、直流稳压电源的设计.docVIP

一、直流稳压电源 现代电子设备使用的电源大致有线性稳压电源和开关稳压电源两大类。所谓线性稳压电源是指起电压调整功能的器件始终在线性放大区的支流稳压电源。将220V、50Hz的工频电压经过线性变压器降压以后，经过整流、滤波和稳压，输出一个直流电压。开关稳压电源简称开关电源（Switching Power Supply）,它是指起电压调整作用的期间始终以开关方式工作的一种直流稳压电源。下面我们对两种稳压电源进行分析。 线性稳压电源原理图如图2-1所示： 由50Hz工频变压器，整流器，滤波器，串联调整稳压器组成。 开关稳压电源其输入，输出隔离的开关电源原理框图： 50HZ单相交流220V电压或三相交流220V/380V电压经EMI防电磁干扰电源滤波器，直接整流滤波，然后将滤波后的直流电压经变换为数十或数百千赫的高频方波和准方波电压，通过高频变压器并降压（或升压）后，再经高频整流，滤波电路，最后输出直流电压。通过采样，比较，放大或控制，驱动电路，控制变换器中功率开关管的占空比，便得到稳定的输出电压。 两类电源的选择: 线性稳压源的优点是：电源稳定度及负载稳定度较高；输出纹波电压小；瞬态响应速度快；线路结构简单，便于维修；没有开关干扰。缺点是：功耗大、效率低，其效率一般只有35~60%；体积大、质量重、不能微小型化；必须有较大容量的滤波电容。其中，交换效率低下是线性稳压电源的重要缺点，造成了资源的严重浪费。在这种背景下，开关稳压电源应运而生。任何电子设备均需直流电源来供给电路工作，特别是采用电网供电的电子产品，为了适应电网电压波动和电路的工作状态变化，更需要具备适应这种变化的直流稳压电源。但开关稳压电源的主要缺点是电路比较复杂。输出纹波电压较高，瞬态响应差，并且存在较为严重的开关干扰。当今，开关稳压电源的进一步推广应用的困难是它的制作技术难度大，维修麻烦和成本较高，这是需要解决的第一个问题。开关稳压电源的效率是与开关管的变换速度成正比的。开关稳压电源中采用了开关变压器，使之由一组输入，得到极性，大小各不相同的多组输出。要进一步提高效率，必须提高电源的工作频率。但是，当频率提高以后，对整个电路元器件的要求，有了进一步的提高。这是需要解决的第二个问题。工作在线性状态的稳压电源，具有稳压和滤波的双重作用，因而串联线性稳压电源不产生开关干扰，且纹波电压输出较小。但是，在开关稳压电源中的开关管工作在开关状态，其交变电压和输出电流会通过电路中的元器件产生较强的尖峰干扰和谐振干扰。这些干扰会进入市电电网，影响邻近的电子设备的正常工作。克服这一缺点，进一步提高它的使用范围，是要解决的第三个问题。 根据比较，我们选择电源稳定度及负载稳定度较高；输出纹波电压小线性电源。直流电源是电子技术实验装置工作状态的保证和能源的提供者，但大多数固定电源允许输出电压±10％的范围内变化，这还不能满足有些实验电路的要求，于是我们设计了输出可调的或允许更大变化范围的电源。 本电源的性能：具有一定的短路过载自动保护功能。精度高，连续可调。稳压电源一般由变压器、整流器、滤波器和稳压器四大部分组成，变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。 2.1 直流稳压电源的基本组成： 直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成，各部分电路，各自完成自己的工作，将220V的交流电转换为稳定输出的直流电。基本原理框图如图2-1： 直 直流稳压电源的组成框图 2.2.1电源变压器 电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压U1变换为整流电路所需的交流电压U2。电源变压器的效率为： ?＝ 其中：P2是变压器副边的功率，P1是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表１所示： 　　　　　　　　表１　小型变压器的效率 副边功率P2 10VA 10～30VA 30～80VA 80～200VA 效率 0.6 0.7 0.8 0.85 因此，当算出了副边功率P2后，就可以根据上表算出原边功率P1。 2.2整流电路： 2.3滤波电路 从上面的分析可以看出，整流电路输出波形中含有较多的纹波成分，与所要求的波形相去甚远。所以通常在整流电路后接滤波电路以滤去整流输出电压的纹波。滤波电路常有电容滤波，电感滤波和RC滤波等。 电容滤波电路： 图2-5 上图分别是桥式整流电容滤波电路和它的部分波形。这里假设t0时，电容器C已经充电到交流电压V2的最大值（如波形图所示）。 滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压U3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压UI。UI与交流电压U2的有效值的关系为： UI=(1.1～1.2)