直流稳压电源的设计与调试.ppt

1、1,线性直流稳压电源的设计与调试,应用目标： 模拟（光电信号放大）电路供电电源 CCD摄像机供电电源 技术指标： 输入电压：AC220V 输出电压：DC12V 输出电流：250mA,电路供电系统设计,2,主要内容,1 直流稳压电源分类简介 2 技术方案获取思路 3 自顶向下设计线性稳压电源 工作原理，方案设计与参数计算 4 自底向上设计 5 实验内容与测试步骤,3,1 直流稳压电源分类简介,线性直流稳压电源：集成线性稳压电源价格便宜，纹波小，使用简单，适用于模拟放大电路。 缺点:重量、体积大效率较低，尤其大电流和低电压输出的情况，目前通常仅适用1安培以下电流的需要。 开关直流稳压电源：又可分为

2、AC/DC和DC/DC两类，价格便宜，市售广泛，效率高，体积小，重量轻，适用于数字电路，安培级或以上的应用。 缺点:纹波较大，电路结构相对复杂。 直流电源的主要指标：输出电压、输出电流、脉动系数、效率、噪声特性等。,典型直流稳压电源,开关电源,大功率线性电源,大功率开关电源,线性电源,电源频域、噪声特性,5,开关电源,线性电源,6,2 技术方案获取思路,1、从设计任务开始分析自顶向下设计 设计过程从输入输出参数开始，通过查找相关参考电路，通过设计、计算获得各元器件的组成和具体参数值。 可能获得多种技术方案，需选择其中相对最优的一种。 2、从关键器件开始分析自底向上设计 通过已知的关键器件及其典

3、型外部电路获得基本电路，通过结合输入输出的参数补充完成完整电路。 设计相对简单，方案也相对唯一，但过分依赖参考设计。,7,3 自顶向下设计,3.1 线性直流稳压电源组成 经文献检索：AC220V-DC12V的线性稳压电源基本结构组成框图：,8,3.2 电路原理与设计,设计项目： 1. 整流元件的参数选择； 2. 滤波电容的参数选择； 3. 三端稳压块的参数选择； 4. 电源变压器加工参数； 重点项目： 确定变压器次级绕组输出电压 有效值（直接决定了电源的耗 散功率、温度状况和体积 大小）,典型电路原理图,3.3 整流元件,10,1）整流原理,半波整流原理及参数计算依据 桥式整流原理及参数计算依

4、据 二极管整流参数计算 二极管平均整流电流ID（AV） 二极管最大反向电压URM,11,2）半波整流原理与参数设计,平均输出电压 U0（AV） 整流管平均整流电流 ID(AV) 整流管最大反向峰值电压URM,12,3）桥式整流原理与参数设计,平均输出电压 U0（AV） 整流管平均整流电流 ID(AV) 整流管最大反向峰值电压URM,13,3.4 滤波原理,途径:安装滤波电容 问题: 半波整流 经过滤波以后二极管的参数选择有什么不同？ 桥式整流 经过滤波以后输出电压的平均值U0（AV）=？ 滤波电容C参数应如何选择？,14,1）半波整流滤波原理,电容充电使二极管在整个半周内并不完全导通，它只在t

5、3t4内导通； 最大整流电流（IF）：若电源在交流电的正半周任何时刻接通，由于电容两端的电压不能发生突变，将有很大的冲击电流流过，IF一般比额定电流大2至3倍，即： 负载开路时，电容两端的电压将保持在交流电的峰值电压，二极管的反向峰值电压URM比原来的高出一倍，即： 上述两式同样适合与桥式整流。,15,2）桥式整流滤波原理,输出直流电压平均值近似计算： 平均电压U0（AV）： 滤波电容C：,经验上：,16,3.5 三端稳压块原理,抑制负载电阻变化和电网波动使输出电压稳压原理: 若调整管处于放大区时，电网电压的波动完全被调整管所吸收。 三端稳压集成块输出稳定电压的必要条件: 输入端与输出端的电压

6、差必须大于调整管的饱和压降，即变压器的输出功率必须有一部分被消耗在调整管上。,Uo V- V0 Ue Uo Uo U- V0 Ue Uo,17,2）调整管输出特性,在饱和压降范围以内调整管工作在线性区，无法稳定输出; 一般器件饱和压降Vces至少2.5V； 低压降型饱和压降可小于0.3V。,在实验中将测试调整管分别工作在放大区和饱和区时的输出电压特征。,18,3）集成线性稳压器,三端稳压器种类： 正输出固定电压：78XX 负输出固定电压：79XX XX：05、06、08、09、10、12、15、18、24 按电流大小表示： 78H12 对应电流为5A 7812 对应电流为1A 78M12 对应

7、电流为0.5A 78L12 对应电流为0.1A,19,4）三端稳压器的引脚,78XX的管脚： 1 输入，2地，3输出 79XX的管脚： 1 地，2输入，3输出 不同封装管脚不一，详见数据手册,根据使用功率的不同选择不同的散热器，以螺丝固定与散热器，安装于板上,20,3.6 参数计算,确定三端稳压集成块的输入直流电压UI； 确定变压器次级绕组电压有效值U2； 计算滤波电容C； 计算整流二极管参数 IF和URM确定二极管； 最终可确定各器件的型号和技术要求,21,1） 三端稳压块的输入直流电压UI,U和UI可查数据手册确定，也可由实验测定。,来自78系列数据手册,22,2） 变压器次级绕组输出电压

8、U2,UI既是整流输出的平均电压，也是三端稳压集成块的输入电压： 变压器参数： 变比，副方电流： 功率：在考虑一定的电压和功率冗余后通常按照副方电压和功率采购：典型的如15V/5W。,23,3）计算滤波电容C,放电时间常数大一些更为理想，但过大价格高 其中RL为三端稳压集成块的输入等效电阻 负载大小决定了放电时间，最小电阻时 电容的耐压范围： 考虑到市电的波动也能可靠使用，电容耐压值不小于25V（25，40，50V均可）。,24,4）整流二极管参数计算,最大整流电流IF: 最大反向峰值电压URM: 确定二极管型号为1N4001（1A/50V）。,4 自底向上设计方法,自底向上思路 由关键器件确

9、定其外围电路； 根据+Vi的要求设计前级电路； 选择变压、整流、滤波电路，设计过程同前。,线性稳压电源在光电仪器中的应用,5 实验内容与测试步骤,实验目的： 1、电路元器件参数对输出电压的影响 测试半波整流/全波整流条件下，不同电容值，不同负载条件下的三端稳压块的输入和输出波形和有效值。 *不同电容值和不同的负载决定不同的放电时间。 2、确定U2、 U的最佳有效值 通过改变市电电压U1等效改变U2，观察三端稳压器的稳压情况，并测试三端稳压器的U *改变输入等同于改变U1和U2的变比。,28,5.1 实验调试电路,29,5.2 实验步骤,电源变压器的输入插头直接与电网电压220V连接，按表格中J

10、1、J2、J3的不同设置，观察UA和UB的波形并测量它们的电压，试比较它们的特点。 电源变压器的输入插头与自耦变压器（调压器）连接，由220V开始减小调压器的输出电压，即减小电源变压器的输出电压的有效值U2，同时观察A点和B点的电压波形变化，记录典型波形，并记录输出电压可恒定（12V）时最小压差 。 要求:合理使用万用表和示波器。,30,5.2 实验1 电路结构参数对输出电压的影响,31,5.3 实验2 确定U2、 的最佳有效值,桥式下改变调压器的输出电压，可获得不同的电压波形： 红线为三端稳压集成块的输入电压（UA） 蓝线为三端稳压集成块的输出电压（UB） 调整管功耗较大 调整管功耗处于 调整管部分进入 调整管完全进入 最小状态 饱和状态 饱和状态,大于2.4V,略大于2.4V,略小于2.4V,小于2.4V,32,思考题,1、在半波与全波整流时，A点波形有何区别？为什么半波整流比全波整流效率高？ 2、稳压电压在满载情况下（50），使用自耦变压器改变交流输入电压，确定电源变压器次级绕组交流有效值为何值时效率最高，且工作正常。在实用系统中是否可以采用输出电压稳定时所对应的最小有效值U2？ 3、设计一个DC-5V/1A的线性电源，其与DC12V的差异在于？给出框图和主要设计参数及计算依据？,33,下周实验内容,2.1