控制器电源电路部分研究.doc

1、电源部分基本结构 控制器电源部分采用串联线性稳压电路，并且采用两级扩流，其中一级如下图所示： 图1 串联稳压电路模型2、稳压原理分析由于某种原因例如输入电压Ui增大或负载电阻RL增大导致输出电压增大，则会有如下现象：UO Ube （Ube=Ub-Ue，Ub=Uz不变，Ue增大，所以Ube减小）Ib Uce Uo 如果输入电压Ui减小或负载电阻RL减小则UO减小，后面的分析与上过程相反，此处不再赘述。上图中的三极管Q1我们称之为调整管。调整管基极最大电流为（Izm-Iz）其中Izm为稳压管最大工作电流，Iz为稳压管稳压时最小电流。由于晶体管具有电流放大作用，图中所示的最大负载电流为：Imax=（1+）（Izm-Iz）-晶体管放大倍数这也就大大提高了负载工作电流的调节范围。 输出电压为：Uo=Uz-Ube从上述稳压过程可知，要想使调整管起到调整作用，必须使之工作在放大状态，因此其管压降应大于饱和管压降Uces。3、控制器电源设计要点 基于上述的稳压原理及我们发现有两点至关重要：稳压管必须始终可靠的工作在稳压状态；调整管必须工作在放大状态，不能饱和；选用的稳压管为1N4740和1N4734为10V和5.6V稳压，而它们的工作参数如下图所示：3.1稳压管工作计算我们通常只关心三个参数：稳压电压值UZ、最小稳定电流IZ、最大稳定电流IZM，以1N4740为例，该元件为10V稳压管，其典型值：Vz=10V，IZT=25mA，Izm=91mA我们知道稳压管正常工作必须接限流电阻，在图1中电阻R1为稳压管的限流电阻：稳压管的工作电流范围为IztIzm所以限流电阻 R1(min)=(11.4V-10V)/91mA=15；R1(max)=(11.4V-10V)/25mA=56；可知R1的取值范围为：1556，至于取多少合适还需进一步部计算； 前面分析可知第一级扩流电路能带负载的电流最大值为：.Imax=（1+）（Izm-Iz）Imax=（1+）（91-25）=（1+）66(mA)此处如果我们希望Imax300mA，则放大倍数=4，是完全可以的；由于我们用的是贴片封装的，其最大功耗为0.3W，那么如果最大电流为300mA的话，其Ucemax=1V，高于1V的话就会烧毁器件。那么回过头看我们的实际电路如下图所示： 假设蓄电池已经充满电了，则蓄电池电压有可能为14V，则经过肖特基二极管消耗0.4V压降则还有14V-0.4V=13.6V，经10V稳压管稳压后，UQ4(e)=10V-0.6V=9.4V,则 Uce(max)=13.6V-9.4V=4.2V,假设Ie=300mA，则三极管Q4的功率损耗为：P=IcUce=300mA4.2V=1.26W0.3W，所以三极管肯定会冒黑烟啊！那么安全考虑即P0.3W，我们取最大值0.3W，则在Uce(max)=4.2V时Ic（max）=0.3W/4.2V=71mA，即在三极管的Uce最大时能提供给负载的电流为71mA。那么此时基极的电流Ib=71mA/40倍=1.8mA而通过限流电阻的电流为IR=1.8mA+25mA=26.6mA在Multisim软件中仿真，其中三极管Q1用2N2221，其放大倍数为20120，集电极最大电流为500mA，最大耗散功率为800mW，稳压二极管用1N4740其参数前面已经介绍，负载我们用200欧姆的可调电阻代替，图中我们的电阻调节至70%，测量的各个点的数据可见下图中：稳压管的限流电阻为47，蓄电池电压为13V，理论计算的稳压管电流Iz=（13V-10V）/47=63.8mA，仿真软件中的值为：62.3mA，其中三极管基极分流0.95mA，62.3mA+0.95mA=63.2mA63.8mA，负载电流理论计算为：0.95mA=0.95（20120）=19mA114mA，仿真软件中的电流值为66.3mA，反算的=66.3mA/0.95mA=69.78，该值是在20120之间的，关于这个放大倍数是很难确定的，它跟很多因素有关，包括管压降还有三极管的温度等都有关系，我们也没必要深究。 由于我们给稳压管的工作电流为62.3mAIzt=25mA，所以稳压管输出10V毋庸置疑，软件仿真结果也是如此。此时我们计算三极管的功率损耗：Pd=UceIc=3.72V66.3mA=246.6mWPdmax=800mW，三极管能稳定工作，但是我们使用的是贴片三极管，因此其最大功耗为0.3W即300mW，此时246.6也是小于该值，也是可行的。 上面负载电压理论计算：Uz-Ube=10V-0.7V=9.3V，软件仿真结果为9.28V完全可以接受。 此时我们控制器电源的第一级设计方案已基本清晰:选用的8050三极管（贴片）其最大IC=500mA，最大耗散功率Pd=300mW，在最大管压降的情况下安全设计的负载电流最大为71mA，限流电阻R23（对照原理图）=47。依照此原理我们再分析一下控制器电源部分的二级电路，即9.4V-5V部分。还是先看一下仿真软件吧！限流电阻还是取47，R24(图中R1)上的电流为80.5mA,，而1N4734的稳定最小的电流为45mA，所以该限流电阻完全满足要求，当前级可以提供78mA电流且后级的负载够大时，如上图所示：Q1的管压降为4.41V，Ic=69.5mA，Q1的耗散功率为4.41*69.5mW=306mW略大于300mW，调整一下负载完全可以很安全的工作。至此我们电源部分的最终方案：采用贴片三极管（8050）额定耗散功率为300mW，两级扩流的方式，前级的10V稳压管与后级的5.6V稳压管的限流电阻均为47，后级能为负载提供的最大电流为71mA。如果要改善电源的带负载能力可以用下面的方案：1、 选用大点封装的贴片三极管，这样三极管的功耗可以大点；2、 三极管用插件的，可以输出比较大的