基于集成直流穩壓電源的設計

0 引言

任何電子設備的工作都離不開(kāi)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壓電源兩種。干電池具有輸出電壓穩定便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)但是其容量低壽命短的缺點(diǎn)也十分明顯。而直流穩壓電源能夠將220V交流電轉換為源源不斷的穩定的直流電。它由變壓、整流、濾波、穩壓四部分電路等組成。參考電路如圖1所示。

1.變壓

穩壓電源的輸出電壓一般是根據儀器設備的需要而定的，有的儀器設備同時(shí)需要幾種不同的電壓。單獨的穩壓電源，其輸出電壓在一定的范圍內可以調節，當調節范圍較大時(shí)，可分幾個(gè)檔位。因此，需要將交流電通過(guò)電源變壓器變換成適當幅值的電壓，然后才能進(jìn)行整流等變換，根據需要，變壓器的次級線(xiàn)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(mǎn)足電源功率和輸出電壓的需要，變壓器選用應遵循以下原則：

(1)在220V±15%情況下應能確?？煽糠€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(gè)二極管正向導通的壓降;三是要留有一定的余量。輸出電壓過(guò)高會(huì )增加散熱量，過(guò)低會(huì )在輸出低壓時(shí)不穩定，由此來(lái)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(dòng)直流電，主要利用二極管單向導電原理實(shí)現，整流電路可分為半波整流、全波整流和橋式整流。電源多數采用橋式整流電路，橋式整流由4個(gè)二極管組成，每個(gè)二極管工作時(shí)涉及兩個(gè)參數：

一是電流，要滿(mǎn)足電源負載電流的需要，由于橋式整流電路中的4個(gè)二極管是每?jì)蓚€(gè)交替工作，所以，每個(gè)二極管的工作電流為負載電流的一半;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(dòng)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，可根據實(shí)驗原理中的有關(guān)公式和電網(wǎng)變化情況，設計、計算其電容量和耐壓值，選定電容的標稱(chēng)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定可靠。通常在0.01μF~0.33μF范圍內。

(1)低頻濾波電容的耐壓值應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選取應滿(mǎn)足：C2≥RL1(3~5)2T;

RL為負載電阻，T為輸入交流電的周期。對于集成穩壓后的濾波電容可以適當選用數百微法即可;

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

C2≥(IL/50mA)×100uF.

4.穩壓

經(jīng)過(guò)整流和濾波后的直流電壓是一個(gè)含有紋波并隨著(zhù)交流電源電壓的波動(dòng)和負載的變化而變化的不穩定的直流電壓，電壓的不穩定會(huì )引起儀器設備工作不穩定，有時(shí)甚至無(wú)法正常工作。為此在濾波后要加穩壓電路，以保障輸出電壓的平穩性。穩壓方式有分立元件組成的穩壓電路和集成穩壓電路。

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

(1)串聯(lián)穩壓電路

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

(2)集成穩壓器

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

三端穩壓器按輸出電壓方式可分為四大類(lèi)：

①固定輸出正穩壓器7800系列，如7805穩壓值為+5V.

②固定輸出負穩壓器7900系列。

③可調輸出正穩壓器L M 1 1 7、L M 2 1 7、LM317及LM123、LM140、LM138、LM150等。

④可調輸出負穩壓器L M 1 3 7、L M 2 3 7、LM337等。

5.直流穩壓電源一般都要加裝保險和散熱片

保險是用來(lái)保證電源安全工作的重要器件，保險能實(shí)現在電源輸出短路或超載時(shí)自動(dòng)切斷電路，從而保證電源的安全。散熱片作用是對集成穩壓電路進(jìn)行散熱，確保集成穩壓器工作時(shí)溫度不超過(guò)標準值。