输出电压3～12V稳压直流电源的设计

zhtong19860109

输出电压3～12V稳压直流电源的设计 [复制链接]

输出电压3～12V稳压直流电源的设计
摘要： 介绍一种采用桥式电路的开关电源，其输入电压为交流220V±15％，输出电压为直流3～12V，最大电流1.5A，工作频率50kHz。重点介绍了该直流稳压电源的设计思想，工作原理及特点。理论分析与计算、电路图，测试方法与数据，结果分析。                                                                            关键词：脉宽调制；半桥变换器；电源 ；电压调整率；负载调整率；纹波电压；稳压系数。LCD数字显示，A/D转换                                                                                1、引言： 在科研、生产、实验等应用场合，经常用到电压在5～15V，电流在5～40A的电源。而一般实验用电源最大电流只有5A、10A。为此设计此电流稳压电源，电压3V～12V连续可调，输出电流最大1.5A电源。同时具有过热保护功能，而且提高稳压电源的技术指标，扩大输出电压调节范围和提高最大输出电流值，并且用数字显示输出电压和输出电流。                                    2、主要技术指标                                                                     1）交流输入电压AC220V±15％；                                                      2）直流输出电压3～12V可调；                                                       3）最大输出电流1.5A；                                                                        4）输出电压调整率≤0.2％；负载调整率≤0.1%                                                         5）纹波电压Up?p≤5mV；                                                                            6）稳压系数小于0.005                                                                               7）输出电压小于0.1欧                                                                              8）具有过热保护功能                                                                                 9）提高稳压电源的技术指标，扩大输出电压调节范围和提高最大输出电流值                                     10）用数字显示输出电压和输出电流                                                                   3、基本工作原理及原理框图  单向交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压，其方框图及各电路的输出电压波形如图所示。     直流电源的输入为220V的电网电压，一般情况下，所需直流电压数值和电压电网的有效值相差较大，因此需要通过变压器降压后再对交流电压进行处理。变压器副边电压通过整流电路从交流电压转换为直流电压即将正弦波电压 转换成单一方向的脉动电压。同时为了减少电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流分量较小的直流电压，但是当电网波动或负载变化时，其平均值也将随之变化。稳压电路的功能是使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得足够高的稳定性。
                                                                                           4、各部分主要功能描述                                                                           
4.1、整流滤波电路                                                                              
容性负载整流电路图：                                                                           
    该电路为桥式容性负载整流电路。由于开关稳压电路采用脉宽调制器为核心控制芯片，输出直流电压为30v。即VDC=30V。由此可得，整流电路的输入变压器B1的次级交流电压有效值V2=0.87×VDC=26.1V。由于直流稳压电源的最大输出电流为1.5A，考虑开关稳压器和线性稳压电路的耗电，设整个电路输出电流为IDC=2A 。为尽量减少输出纹波电压，可设整流电路的输出纹波因数∨＜5%。其 定义为∨=   V0 （纹波）/VO 。
⑴二极管整流桥堆选择
  目前的二极管整流桥堆大多数是将整流二极管按桥式集成在一起，因此性能比较优良。但所选用器件的最大整流电流必须大于输出电流的一半。因此可选用1.5A的集成桥堆作整流器件。对于硅整流二极管通常在每管的平均电流IDO=1A   IDO=0.5V   RD=0.5 欧
   变压器B1的内阻RT包括次级线组和初级损耗在次级的反映电阻等，RT 可用经验公式计算
RT=0.15V0/I04√V0I0=0.15VDC/IDC√VDC IDC=0.15×30/2×√30×2=0.81欧
因此，整流器的内阻RS为
RS=RT+2RD=0.81+2×0.5=1.8欧
⑵滤波电容C的选择
整流电路的负载RL=VDC/IDC=30/2=15 欧，则 RS/RL=1.81/15=0.12。对容性负载桥式整流电路。当RS/RL≥0.1 、∨≤5% 时，可得 WRL=12。因此，滤波电容C可用如下关系式估算
C=12/WRL=12/100×3.14×15=2546.5UF
选取C=3300UF，耐压 50V的电解电容器即可。
⑶变压器B1的设计计算
由前面计算已知，变压器的次级有效值电压为26.1伏。而上述RS/RL和、∨≤5%的情况下，通过每个整流二极管的有效值电流为2.35安。所以可得，变压器的次级绕线组有效值电流为3.3安。则变压器的次级功率为P=VI=26.1×3.3=86.13W
    根据电压，电流，功率等参数，可以选区符合参数的变压器。

4.2、开关稳压转换电路
开关稳压转换电路在这的作用是给后级线性稳压电路提供一个稳定的压差，以便最大限度的降低功耗。同时也为下一级提供一个稳定的直流电压。
开关稳压电路采用MC3524作控制的降压型开关稳压电路，电路原理图如下；

MC3524片内集成有：5V基准电压源，能产生三角和方波脉冲的震荡器，脉宽控制比较放大器，触发器，双路三输入与非门，双路驱动功率管，双路输入检测放大器，TR关闭控制器更功能电路。
Fk=2/RtCt=10Hz
L1=VDCO(1-VDCO/VDCI)/2fkIDCO=207.41uH
C1= VDCO(1-VDCO/VDCI)/8L1fkfk△VDCO=4500uF
4.3、线性稳压电路
用集成稳压器W7805作为线性稳压电路，对开关稳压转换电路输出的电压进行稳定输出。从外形看，集成串联稳压电路有三个引脚，分别为输出端，输入端和公共端。其输出电压为5伏，最大输出电压为1.5安。而且其中带有过热保护。性能较为稳定。

4.4、输出电压可调的稳压电路   
电压跟随器的输出电压等于三端稳压器的输出电压U0’，即电阻R1与R2 上部分的电压之和，是一个常量，改变电位器滑动变阻器，即可调电压U0 的大小。可得电压
（R1+ R2+ R3） U0’  / R1+R2  ≤ U0 ≤（R1+R2 +R3）  U0’ /R1  
设R1=300欧R2=1500欧 R3=300欧U0’=2.4伏                                                   
4.5、数字输出电压电流电路
输出显示电路采用MAX136组成的数字电路表。MAX136的引脚封装形式和MAX136构成的数字电压表电路如图所示。各电压量程或电流量程（电流测量，通过采样电阻上的压将）由拨钮开关选择，通过电阻网络分压后输入芯片。本系统采用显示电压和电流值。电流表也采用电压输出的原理，在电压表的电路串联一个电阻。实际电流输出是显示电压的数值。
电压表电路如图所示：
5、指标测试
在输入电压220V 50 HZ，电压变化范围内15%~-20%，即253~176伏的条件下：
⑴输出电压可调范围
接上假负载，在输出电流最大达1.5安的情况下，用数字电压电压表测出输出电压可调范围，按指标要求必须大于3~12伏。

⑵电压调整率
   调整自藕变压器使输出电压在175~250伏之间变化，满载条件下，按下表测得输出电压为：
输入电压     175      220       250
输出电压     V01       3        V02
输出电压     V01`     12        V02`
利用式中可直接计算稳压系数，即电压调整率S ,式 △V0=∣V02-V01∣,V0为3 V    △VS=250-175V=75V,VS=220V

⑶负载调整率
在输出电压为3伏时，空载情况下用电压表测出电压为3伏，满载的情况下输出的电压为V01则负载调整率为（ 3-V01）/3×100%
在输出电压为12伏时，空载情况下用电压表测出电压为12伏，满载的情况下输出的电压为V02 则负载调整率为（ 12-V01）/12×100%

⑷纹波电压
用示波器可直接测得纹波电压值。用示波器测得的是纹波峰峰值。

⑸最大输出电流
将假负载与电流表串联，接在输出端，在V0=12 V时 电流值应该大于或等于1.5安

elulis

唉，买了几片SP6641，发现SOT235的封装真的好小……

newmandirl

为什么看不到图的？好想看看啊，只看文字没图有点费劲。。