOPR——工作結(jié)溫范圍??????????? 0~125℃ TSTG——貯存溫度范圍?????????? -65~150℃ 表1 LM7805的主要參數(shù)表 LM7905集成穩(wěn)壓三極管輸出電壓-5V. 表2 LM7905的主要參數(shù)表 2．整流橋堆： 整流橋堆產(chǎn)品是由四只整流硅芯片作橋式連接，外用絕緣朔料封裝而成，大功率整流橋在絕緣層外添加鋅金屬殼包封，增強(qiáng)散熱。整流橋品種多：有扁形、圓形、方形、板凳形（分直插與貼片）等，有GPP與O/J結(jié)構(gòu)之分。最大整流電流從0.5A到100A，最高反向峰值電壓從50V到1600V。 半橋是將兩個(gè)二極管橋式整流的一半封在一起，用兩個(gè)半橋可組成一個(gè)橋式整流電路，一個(gè)半橋也可以組成變壓器帶中心抽頭的全波整流電路， 選擇整流橋要考慮整流電路和工作電壓。優(yōu)質(zhì)的廠家有廣州國(guó)信電子科技有限公司（文斯特電子）的G系列整流橋堆，進(jìn)口品牌有ST、IR，臺(tái)系的SEP、GD等。整流橋堆一般用在全波整流電路中，它又分為全橋與半橋。 全橋是由4只整流二極管按橋式全波整流電路的形式連接并封裝為一體構(gòu)成的，圖是其外形。 全橋的正向電流有0.5A、1A、1.5A、2A、2.5A、3A、5A、10A、20A、35A、50A等多種規(guī)格，耐壓值（最高反向電壓）有25V、50V、100V、200V、300V、400V、500V、600V、800V、1000V等多種規(guī)格。 3. 變壓器的選擇： 變壓器容量計(jì)算公式變壓器的功率是決定于負(fù)載的，既： P2=U2II2I+U2III2II+.。..。.+U2nI2In（VA），P1=P2/η（VA） 式中： P2變壓器次級(jí)功率計(jì)算值 P1變壓器的初級(jí)功率計(jì)算值 U2I和U2II.。..。.變壓器次級(jí)各繞組電壓（V），其值由負(fù)載決定。 I2I和I2II.。..。.變壓器次級(jí)各繞組電流（A），其值由負(fù)載決定。 η為效率 變壓器容量1KVA以下的變壓器容量小，效率較低，變壓器容量在100VA以下的，η選小值;變壓器容量在100VA到1000VA者選大值。硅鋼片質(zhì)量差的η可選0.7 I1=P1/U1（1.1到1.2）（A） 式中：U1為初級(jí)電壓（V） 1.1到1.2為考慮到空載激磁電流的經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 變壓器容量計(jì)算出來后就計(jì)算硅鋼片鐵芯的截面積S等參數(shù) 。 4.電容的選擇： 經(jīng)過整流橋以后的是脈動(dòng)直流，波動(dòng)范圍很大。后面一般用大小兩個(gè)電容大電容用來穩(wěn)定輸出，眾所周知電容兩端電壓不能突變，因此可以使輸出平滑小電容是用來濾除高頻干擾的，使輸出電壓純凈電容越小，諧振頻率越高，可濾除的干擾頻率越高大體的原則： （1）大電容，負(fù)載越重，吸收電流的能力越強(qiáng)，這個(gè)大電容的容量就要越大； （2）小電容，憑經(jīng)驗(yàn)，一般104即可。 表3 電容參數(shù) I02A左右1A左右0．5~1A0．1~0.5A50~100MA《50MA 電容容量400020001000500200~500200 要確定電容的耐壓值，耐壓值選小了，會(huì)因過壓而擊穿，選大了會(huì)增加體積和成本，可按下式確定電容C的耐壓值Uc：

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