可变电源设计：可调稳压电源幻灯片.ppt

可调稳压电源的设计,1.任务： 设计一个输入为交流电源220V，输出电压为1.2530V，输出电流为1A的可调稳压电源。 2.设计指标（参数）： 1). 输入电压220V； 2). 输出电压：Uo=1.2530V； 3). 输出电流：Io=1A； 4). 输出纹波：Uo10mV。,题目分析和设计步骤： 1.根据给出的输出电压和输出电流的要求，在电路设计中一般输出电流值应取大于负载的需要。 即一般取负载电流: Io=(110%150%)IL。 2.确定输入电压值：我国交流电源标准为220V。选择变压器根据稳压输出电压最大值确定变压器的付边电压值和变压器结构形式(是否需多路输出). 3.整流和调节电路的选择：整流电路可以用分立元件，也可以选择集成整流桥（桥堆）。调节电路是选择用分立元件，还是选择集成芯片；确定后就可以确定输入输出电路的结构。 4.各电路参数计算： 根据给出的设计指标（参数），对各部分电路参数进行计算。 5.调试与检测： 包括电路性能与负载的实验。以检验设计是否合适，如果不合适，还需对电路进行修改，直到合适为止。,设计过程：,稳压电源的电路原理框图及其工作原理 工作原理：,一.设计 1.电源变压器、整流电流的选择及计算 变压器是将工频电源（50Hz，220V）变成低压交流电压，以便用于整流、稳压。 变压器的电路符号： (1).变压器的输入与输出 变压器输出由直流负载需要确定。确定输出 后输入就容易确定了。,ui,u2,1).根据输出电压，确定其实需负载电流IL ： Uo=1.2530V；Io=1A； 假设取输出电流为负载电流的110%， 即裕量为10%，得Io=1.1IL IL=0.9 Io=0.9 A.（实带负载能力） 2).稳压输入端(整流输出、滤波后)： Ui= Uo+UR；（UR为稳压器自身的压降 因稳压器自身需要0.1 Io） Ii=1.1Io,3). 变压器的输出电压(付边电压)的有效值U2： 根据全波整流原理，整流输出电压的平均值为： 式中 ， Um为电源输出的峰值。 整流输出、滤波后 如果是空载,则整流输出Ui可达到:,当带负载后,其输出大于整流输出电压的平均值Ua,而小于Um. 即:0.9U2Ui 工程上常取:Ui=1.11.2U2 则:,4).变压器输出电流有效值I2: I2=1.1Ii=1.11.1Io=1.21Io 根据输出电压：Uo=1.2530V； 输出电流：Io=1A； 则 I2=1.1Ii=1.11.1Io=1.21A,(2) 变压器的功率计算： P2=U2I2=361.21=43.56(W) 通常变压器只要提供输出电压、电流值就可以选择相应的变压器。 (3) 变压器结构 因只需一组电源， 变压器的输出为单输出形式。 根据以上参数的计算，选择的变压器为： 输出为单输出形式； 变压器输入工频电源（50Hz，220V）； 变压器输出电压40V； 变压器输出电流1.5A。 确定选用220V/40V，45W变压器一个。,2. 整流电路与滤波器的设计。 (1)整流电路的设计 整流、滤波参数的计算， 根据负载的要求，整流电路的二极管的工作电流必须大于稳压管的工作电流。 因此整流电流Iz=I2=1.21A， 整流电路采用桥式整流电路。 因稳压管的工作电流为：1.1A， 若选用二极管进行整流，则可选择IN4001或IN4004、 IN4007都可满足要求。,若选用整流桥，整流管所承受的反向电压 ，U2为变压器输出的有效值。 整流桥选用2A、40V的桥堆就满足要求。,整流后再加滤波器，以减少纹波的脉动。 根据负载电流的大小，确定选用R、C型还是LC滤波器。 常用的电源滤波电路是无源滤波器。 （2）滤波器的设计 1）采用L、C的计算 电感滤波的原理：是由它产生的反电势来阻止电流的变化，从而使交流难以通过电感而只有直流到达负载。 它适应于负载电流较大的情况下采用。,正弦交流信号经全波整流后，在电阻负载时，其展开傅氏展开式： 式中 -整流输出基波幅值； -整流后输出平均值，即直流分量U2； -整流后二次谐波分量幅值；,2).4次谐波后的分量的值已很小，可以忽略不计 则整流输出的脉动系数： 整流后的谐波是为了消除交流成分，使输出直流电压更稳定。,电路如图：,图中Ri为稳压调节器的等效电阻。 Uia=40V Iia=1.1Io=1.1A 整流输出后接并联电容C1和串联电感L1. 电容C1作为高频滤波,按经验值取0.1F.在电源滤波参数计算时,可以忽略不计.电源滤波主要由L1和C2起作用.,按设计指标要求输出纹波Uom=10mV。在电路中一般输出的纹波已将输入端的纹波降低了10倍。因此，Uia=10Uom=100mV。 根据上图电路，并假定整流电路和电感的内阻为零，可得： 式中: -整流后交流分量(二次谐波分量),得到: 若按幅值计算:cos2t=1. 则 由于电感滤波不损失直流，即: Uz=Uia=,求得:Um=(3.1440)/2=62.8V代入,如取:C2=470f/63V,则 如取:C2=1000f/63V,则 如取:C2=2200f/63V时，则,2）电容滤波的原理：由于输出电压的变化对C的充放电需要一定时间，如果该时间比电压的变化周期大得多，则电容的输出就平滑了电压的波动。它适应于负载电流较小的情况下采用。 为了得到平滑负载电压，一般取 T为交流电压周期。 根据已知条件就可求出滤波电容值。 RLC越大滤波越平滑。,电容滤波电路图。,3稳压电路的设计 根据设计输出的要求，输出电压为可调节型，需选择可调式三端集成稳压电路。根据设计指标要求，输出只有正输出，范围为1.2530V。可选用LM317可调三端集成稳压电路。 LM317可调三端集成稳压电路参数与电路图 1）电路符号：,2）LM317是美国国家半导体公司的三端可调稳压集成电路，是一种使用极为广泛的一类串联继承稳压器。 3）LM317的输出范围：1.2537V，负载最大电流1.5A。 4）它的使用非常的简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。,5）其典型电路： 右图中：R1、R2组成采样电阻。 R2的取值有两种： 当R2=240时，R1选择6.8K可变电阻； 当R2=120时，R1选择3.4k可变电阻； 这两种参数的取法都可以得到输出具有1.2537V的调节范围。,LM317的输出端和调节端之间具有很强的维持电压VR=1.25V不变的能力，在两端之间介入一个固定电阻R2，于是R2中流过一个恒流电流IR2，该电路将经过电阻R1流回电源,于是 R1上的压降为 ,则加在整个负载上的电压为: 输出表达式：,图中: C3用以滤除R1上的纹波. 鉴于Ui或Uo短路时，C3会经过LM317内部放电而损坏芯片，电路中增加了D2二极管为C3提供泄放回路。 C3取经验值100f/63V。 C4采用钽电容能防止输出端产生自激振荡,如选用电解电容则每1f钽电容增加22f的容值. C4取经验值470f/63V。 D1、D2为保护二极管，防止输入端发生短路时容性负载上积存的电荷向稳压器放电。 D1输入端发生短路时保护二极管、D2输出端发生短路时保护二极管。选用1N4001型整流二极管，其最高反向电压URM=100V，额定整流电流1A。,选用电阻R1、R2时，宜选用误差为1%或5%的精密金属膜电阻，以保证输出电压有较高的准确度和稳定性。 4.设计电源的注意事项: 1)正负电源和它们的变压器不能同时有共用端； 2)计算出的参数必须以实验确定最终结果； 3)负载的过流与短路问题