新型電力抗干擾電源的設(shè)計(jì)

江寧聰，郭 迪，周鑫宇，賴志耀，李慧霖

（湖南科技大學(xué)，湘潭 411100）

1 引言

電源是一種向電子設(shè)備供電的裝置，也被稱為電源供應(yīng)器。它提供電器所有部件所需的所有電能。電源的內(nèi)部設(shè)計(jì)、電流和電壓是否穩(wěn)定，將直接影響到電子系統(tǒng)的使用壽命以及其穩(wěn)定性。尤其是直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，關(guān)系到整個(gè)電路系統(tǒng)的穩(wěn)定性和壽命，可見(jiàn)電源設(shè)計(jì)是電路設(shè)計(jì)中的一個(gè)尤為重要的環(huán)節(jié)。但是在電源為系統(tǒng)提供能量的同時(shí)，由于電路中的不穩(wěn)定電流和電路中的電磁輻射，所以電路系統(tǒng)也給電源增加了噪聲信號(hào)，但是在一個(gè)電子系統(tǒng)中，通常存在對(duì)電源中的噪聲敏感的電路，其中模擬電路和數(shù)字電路，高功率電路和小信號(hào)電路，時(shí)鐘線和信號(hào)線。微控制器的復(fù)位線、中斷線等控制線最容易受到外部噪聲干擾。如果電源設(shè)計(jì)不當(dāng)，對(duì)電源電路的強(qiáng)干擾會(huì)通過(guò)電源進(jìn)入其他電路，從而影響噪聲敏感電路的性能。甚至不能正常工作。

例如，A/D轉(zhuǎn)換電路中的模擬信號(hào)無(wú)法承受電源的干擾。然而，目前國(guó)內(nèi)外電源的抗干擾能力較弱。尤其是對(duì)高精密的電子儀器來(lái)說(shuō)，需要電源的抗干擾的要求較高，因此，為了提高電源的抗干擾能力，需要不斷的改進(jìn)與創(chuàng)新。

針對(duì)這種問(wèn)題，本文提出了一種新型解決方案，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方案具有價(jià)格低廉，系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，抗干擾能力較強(qiáng)的特點(diǎn)。

2 系統(tǒng)方案

2.1 直流穩(wěn)壓電源原理介紹

直流穩(wěn)壓電源大體上的設(shè)計(jì)思路就是首先通過(guò)變壓器將交流電壓由220V降為15V，整流電路可將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡瑢?duì)其脈動(dòng)變換較大的電流采用濾波電路進(jìn)行過(guò)濾，然后通過(guò)穩(wěn)壓電路就可以獲得較為穩(wěn)定的直流電。

下圖為直流穩(wěn)壓電源的系統(tǒng)框圖。

2.2 硬件總體設(shè)計(jì)

本抗干擾電源為直流穩(wěn)壓電源，其由五個(gè)部分設(shè)計(jì)電路組成：電源變壓器，整流電路，懸浮開(kāi)關(guān)電路，濾波電路，穩(wěn)壓電路。

元器件介紹：變壓器T、整流器DR、第一電阻R1、第二電阻R2、第一電容至第六電容C1-C6、非門(mén)控制芯片IC1、可變電阻RT、三端穩(wěn)壓器IC2，第一電子開(kāi)關(guān)A1至第四電阻開(kāi)關(guān)A4、電位器RP。設(shè)計(jì)圖如圖1所示

圖1

2.2.1 整流電路的論證與選擇

本系統(tǒng)的每個(gè)部分設(shè)計(jì)都經(jīng)過(guò)測(cè)試與思考，整流電路部分設(shè)計(jì)我們經(jīng)過(guò)思考與查詢大量資料后有三種設(shè)計(jì)方案。

方案一 單相半波整流電路

單相半波整流電路利用了二極管使得電流只能單相通過(guò)的特性，從而達(dá)到除去半周、剩下半周只輸出交流電的一半波形的效果，但是其整流效率并不高，對(duì)變壓器的利用率較低。

方案二 單相全波整流電路

單相全波整流電路的采用了兩個(gè)整流器，一個(gè)負(fù)責(zé)反方向的電流，一個(gè)負(fù)責(zé)正方向的電流，利用率比方案一要高，但是其不足之處是對(duì)反向電壓的要求較高。

方案三 單相橋式整流電路

該電路中存在四個(gè)二極管，利用二極管的單向電流導(dǎo)向作用，在交流輸入電壓U2的正半周內(nèi)，二極管D1、D3導(dǎo)通，D2、D4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，D1、D3截止，D2、D4導(dǎo)通，流過(guò)負(fù)載RL的電流方向與正半周一致。其對(duì)變壓器的利用率較前兩種方案而言較高，綜合以上三種方案的優(yōu)劣，我們采用了方案三。電路如圖2所示。

2.2.2 穩(wěn)壓電路

本系統(tǒng)穩(wěn)壓電路采用LM317集成電路模塊，LM317是一種可以改變輸出電壓的三端正電壓穩(wěn)壓集成模塊。在輸出電壓范圍1.2V到37V時(shí)能夠提供超過(guò)1.5A的電流，此穩(wěn)壓器十分容易使用。

圖2

2.3 系統(tǒng)結(jié)果與分析

在測(cè)試，我們將周期進(jìn)行反復(fù)切換，第一電子開(kāi)關(guān)A1至第四電子開(kāi)關(guān)A4在電路中起懸浮開(kāi)關(guān)作用，交流電AC經(jīng)降壓整流得到15V直流電源，當(dāng)控制電路輸出為正半周時(shí)，非門(mén)控制芯片CD4069UB第八引腳輸出高電平，第六引腳輸出為低電平，第二電子開(kāi)關(guān)A2和第三電子開(kāi)關(guān)A3導(dǎo)通，第一電子開(kāi)關(guān)A1和第四電子開(kāi)關(guān)A4截止，此時(shí)復(fù)充電源第二電容C2被充電，且與負(fù)載脫離，復(fù)充電源第一電容C1向負(fù)載供電且與電源脫離，當(dāng)控制電路輸出為負(fù)半周時(shí)，非門(mén)控制芯片IC1第八引腳輸出為低電平，第六引腳輸出高電平，從而使第二電子開(kāi)關(guān)A2和第三電子開(kāi)關(guān)A3截止，第一電子開(kāi)關(guān)A1和第四電子開(kāi)關(guān)A4導(dǎo)通，復(fù)充電源第一電容C1由電源充電與負(fù)載脫離，第二電容向負(fù)載供電且與電源脫離，起開(kāi)關(guān)作用，實(shí)現(xiàn)了隔離充電，抗干擾性強(qiáng)，適用于對(duì)抗干擾性要求高的場(chǎng)合。

3 結(jié)語(yǔ)

由于電源引入的干擾是最直接和強(qiáng)烈的，由此可見(jiàn)電源的抗干擾設(shè)計(jì)對(duì)于儀器設(shè)備相當(dāng)重要，本設(shè)計(jì)提出了一種新型抗干擾電源的設(shè)計(jì)方案，采用非門(mén)控制芯片為主控制芯片，同時(shí)配合四個(gè)電子開(kāi)關(guān)構(gòu)成懸浮式開(kāi)關(guān)，使電源的輸入輸出端隔離，本設(shè)計(jì)方案的實(shí)施成本低廉，原理簡(jiǎn)單易懂，能夠在一定程度上保證儀器的正常輸出。理論分析以及實(shí)際測(cè)試應(yīng)用都證明了上述電源干擾抑制系統(tǒng)方案具有較高的可行性，具有一定的市場(chǎng)應(yīng)用前景。