基于集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

0 引言

任何電子設(shè)備的工作都離不開直流電源，晶體管、集成電路正常工作都需要直流電源供電。提供直流電的方法主要有干電池和穩(wěn)壓電源兩種。干電池具有輸出電壓穩(wěn)定便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)但是其容量低壽命短的缺點(diǎn)也十分明顯。而直流穩(wěn)壓電源能夠?qū)?20V交流電轉(zhuǎn)換為源源不斷的穩(wěn)定的直流電。它由變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四部分電路等組成。參考電路如圖1所示。

1.變壓

穩(wěn)壓電源的輸出電壓一般是根據(jù)儀器設(shè)備的需要而定的，有的儀器設(shè)備同時需要幾種不同的電壓。單獨(dú)的穩(wěn)壓電源，其輸出電壓在一定的范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)，當(dāng)調(diào)節(jié)范圍較大時，可分幾個檔位。因此，需要將交流電通過電源變壓器變換成適當(dāng)幅值的電壓，然后才能進(jìn)行整流等變換，根據(jù)需要，變壓器的次級線圈一般都為兩組以上選用合適的變壓器將220V±10%的高壓交流電變成需要的低壓交流電，要滿足電源功率和輸出電壓的需要，變壓器選用應(yīng)遵循以下原則：

(1)在220V±15%情況下應(yīng)能確?？煽糠€(wěn)定輸出。一般工程上變壓、整流和濾波后的直流電壓可以按下面情況確定：

一是要考慮集成穩(wěn)壓電路一般是要求最小的輸入輸出壓差;二是要考慮橋式整流電路要消耗兩個二極管正向?qū)ǖ膲航?三是要留有一定的余量。輸出電壓過高會增加散熱量，過低會在輸出低壓時不穩(wěn)定，由此來確定直流電壓。

(2)變壓器要保留20%以上的電流余量。

2.整流

是將正弦交流電變成脈動直流電，主要利用二極管單向?qū)щ娫韺?shí)現(xiàn)，整流電路可分為半波整流、全波整流和橋式整流。電源多數(shù)采用橋式整流電路，橋式整流由4個二極管組成，每個二極管工作時涉及兩個參數(shù)：

一是電流，要滿足電源負(fù)載電流的需要，由于橋式整流電路中的4個二極管是每兩個交替工作，所以，每個二極管的工作電流為負(fù)載電流的一半;二是反向耐壓，反向電壓要大于可能的最大峰值。

(1)電流負(fù)載ID>?I1

(2)反向耐壓為變壓器最高輸出的峰值VD> V2.

3.濾波

濾波的作用是將脈動直流濾成含有一定紋波的直流電壓，可使用電容、電感等器件，在實(shí)際中多使用大容量的電解電容器進(jìn)行濾波。

圖中C2和C4為低頻濾波電容，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理中的有關(guān)公式和電網(wǎng)變化情況，設(shè)計(jì)、計(jì)算其電容量和耐壓值，選定電容的標(biāo)稱值和耐壓值以及電容型號(一般選取幾百至幾千微法)。

C1和C3為高頻濾波電容，用于消除高頻自激，以使輸出電壓更加穩(wěn)定可靠。通常在0.01μF~0.33μF范圍內(nèi)。

(1)低頻濾波電容的耐壓值應(yīng)大于電路中的最高電壓，并要留有一定的余量;

(2)低頻濾波電容C2選取應(yīng)滿足：C2≥RL1(3~5)2T;

RL為負(fù)載電阻，T為輸入交流電的周期。對于集成穩(wěn)壓后的濾波電容可以適當(dāng)選用數(shù)百微法即可;

( 3 )工程上低頻電容C 2也可根據(jù)負(fù)載電流的值來確定整流后的濾波電容容量，即：

C2≥(IL/50mA)×100uF.

4.穩(wěn)壓

經(jīng)過整流和濾波后的直流電壓是一個含有紋波并隨著交流電源電壓的波動和負(fù)載的變化而變化的不穩(wěn)定的直流電壓，電壓的不穩(wěn)定會引起儀器設(shè)備工作不穩(wěn)定，有時甚至無法正常工作。為此在濾波后要加穩(wěn)壓電路，以保障輸出電壓的平穩(wěn)性。穩(wěn)壓方式有分立元件組成的穩(wěn)壓電路和集成穩(wěn)壓電路。

分立元件組成的穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓方式有串聯(lián)穩(wěn)壓、并聯(lián)穩(wěn)壓和開關(guān)型穩(wěn)壓等，其中較常用的是串聯(lián)穩(wěn)壓方式。

(1)串聯(lián)穩(wěn)壓電路

串聯(lián)穩(wěn)壓電路工作框圖如圖2所示，它由采樣電路、基準(zhǔn)電壓電路、比較放大電路和調(diào)整電路組成。

(2)集成穩(wěn)壓器

隨著集成工藝技術(shù)的廣泛使用，穩(wěn)壓電路也被集成在一塊芯片上，稱為三端集成穩(wěn)壓器，它具有使用安全、可靠、方便且價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)。

三端穩(wěn)壓器按輸出電壓方式可分為四大類：

①固定輸出正穩(wěn)壓器7800系列，如7805穩(wěn)壓值為+5V.

②固定輸出負(fù)穩(wěn)壓器7900系列。

③可調(diào)輸出正穩(wěn)壓器L M 1 1 7、L M 2 1 7、LM317及LM123、LM140、LM138、LM150等。

④可調(diào)輸出負(fù)穩(wěn)壓器L M 1 3 7、L M 2 3 7、LM337等。

5.直流穩(wěn)壓電源一般都要加裝保險(xiǎn)和散熱片

保險(xiǎn)是用來保證電源安全工作的重要器件，保險(xiǎn)能實(shí)現(xiàn)在電源輸出短路或超載時自動切斷電路，從而保證電源的安全。散熱片作用是對集成穩(wěn)壓電路進(jìn)行散熱，確保集成穩(wěn)壓器工作時溫度不超過標(biāo)準(zhǔn)值。