直流穩(wěn)壓電源制文檔

1、Zaiyao:本直流穩(wěn)壓電源電路具備接于輸入輸出端子間的PNP型輸出晶體管、以輸出端壓的分壓與基準(zhǔn)電壓之差控制輸出晶體管基極驅(qū)動(dòng)電流的基極驅(qū)動(dòng)電路和根據(jù)檢測(cè)到的輸入輸 出端子間的電壓抑制基極驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)電流的電路，輸入輸出間電壓越大該抑制電路越使基極驅(qū)動(dòng)電路流往輸出晶體管的驅(qū)動(dòng)電流受到抑制，并抑制輸出電流。以此使不在輸出線路上連接電流檢測(cè)電阻，具有集成化控制電路的電源的輸出晶體管功率損耗受抑制，防止其傷。024V可調(diào)直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)方法發(fā)布:2011-06-03 |作者：|來(lái)源：mahuaxiao |查看：1637次|用戶(hù)關(guān)注：摘要：實(shí)現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析

2、了跨導(dǎo)放大器-電容（OTA C）連續(xù)時(shí)間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和具體實(shí)現(xiàn)，使用外部可編程電路對(duì)所設(shè)計(jì)濾波器帶寬進(jìn)行控制，并利用ADS軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于0. 5 dB，采用1. 8 V電源，TSMC 0 .18 g CMOS工藝庫(kù)仿真，功耗小于 21 mW， 頻響曲線接近理想狀態(tài)。關(guān)鍵詞：Butte1引言電子儀器和電子設(shè)備（如電機(jī)）中，對(duì)電源1個(gè)其輸出能從電子電路要正常工作， 電源必不可少，并且電源性能對(duì)電路、的使用壽命、使用性能等影響很大，尤其在帶有感性負(fù)載的電路和設(shè)備 的性能要求更高。在很多應(yīng)

3、用直流電機(jī)的場(chǎng)合中，要求為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路提供0 V開(kāi)始連續(xù)可調(diào)（024 V）的直流電源，并且要求電源有保護(hù)功能。 實(shí)際上就是要求設(shè)計(jì)一 個(gè)具有足夠調(diào)壓范圍和帶負(fù)載能力的直流穩(wěn)壓電源電路。該電路的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)，其要求是輸出電壓從 0V開(kāi)始連續(xù)可調(diào)；所選器件和電路必須達(dá)到在較寬范圍內(nèi)輸出 電壓可調(diào)；輸出電壓應(yīng)能夠適應(yīng)所帶負(fù)載的啟動(dòng)性能。此外，電路還必須簡(jiǎn)單可靠，能夠輸出足夠大的電流。2電路的設(shè)計(jì)符合上述要求的電源電路的設(shè)計(jì)方法有很多種，比較簡(jiǎn)單的有 3種：（1）晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路。電路框圖如圖 1所示，該電路中，輸出電壓 UO經(jīng)取樣電路取樣后得到取樣電壓，取樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比

4、較得到誤差電壓， 該誤差電壓對(duì)調(diào)整管的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，從而使輸出電壓發(fā)生變化，該變化與由于供電電壓UI發(fā)生變化引起的輸出電壓的變化正好相反，從而保證輸出電壓UO為恒定值（穩(wěn)壓值）。因輸出電壓要求從0V起實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，因此要在基準(zhǔn)電壓處設(shè)計(jì)輔助電源，用于控制輸出電壓能夠從0 V開(kāi)始調(diào)節(jié)。單純的串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源電路很簡(jiǎn)單，但增加輔助電源后，電路比較復(fù)雜，由于都采用分立元件，電路的可靠性難以保證。（2）采用三端集成穩(wěn)壓器電路。如圖2所示，他采用輸出電壓可調(diào)且內(nèi)部有過(guò)載保護(hù)的三端集成穩(wěn)壓器，輸出電壓調(diào)整范圍較寬，設(shè)計(jì)一電壓補(bǔ)償電路可實(shí)現(xiàn)輸出電壓從0V起連續(xù)可調(diào)，因要求電路具有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力，需設(shè)

5、計(jì)一軟啟動(dòng)電路以適應(yīng)所帶負(fù)載的啟動(dòng)性能。該電路所用器件較少，成本低且組裝方便、可靠性高。（3）用單片機(jī)制作的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。該電路采用可控硅作為第一級(jí)調(diào)壓元件，用穩(wěn)壓電源芯片 LM317，LM337作為第二級(jí)調(diào)壓元件，通過(guò) AT89CS51單片機(jī)控制繼電器 改變電阻網(wǎng)絡(luò)的阻值，從而改變調(diào)壓元件的外圍參數(shù)，并加上軟啟動(dòng)電路，獲得024 V，0.1 V步長(zhǎng)，驅(qū)動(dòng)能力可達(dá)1 A，同時(shí)可以顯示電源電壓值和輸出電流值的大小。其硬件電路主要包括變壓器、整流濾波電路、壓差控制電路、穩(wěn)壓及輸出電壓控制 電路、電壓電流采樣電路、掉電前重要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、單片機(jī)、鍵盤(pán)顯示等幾部分，硬件部 分原理圖如圖3所示。正、

6、負(fù)端壓差控制電路的作用是減少LM317和LM337輸入端和輸出端的壓差以降低LM317和LM337的功耗。穩(wěn)壓電路由三端穩(wěn)壓芯片LM317（負(fù)壓用LM337）及外圍器件組成，輸出電壓控制電路采用繼電器控制的電阻網(wǎng)絡(luò)。電阻網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)電阻都需要精密匹配， 電阻的精密程度直接影響輸出電壓的精度。電壓電流采樣電路由單片機(jī)控制實(shí)時(shí)對(duì)當(dāng)前電壓電流進(jìn)行采樣，以修正輸出電壓值。掉電前重要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路用以保存當(dāng)前設(shè)置的電壓值， 可以方便用戶(hù)在重新上電后不用設(shè)置，而且也不會(huì)因?yàn)殡妷褐颠^(guò)高損壞用戶(hù)設(shè)備。該電源穩(wěn)定性好、精度高，并且能夠輸出戈4 V范圍內(nèi)的可調(diào)直流電壓，且其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，但是電路比較

7、復(fù)雜，成本較高，使用于要求較高的場(chǎng)合。在實(shí)際中，如果對(duì)電路的要求不太高（這種情況較多），多采用第二種設(shè)計(jì)方案。3實(shí)際電路的設(shè)計(jì)電路采用三端集成穩(wěn)壓器電路方案，電路原理圖如圖4所示。其中IC為三端集成穩(wěn)壓器。晶體管 T,阻R3，和電容器C組成軟啟動(dòng)電路。電阻 R4和二極管D組成電壓補(bǔ) 償電路。電容 C2為輸出濾波電容。（1）三端集成穩(wěn)壓器 LM317及其調(diào)壓原理。圖4中IC采用了 LM317系列三端集成穩(wěn) 壓器，其輸出電壓調(diào)節(jié)范圍可達(dá) 1.2537 V，輸出電流可達(dá)1.5 A，內(nèi)部帶有過(guò)載保護(hù)電路， 具有穩(wěn)壓精度高、工作可靠等特點(diǎn)。其輸出電壓的調(diào)節(jié)原理如圖5所示。由于LM317的2 , 3腳之間

8、的電壓 U32為一穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓（1.25 V）,故有：其中，R1為固定電阻，故調(diào)節(jié)R2可以調(diào)節(jié)輸出電壓 U0,并且U0的最小值為1.25 V。（2）電壓補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)。 因要求輸出電壓從0 V起調(diào)，LM317集成穩(wěn)壓器不能直接滿(mǎn)足 要求，需設(shè)計(jì)一個(gè)電壓補(bǔ)償電路，抵消LM317的1.25 V最小輸出電壓。電壓補(bǔ)償電路由電阻R4和二極管D組成。式中，U3為L(zhǎng)M317的3腳電壓；U0為輸出電壓；UD為二極管D的正向壓降，即 為補(bǔ)償電壓，其值略大于LM317的基準(zhǔn)電壓（1.25 V）。這里用3只串聯(lián)的鍺材料整流二極管的導(dǎo)通壓降來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)調(diào)節(jié)R2少，使U3達(dá)到與UD相等時(shí)，輸出電壓即為 0 V。之后，

9、當(dāng)調(diào)節(jié)R2逐漸增大時(shí)，U0即由0 V開(kāi)始增大。由于負(fù)載電流流過(guò)D，故D的最大工作電流應(yīng)能適應(yīng)負(fù)載電流的要求。圖5中R4用于給D提供工作電流。軟啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)。軟啟動(dòng)電路由晶體管T,電阻R3 , R和電容器C組成。其作用是使電路輸出電壓 U0有一個(gè)緩慢的上升過(guò)程，以適應(yīng)感性負(fù)載（如直流電機(jī)）的啟動(dòng)特性。 當(dāng)輸入電壓 UI接入時(shí)，因 C上的電壓不能突變，故T因基極電位較高而飽和導(dǎo)通，使U2（LM317的2腳電位）和U3都很低，故U0很小，隨著 C的充電，T的基極電位下降，其 集電極電位（即U2）升高，使U3升高（因U32為一穩(wěn)定電壓），所以U0也升高。當(dāng)C充滿(mǎn)電 時(shí)，T被截止，啟動(dòng)電路失去作用，U0

10、也達(dá)到設(shè)定值。啟動(dòng)的時(shí)間可以通過(guò)改變C和R的值進(jìn)行調(diào)整。（4）改進(jìn)方案。由于該電路的輸出電壓的調(diào)整完全依賴(lài)電電位器R2的改變，因此R2的改變范圍較大，這樣在輸出電壓的調(diào)整過(guò)程中，容易調(diào)過(guò)頭或調(diào)不足，要準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)0 24 V寬范圍的電壓任一電壓有些調(diào)整比較麻煩，必須反復(fù)調(diào)整，只依賴(lài)R2是比較困難的，如果將電位器 R2用一個(gè)電位器 R2'和電阻R檔串聯(lián)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)電阻 R檔的改 變從而改變輸出電壓的范圍，并在所選擇的輸出電壓范圍內(nèi)通過(guò)改變電位器R2'的阻值得到所需要的準(zhǔn)確的直流電壓輸出。電路如圖6所示。（5）電路主要測(cè)試數(shù)據(jù)。接上電源變壓器和整流濾波電路以后對(duì)電路進(jìn)行測(cè)試

11、的結(jié) 果為：電路在負(fù)載為1 A時(shí)輸出電壓調(diào)整范圍如表 1所示；在輸出電壓為額定值（24 V）下的負(fù) 載特性如表2所示。電網(wǎng)電壓波動(dòng) ±10% （負(fù)載電流1 A）情況下輸出電壓如表3所示。4結(jié)語(yǔ)該穩(wěn)壓電路應(yīng)用三端集成穩(wěn)壓電器，并加入補(bǔ)償電壓的方法解決LM317系列輸出電壓不能從0V開(kāi)始起調(diào)的問(wèn)題。軟啟動(dòng)電路的引入適應(yīng)負(fù)載的啟動(dòng)特性。電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能完善、可靠性高。電源一般由變壓器、整流器和穩(wěn)壓器三大部分組成，如圖5一 21所示。變壓器把市電交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟?。整流器把交流電變?yōu)橹绷麟?。?jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。一、穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)及對(duì)

12、穩(wěn)壓電源的要求穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)可以分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是特性指標(biāo)，如輸出電壓、輸出電濾及電壓調(diào)節(jié)范圍；另一類(lèi)是質(zhì)量指標(biāo)，反映一個(gè)穩(wěn)壓電源的優(yōu)劣，包括穩(wěn)定度、等效內(nèi)阻（輸出電阻）、紋波電壓及溫度系數(shù)等。對(duì)穩(wěn)壓電源的性能，主要有以下四個(gè)萬(wàn)面的要求：1穩(wěn)定性好當(dāng)輸入電壓Usr （整流、濾波的輸出電壓）在規(guī)定范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，輸出電壓Use的變化應(yīng)該很小一般要求 。NJsc<1%由于輸入電壓變化而引起輸出電壓變化的程度，稱(chēng)為穩(wěn)定度指標(biāo)，常用穩(wěn)壓系數(shù)S來(lái)表示：S的大小，反映一個(gè)穩(wěn)壓電源克服輸入電壓變化的能力。在同樣的輸入電壓變化條件下，S越小，輸出電壓的變化越小，電源的穩(wěn)定度越高。通常S約為1°

13、;。Usr2.輸出電阻小負(fù)載變化時(shí)（從空載到滿(mǎn)載），輸出電壓Use，應(yīng)基本保持不變。穩(wěn)壓電源這方面 的性能可用輸出電阻表征。輸出電阻（又叫等效內(nèi)阻）用 rn表示，它等于輸出電壓變化量和負(fù)載電流變化量 之比。rn反映負(fù)載變動(dòng)時(shí)，輸出電壓維持恒定的能力，rn越小，則Ifz變化時(shí)輸出電壓的變化也越小。性能優(yōu)良的穩(wěn)壓電源，輸出電阻可小到1歐，甚至0.01歐。3.電壓溫度系數(shù)小當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，會(huì)引起輸出電壓的漂移。良好的穩(wěn)壓電源，應(yīng)在環(huán)境溫度變化時(shí)，有效地抑制輸出電壓的漂移，保持輸出電壓穩(wěn)定，輸出電壓的漂移用溫度系數(shù)KT來(lái)表示4.輸出電壓紋波小所謂紋波電壓，是指輸出電壓中50赫或100赫的交流分量，通

14、常用有效值或峰值表示。經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓作用，可以使整流濾波后的紋波電壓大大降低，降低的倍數(shù)反比于穩(wěn)壓系數(shù) S。上節(jié)介紹的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，用做一種簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓電源， 可以滿(mǎn)足一般 無(wú)線電愛(ài)好者的需要。但是，這種電源還有許多“天生的”缺陷，要提高對(duì)性能的要求，就必須再做一 些改進(jìn)。從以下四個(gè)右面對(duì)它的性能加以改善，便可做成一臺(tái)有實(shí)用價(jià)值的穩(wěn)壓電源了。這就是：增加放大環(huán)節(jié)，提高穩(wěn)定性，使輸出電壓可調(diào)；用復(fù)合管做調(diào)整管，使輸出電流增大； 增加保護(hù)電路，使電源工作安全可靠。二、帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電源輸出電壓的變化量 Use是很微弱的，它對(duì)調(diào)整管的控制作用也很弱，因此穩(wěn)壓效果不夠好，帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電源，就是在電

15、路中增加一個(gè)直流 放大器，把微弱的輸出電壓變化量先加以放大，再去控制調(diào)整管，從而提高對(duì)調(diào)整管的控制作用，使穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定 性能得到改善。圖5-22是帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電源電路。BG Ift圖522帶放丸壞廿的卷圧電海電絡(luò)圖中，BG1是調(diào)整管，BG2是比較放大管。輸出電田變化量厶Use的一部分與基準(zhǔn) 電壓Uw比較，并經(jīng)BG2放大后進(jìn)到了 BG1的基極。Re是BG2的集電極電阻，又是BG1的 上偏置電阻。R1、R2是 BG2的上、下偏置電阻，組成分壓電路，把 Use的一部分作為輸出電壓的取樣，送給 BG2的基極，因此又叫取樣電路 R2上的電壓 Ub2:叫取樣電壓。DW和R3組，成穩(wěn)壓電路，提供基準(zhǔn)

16、電壓 '日"丿。從電路路中可以看出， 當(dāng)輸出電壓Use下降的時(shí)候，通過(guò)R1、R2組成的分壓電路 的作用，BG2的基極電位Ub2也下降了。由于基準(zhǔn)電壓 UW使BG2的發(fā)射極電位保持不變， Ube2 : = Ub2, UW隨之減小。于是 BG2集電極電流lc :減小，Uc2增高，即BG1的基極 電位Ub1增高，使lel增加，管壓降Ucel減小，從而導(dǎo)致輸出電壓 Use保持基本穩(wěn)定。BG2 的放大倍數(shù)越大，調(diào)整作用就越強(qiáng)，輸出電壓就越穩(wěn)定。如果輸出電壓 Use增高時(shí)，同樣道理，又會(huì)通過(guò)反饋?zhàn)饔檬筓se減小，保持輸出電壓基本不變。下面談?wù)劯髟倪x取原則。前面已經(jīng)提到，Re是放大級(jí)的

17、負(fù)載電阻，又相當(dāng)于調(diào)整管的偏置電阻。Re大，放大倍數(shù)大，有利于提高穩(wěn)壓器指標(biāo)，但Re過(guò)大會(huì)使BG2和調(diào)整管電流太小，限制了負(fù)載電流和調(diào)整范圍。通常Re根據(jù)下列公式選?。簃in -Usek2Usrmin為整流輸出的最小電壓。Ic2可取13毫安。穩(wěn)壓管 DW勺穩(wěn)定電壓Uw選 擇范圍比較寬，只要不使 BG2飽和（即Uw比Use低2伏以下）均可。Uw取得大，取樣電壓 可大些，有利于提高穩(wěn)壓性能。限流電阻R3通過(guò)的電流I3，應(yīng)該等于DW的穩(wěn)定電流，那應(yīng)滿(mǎn)足下述關(guān)系： 空輸入電壓Usr應(yīng)大于輸出電壓 Use 38伏。Usr過(guò)小，調(diào)整管容易飽和而起不到 調(diào)整作用；Usr過(guò)大，則增加管子耗損，并浪費(fèi)功率。整流

18、紋波小的，Usr可取低些；紋波大的，Usr應(yīng)取高些。調(diào)整管 BG1的3值要盡量大，為此可以使用復(fù)倉(cāng)管。調(diào)整管的功耗也要足夠大，應(yīng)滿(mǎn)足下式要求:Usr max為電網(wǎng)電壓最高時(shí)的整流輸出電壓。放大管BG也要選用3值大的管子，以增強(qiáng)對(duì)調(diào)整管的控制作用，使輸出的更穩(wěn) 定。在Use較大的穩(wěn)壓電路中，還應(yīng)注意BG2所能承受的反向電壓，應(yīng)選取上住和'口迫-衣的晶體管。分壓電阻（R1 + R2）要適當(dāng)小些，以提高電路性能。通常取流過(guò)分壓電阻的電流 大于放大管基極電流的5-10倍。分壓比決定于輸出電壓 Use和參考電壓Uw由下式?jīng)Q定:UscUwRUR2靈2 一般可先選定 R1或R2,再通過(guò)計(jì)算調(diào)整另外一

19、只電阻器，分壓比要選得大些，一般選 0. 50. &三、輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電源從上面電路可以看到，輸出電壓與基準(zhǔn)電壓之間的關(guān)系，是由分壓電路來(lái)“調(diào)配”的。在基準(zhǔn)電壓一定的情況下，改變分壓比，就可以在一定范圍里改變輸出電壓。在R1與R2之間加接一個(gè)電位器 W（見(jiàn)圖5-23 ）,便可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。四、用復(fù)合管做調(diào)整管的穩(wěn)壓電源在穩(wěn)壓電源中，負(fù)載電流 Ifz要流過(guò)調(diào)整管，輸出大電流的電源必須使用大功率 的調(diào)整管，這就要求有足夠大的電流供給調(diào)整管的基極，而比較放大電路供不出所需要的大電流，另一方面，調(diào)整管需要有較高的電流放大倍數(shù)，才能有效地提高穩(wěn)壓性能，但是大功率管一般電

20、流放大倍數(shù)都不高。解決這些矛盾的辦法， 是給原有的調(diào)整管再配上一個(gè)或幾個(gè)“助手”，組成復(fù)合管。用復(fù)合管做調(diào)整管的穩(wěn)壓電源電路如圖5 24所示。圖5-24用復(fù)合管做調(diào)整管穩(wěn)壓電源電路用復(fù)合管做調(diào)整管時(shí)，BG2勺反向電流Iceo2將被放大，尤其是采用大功率鍺管時(shí)， 反向截止電流lebo比較大，并隨溫度增高按指數(shù)增加，很容易造成高溫空載時(shí)穩(wěn)壓電源的 失控，使輸出電壓Use增大。誤差信號(hào) Use經(jīng)放大加到BG2的級(jí)基極來(lái)減少le人，可能 迫使BG2截止。為了使調(diào)整管在不同溫度下都工作在放大區(qū)，常在BG1的基極加電阻（R7）接到電源的正極（如圖5一24）或負(fù)極。在溫度或負(fù)載變化不大或全用硅管時(shí)，可不加這個(gè)電阻。