恒流恒壓穩(wěn)壓電源的設計與制作.doc

恒流恒壓穩(wěn)壓電源的設計與制作摘要： 。本人設計的此直流恒流恒壓電源是將交流電壓轉(zhuǎn)化為輸出電壓電流穩(wěn)定的直流電源，電路的特點是：當負載電阻小于25歐姆時，輸出為恒流，也即恒流源，有0.3A和0.6A兩個檔位。當負載電阻大于25歐姆時，輸出為恒壓，也即電源為恒壓源，有9V.12V和15V三個檔位。關鍵詞： 直流電源 恒壓源 恒流源 工作原理0 引言隨著電子技術的發(fā)展，特別是電子計算機技術應用到各工業(yè)、科研領域后，各種電子設備都要求穩(wěn)定的直流恒流恒壓電源供電，電網(wǎng)直接供電已不能滿足需要，直流恒流恒壓電源的出現(xiàn)解決了這一問題。目前直流恒流恒壓電源的發(fā)展更快，它的種類繁多，功能不同應用非常廣泛。我們?nèi)粘Ｉ钪械脑S多電器設備中都含有直流電源。直流恒流恒壓電源易于設計、配置、穩(wěn)定、調(diào)節(jié)，隨著電器的不斷發(fā)展，它的應用會更多。種類及功能都會進一步發(fā)展，以滿足人們的需要。通過直流穩(wěn)壓電源設計,把所學的知識用于實踐，了解一些電子產(chǎn)品的設計原理,可以達到觸類旁通的功效。1 其它電源的發(fā)展近些年來，隨著電子技術的迅猛發(fā)展，開關穩(wěn)壓電源已作為一種較理想的電源為人們所使用。然而當前的開關穩(wěn)壓電源，雖然體積小，效率高，但輸出電壓的紋波較大 ，難以保證輸出電壓的高穩(wěn)定性。非隔離DCDC技術發(fā)展也非常迅速?，F(xiàn)在的非隔離的DC/DC基本上分成兩大類。一是在內(nèi)部含有功率開關元件，稱DC/DC轉(zhuǎn)換器；二是不含功率開關需要外接功率MOSFET，稱DC/DC控制器 按照電路功能劃分有降壓的BUCK、升壓BOOST，還有升降壓的BUCKBOOST等 以及正壓轉(zhuǎn)負壓的INVERTOR等。其中品種最多芨展最快的是BUCK型。控制方式以PWM為主。11 初級PWM控制IC不斷優(yōu)化有源筘位技術自從2002年VICOR公司此項專利技術到期解禁之后 新型有源箝位控制IC紛紛涌現(xiàn)。在大功率領域，全橋移相ZVS軟開關技術在解決開關電源的效率上功不可沒。INTERSIL公司推出的PWM 對稱全橋的ZVS控制ICISL6752,既能控制初級側的四個MOS開關為ZVS工作狀態(tài)，又能準確地給出控制二次側的同步整流為ZVS工作狀態(tài)的驅(qū)動信號。采用這種IC制作的400W 的DC，DC再加上先進的功率MOSFET，轉(zhuǎn)換效率可達到95 。小功率的開關電源仍用反激變換器的PWM 來控制IC。低壓DC/DC領域Linear公司的LTC38o6不僅能控制好PWM，還給出準確的二次側同步整流驅(qū)動信號，是比較好的低壓小功率電源控制IC 。12 數(shù)字化開關穩(wěn)壓電源傳統(tǒng)的開關穩(wěn)壓電源中最基本的穩(wěn)壓電源有六種：BUCK、BOOST、 BUCKBOOST、CUK 、ZETA 、SEPIC 。其中以BUCK和BOOST最基本，其它四種是從中派生的。許多模擬電源系統(tǒng)能滿足當今電子系統(tǒng)的要求。但以目前電子信息發(fā)展趨勢，未來電源系統(tǒng)將朝向兩極化方向發(fā)展：模塊化微型電源和具有多功能用途的大型電源。大型電源的發(fā)展將趨向大型化、模塊化、智能化、網(wǎng)絡化。大型電源設備組成復雜，同時又需要以模塊化方式滿足不同的應用需求，因此應用數(shù)字控制技術于電源控制將是未來發(fā)展的趨勢。數(shù)字化開關穩(wěn)壓電源是數(shù)字信號處理與模擬技術的新結合點。數(shù)字信號處理近年來在理論取得了重大的發(fā)展而且在應用上日益擴大。DSP是為實現(xiàn)數(shù)字信號處理的專用處理器， DSP器件具有較高的集成度以及更高的效率，可以高速處理極為大量的數(shù)字化數(shù)據(jù)，因而應用到廣泛數(shù)字化器件當中。其中TI推出的數(shù)字電源的新產(chǎn)品包括UCD9K、UCD8K及UCD7K系列輔助器件。13 數(shù)字開關穩(wěn)壓電源與傳統(tǒng)模擬開關穩(wěn)壓電源的區(qū)別數(shù)字電源與模擬電源的區(qū)別主要集中在控制與通信部分。如UCD9K的控制和通信接口都采用數(shù)字方式，可以說是帶有閃存的DSP；UCD7K與UCD8K的核心部分都采用模擬電源的方式，外圍接口則采用數(shù)字方式。這些器件的應用領域包括從AC線路到負載點應用的電源系統(tǒng)，如電信設施、不間斷電源、計算機服務器以及數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)。14 數(shù)字開關穩(wěn)壓電源的優(yōu)點a 可編程：比如通訊、檢測、遙測等所有功能都可用軟件編程實現(xiàn)b 易于設計、配置、穩(wěn)定、調(diào)節(jié)：通過編寫幾行簡單的代碼，就可以將數(shù)字集成電路配置成各種需要的c 穩(wěn)壓器，如升壓、降壓，負輸出、SEPIC、反激式或正激式等。d 有直接監(jiān)控、處理并適應系統(tǒng)條件的能力，能滿足任何復雜的電源要求。通過遠程診斷確保持續(xù)的系統(tǒng)可靠性，包括故障管理、過電流保護以及避免停機等。1.5 恒流恒壓穩(wěn)壓電源的設計恒流恒壓穩(wěn)壓電源的設計是根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo、輸出電流I0、輸出紋波電壓Uopp等性能指標要求，確定出變壓器、恒流源、穩(wěn)壓器、整流二極管和濾波電路中所用元器件的性能參數(shù)，從而合理地選擇這些器件。1.6 恒流恒壓穩(wěn)壓電源設計步驟：恒流恒壓穩(wěn)壓電源設計分三個步驟：一是根據(jù)穩(wěn)壓器的輸入電壓Ui，確定電源變壓器二次繞組電壓的有效值U2；根據(jù)穩(wěn)壓電源的最大輸出電流I，確定流過電源變壓器二次繞組的電流I2和電源變壓器二次繞組的功率P2；根據(jù)P2，查出變壓器的效率從而確定電源變壓器原邊的功率P。然后根據(jù)所確定的參數(shù)，選擇電源變壓器。二是確定整流二極管的正向平均電流l和整流二極管承受的最大反向工作電壓U和濾波電容的電容量和耐壓值。根據(jù)所確定的參數(shù) 選擇整流二極管和濾潑電容。現(xiàn)就直流穩(wěn)壓電源的組成、各部分電路結構形式的選擇及元器件參數(shù)的確定介紹如下：直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成。三是根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo、最大輸出電流Iom，確定穩(wěn)壓及恒流電路結構形式及器件參數(shù)。如圖1 圖1 電源的基本組成部分2 電源變壓器電源變壓器的作用是將220 V交流電網(wǎng)電壓U，變換為整流電路所需要的交流電壓u2。電源變壓器的效率為：i=P2PI,其中：P2是變壓器副邊的功率，Pl是變壓器原邊的功率。3 整流電路整流電路的作用是將交流電壓U2變換成單向脈動的直流電壓U ，在直流穩(wěn)壓電源中常采用橋式整流電路。在整流電路中，整流二極管的最大整流電流IF必須大于實際流過二極管的平均電流IDo；即IFIDo=UmR=o二極管的最大反向工作電壓UR必須大于二極管實際所承受的最大反向峰值電壓u；由上述計算得到的U和ID來選擇整流二極管。4 濾波電路 經(jīng)整流后的直流輸出電壓脈動性很大，不能直接使用。為了減少其交藏成分 。 通常在整流電路后接有溶液電路。濾波匿路拘主要任務是將整l流后的單向毋隸動宣梳電壓中的紋波濾除掉，使其變成平滑的直流電。在小功率電路中常采用電容濾波電路，將濾波電容C直接并聯(lián)在負載RL兩端，就可組成電容濾波電路。由于電容的儲能作用，使得輸出直流電壓波形比較平滑，脈動成分降低，輸出直流電壓的平均值增大。采用電容濾波電路可以得到脈動性很小的直流電壓，但輸出電壓受負載變動的影響較大，其主要用于要求負載電流較小，負載基本不變的場合。濾波電容的選擇與負載RL的大小有關，確切地說是由放電回路的時間常數(shù)f來確定的。電容放電的時間常數(shù)f(T=RLC)越大，放電過程越慢，輸出電壓中脈動(紋波)成分越少；V 的平均值越大，濾波效果越好。R 為整流濾波電路的負載電阻，它為電容C提供放電通路，放電時間常數(shù)應滿足：RCT。其中：T=20ms是50Hz交流電壓的周期。由此確定濾波電容的容量。濾波電容一般采用電解電容，使用時注意極性不能接反，電容器的耐壓應大于它實際工作時所承受的最大電壓。5 穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電路的作用是當外界因素 (電網(wǎng)電壓、負載、環(huán)境溫度變化時，能使輸出直流電壓不受影響， 從而維持穩(wěn)定的輸出。穩(wěn)壓電路的類型很多，通常采用集成穩(wěn)壓器。 在小功率穩(wěn)壓電源中，經(jīng)常使用的是I 三端集成穩(wěn)壓器。集成穩(wěn)壓器的類型很多，按輸出電壓類型不同可分為固定式和可調(diào)式，按輸出電壓極性不同可分為正電壓輸出和負電壓輸出兩種類型。w78XX、W79XX和W317使用時要配加適當大小的散熱片，并注意其封裝形式和引腳功能。W78xx(LM78xx)系列三端固定式正電壓輸出集成穩(wěn)壓器；W79xx(LM79xx)系列三端固定式負電壓輸出集成穩(wěn)壓器(三端是指只有輸人、輸出和接地3個接地端子)型號中最后兩位數(shù)字表示輸出電壓的穩(wěn)定值，有5V、6V、9V、15V、18V和24 V。穩(wěn)壓器使用時，要求輸入電壓u。與輸出電壓u。的電壓差U。2 V。穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流I=8mA，當Uo=5-18V時，UI的最大值Um=35V； 當Uo=18-24V時，UI的最大值U=40 V?？烧{(diào)式三端集成穩(wěn)壓器是指輸出電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓器，有輸出正電壓的CW317系列(LM317)三端穩(wěn)壓器，有輸出負電壓的CW337系列(LM337)三端穩(wěn)壓器。在可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器中，穩(wěn)壓器的三個端是指輸入端、輸出端和為Uo=1.2-37 V，最大輸出電流=1.5 A。輸入電壓與輸出電壓差允許范圍為：U0=340V。電源電路如圖2： 圖2 電源電路5.1 設計思想：當負載電阻大于25歐姆時，電流減小，使穩(wěn)壓管D2（穩(wěn)壓值為6.5V）截止，電源為恒壓源，電路等如圖3：當負載電阻小于25歐姆時，為恒流源，如圖4 圖3 恒壓源等效電路圖本電路的目的是實現(xiàn)高精度穩(wěn)壓，降低波紋，提高電壓調(diào)整率和負載調(diào)整率，最終達到題目的指標要求。在本電路中，首先輸入電壓在精密穩(wěn)壓管上產(chǎn)生一個穩(wěn)定的參考電壓，接到由運放組成的比較電路的正端輸入腳。輸出電壓經(jīng)過電阻分壓之后反饋至運放的負輸入端。運放的輸出電壓控制達林頓管的發(fā)射極電壓，得到所需的高度穩(wěn)定的直流電壓。通過改變滑動變阻器可以改變輸出的穩(wěn)壓值。參數(shù)計算：取RW2=30K R6=10K 則RW2=49%*30K 時UO=9V RW2=28%*30K 時UO=12VRW2=16%*30K 時UO=15V6 恒流源電路 當負載電阻小于25歐姆時，因為電路功率一定，所以電流減小，D2管不能被擊穿，所以不起作用。恒流原理： 當負載電阻變化，比如負載電阻減小時RL兩端的電壓減小，運放反相端所采樣的電壓也將隨之減小，由于運放同相端的采樣電壓沒變，使得運放的輸出電壓增大，負載電流也增大，達到恒流的目的。 圖4 恒流源等效電路圖6.1電流的控制及參數(shù)計算： 通過改變復合管發(fā)射極滑動變阻器可以改變輸出電流。穩(wěn)壓管D1的穩(wěn)壓值為3V，當滑動變阻器的阻值增大時，它兩端的電壓也增大，復合管的基極電壓和發(fā)射極都增大，運放同相端的采樣電壓變大，反相端采樣電壓不變，運放的輸出電壓變大，使得負載兩端的電流變大，反之，亦然，從而達到調(diào)節(jié)輸出電流的目的。取 RP=10K R2=10K R3=24KRP=8%*10K時 輸出電流為300毫安RP=74%*10K 輸出電流為600毫安參考文獻1 路而紅電子設計自動化應用技術【M】北京：希望電子出版社，2OOO1582 鄭光欽全能OtCAD混合電路仿真M北京：中國鐵道出版社，2OOO.2653 常向榮，鹿大勇 電工原理實驗【M】天津：天津教育出版社，1994.2024 耿淬 電工應用識田【M】北京：高等教育出版社，19991325 路而紅虛擬電子實驗室Electronics workbench北京：人民郵電出版社，20011656 楊素行模擬電子電路M北京：中央廣播電視大學出版社，19971557 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This electric circuits characteristic is: When the load resistance is smaller than 15 ohms, the output is a constant flow, is also the constant current, has 0.3A and the 0.6A two files positions. When the load resistance is bigger than 25 ohms, the output is a constant pressure, is also the power source is the constant pressure source, has 6V.9V and the 12V three files positions. Keywords: DC power supply Constant current source Constant voltage source Working Principle c后記寫論文的過程