仪器电源方案.doc

仪器电源方案性能指标：提供双极性电压源，正负15V，正负12V，正负5V 误差0.3V;输入电压：220V，50Hz市电，电压变化范围是15%-20%输出电压可调范围：036V最大电流：1A；电源纹波：5mV过流保护作用。设计思路：小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图1所示。 + 电 源 + 整 流 + 滤 波 + 稳 压 + u1 u2 u3 uI U0 _ 变压器 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _（a）稳压电源的组成框图 u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t （b）整流与稳压过程硬件设计及元件选择：1电源变压器 电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。电源变压器的效率为：其中：是变压器副边的功率，是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表1所示：表1 小型变压器的效率 副边功率 效率0.60.70.80.85因此，当算出了副边功率后，就可以根据上表算出原边功率。变压器选择：环形变压器的铁心是用优质硅钢片（片厚一般为0.35mm以下），无缝地卷制而成， 这就使得它的铁心性能优于传统的叠片式铁心。环形变压器的线圈均匀地绕在铁心上 ，线圈产生的磁力线方向与铁心磁路几乎完全重合，与叠片式相比激磁能量和铁心损 耗将减小20以上，由此带来了下述一系列的优点。 1）电效率高铁心无气隙，叠装 系数可高达95以上，铁心磁导率可取1.51.8T（叠片式铁心只能取1.21.4T）， 电效率高达95以上，空载电流只有叠片式的10。2)外形尺寸小，重量轻环形变压 器比叠片式变压器重量可以减轻一半，只要保持铁心截面积相等，环形变压器容易改 变铁心的长、宽、高比例，可以设计出符合要求的外形尺寸。3)磁干扰较小环形变压 器铁心没有气隙，绕组均匀地绕在环形的铁心上，这种结构导致了漏磁小，电磁辐射 也小。4) ，绕组均匀地绕在环形的铁心上另一个作用是坚固铁芯，以减小电磁振动 ，降低音频噪声，还可以作为绕组间的静电屏蔽。 经过比较分析，仪器电源选用带多路输出的环形变压器，所选用的环形变压器带有交流18V，12V，6V输出端，为实现多路输出提供了优越的条件。2整流和滤波电路在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压u2变换成脉动的直流电压u3。滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压u3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压UI。UI与交流电压u2的有效值U2的关系为： 在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为： 流过每只二极管的平均电流为： 其中：R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C提供放电通路，放电时间常数RC应满足：其中：T = 20ms是50Hz交流电压的周期。经过分析，整流电路采用全波整流电路结构，整流器选用导通电压降低的肖特基二极管1N5404，导通压降可以小于0.5V，提高电源效率，在电容式输入电路中，整流二极管的额定电流应为输出电流的310倍，1N5404的最大电流是3A，足以满足要求，1N5404也有足够大的反向击穿电压，保证整流电路在极端条件下不被烧坏。滤波电路选用电容滤波。为了尽量减小输出电压的纹波，结合实际成本，考虑用22004700uF电解电容加上0.1uF的瓷片电容作为滤波电容。 3稳压电路由于输入电压u1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压UI会随着变化。因此，为了维持输出电压UI稳定不变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。集成稳压器的类型很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。（1）固定电压输出稳压器常见的有CW78（LM78）系列三端固定式正电压输出集成稳压器；CW79（LM79）系列三端固定式负电压输出集成稳压器。三端是指稳压电路只有输入、输出和接地三个接地端子。型号中最后两位数字表示输出电压的稳定值，有5V、6V、9V、12V、15V、18V和24V。稳压器使用时，要求输入电压UI与输出电压Uo的电压差UI - Uo 2V。稳压器的静态电流Io = 8mA。当输出电压Uo = 5 18V时，输入电压UI的最大值UImax= 35V；当输出电压Uo=18 24V时，UI的最大值UImax = 40V。 （2）可调式三端集成稳压器可调式三端集成稳压器是指输出电压可以连续调节的稳压器，有输出正电压的CW317系列（LM317）三端稳压器；有输出负电压的CW337系列（LM337）三端稳压器。在可调式三端集成稳压器中，稳压器的三个端是指输入端、输出端和调节端。稳压器输出电压的可调范围为Uo=1.2 37V，最