可自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電壓的直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

摘 要：電子設(shè)備的機(jī)內(nèi)電源大多都是通過單向?qū)щ娦栽骷⒔涣鬓D(zhuǎn)換為直流，并通過儲(chǔ)能元器件組成的濾波電路濾除直流中的脈動(dòng)成分。但經(jīng)整流和濾波后的電壓往往會(huì)隨交流電源電壓的波動(dòng)和負(fù)載的變化而變化。

關(guān)鍵詞：電子設(shè)備；電壓；變化

1 技術(shù)與指標(biāo)

電壓的不穩(wěn)定有時(shí)會(huì)造成許多不良影響，如電壓不穩(wěn)定產(chǎn)生的測量和計(jì)算誤差，引起控制裝置的工作不穩(wěn)定，甚至根本無法正常工作。因此，為了減小或者避免上述影響，合理的設(shè)計(jì)出穩(wěn)壓電路是很有必要的。主要技術(shù)指標(biāo)和要求：

（1）輸出直流電壓UO的調(diào)節(jié)范圍為3-12V，且連續(xù)可調(diào)；

（2）最大輸出電流小于200mA；

（3）穩(wěn)壓系數(shù)Sr<10%；

（4）能起到過流保護(hù)的作用。

大多數(shù)直流穩(wěn)壓電源包括變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓這四個(gè)部分。本方案也從這四個(gè)部分著手，其中，整流電路選用了單相橋式整流電路，濾波部分選用電容濾波器，穩(wěn)壓環(huán)節(jié)則采用三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器W117。

2 總體設(shè)計(jì)方案論證及選擇

2.1 降壓電路

電源變壓器的是變換交流電的靜止電氣設(shè)備，用來改變交流電壓到所需電壓值。實(shí)際上，理想變壓器有P1=P2=U1I1=U2I2。

根據(jù)U2/U1=N2/N1，變壓器通過改變次級(jí)線圈的匝數(shù)改變次級(jí)電壓，由于變壓器材料存在著鐵損與銅損，所以它的輸出功率略小于輸入功率。但可以方便的實(shí)現(xiàn)所需電壓的獲得。另外，電源變壓器用途廣泛，變壓穩(wěn)定，市場購買方便。綜上分析，我們選用電源變壓器來實(shí)現(xiàn)降壓功能。將220V的電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換成我們所需要的電壓以起到降壓的作用。由變壓器效率？濁=P2/P1，再根據(jù)性能指標(biāo)要求：UOmin=3V，U0max=12V，選用功率為10W的變壓器。

2.2 整流電路

整流電路采用互接成橋式結(jié)構(gòu)的四個(gè)單向?qū)ǘO管組成。利用二極管的單向?qū)ㄗ饔?，在交流輸入電壓U2的正半周內(nèi)，兩個(gè)正向二極管導(dǎo)通，反向二極管截止，在負(fù)載RL上得到上正下負(fù)的輸出電壓；在負(fù)半周內(nèi)，正好相反，正向二極管截止，反向二極管導(dǎo)通，流過負(fù)載RL的電流方向與正半周一致。因此，無論在正半周還是在負(fù)半周內(nèi)，整流電路都能是負(fù)載上產(chǎn)生變相不變的脈動(dòng)直流電壓。

單向橋式整流電路中的二極管安全工作條件為：

（1）二極管的最大整流電流必須大于實(shí)際流過二極管的平均電流。

2.3 濾波電路

電路工作原理：設(shè)變壓器次級(jí)電壓U2的波形為正弦波形，由于采用全波整流的方式，因此在波形的正半周期和負(fù)半周期，電源電壓U2均能既對RL供電又對電容C進(jìn)行充電。

現(xiàn)U2按正弦規(guī)律上升，當(dāng)次級(jí)電壓U2高于UC時(shí)，二極管導(dǎo)通，在給負(fù)載供電的同時(shí)也給電容器C進(jìn)行充電。隨后，U2按正弦規(guī)律下降，當(dāng)U2低于UC時(shí)，二極管截止，電容C又經(jīng)RL放電。另外，當(dāng)U2先按正弦規(guī)律下降再按正弦規(guī)律上升即在負(fù)半周期時(shí)會(huì)得到與正半周期相同的充放電情況。因此，在正弦波電壓U2的作用下，電容不斷進(jìn)行充放電，從而得到一近似于鋸齒波的電壓UL=UC，是負(fù)載電壓逐步趨于穩(wěn)定。

通過以上的分析，我們得到有關(guān)電容濾波電路的如下結(jié)論：

（1）電容放電速度的快慢取決于RLC，RLC大則放電速度慢，負(fù)載電壓產(chǎn)生的電壓波動(dòng)小，負(fù)載電壓趨于平穩(wěn)。

2.4 穩(wěn)壓電路

單片集成穩(wěn)壓電源不但克服了穩(wěn)壓二極管的缺點(diǎn)，而且具有較小體積、較高的可靠性、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。

本課題選用三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器W117來調(diào)節(jié)輸出電壓。

其中Ci用來與電感效應(yīng)相互抵消，消除自激振蕩以保護(hù)電路穩(wěn)定電壓，這里取0.3。

C0用來消除輸出電壓“毛刺”，進(jìn)一步完善并調(diào)整輸出電壓，這里取1。

3 方案的原理框圖

4 總體電路圖

通過上述總體方案的論證，我們選用電源變壓器來實(shí)現(xiàn)降壓功能，整流電路選用單相橋式整流電路，濾波部分選用電容濾波器，穩(wěn)壓環(huán)節(jié)則采用三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器W117。

參考文獻(xiàn)

[1]劉全忠.電子技術(shù)[M].2版.北京：高等教育出版社，2004.

[2]葉挺秀，張伯堯.電工電子學(xué)[M].2版.北京：高等教育出版社，2004.

[3]孫駱生.電工學(xué)基本教程[M].4版.北京：高等教育出版社，2008.

[4]秦曾煌.電工學(xué)-電子技術(shù)[M].7版.北京：高等教育出版社，2009.

作者簡介：徐赫彤（1995，5-），男，籍貫：吉林省長春市，學(xué)歷：本科在讀，研究方向：交通運(yùn)輸。