12V简易直流稳压电源的设计Word文档格式.docx
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1时,流过电流Í
1,在铁芯中就产生交变磁通Ø
1,这些磁通称为主磁通,在它作用下,两侧绕组分别感应电势É
1,É
2,感应电势公式为:
E=4.44fNØ
m
式中:
E--感应电势有效值
f--频率
N--匝数
Ø
m--主磁通最大值
由于二次绕组与一次绕组匝数不同,感应电势E1和E2大小也不同,当略去内阻抗压降后,电压Ú
1和Ú
2大小也就不同。
当变压器二次侧空载时,一次侧仅流过主磁通的电流(Í
0),这个电流称为激磁电流。
当二次侧加负载流过负载电流Í
2时,也在铁芯中产生磁通,力图改变主磁通,但一次电压不变时,主磁通是不变的,一次侧就要流过两部分电流,一部分为激磁电流Í
0,一部分为用来平衡Í
2,所以这部分电流随着Í
2变化而变化。
当电流乘以匝数时,就是磁势。
上述的平衡作用实质上是磁势平衡作用,变压器就是通过磁势平衡作用实现了一、二次侧的能量传递。
1.2.2整流电路
整流电路的任务:
把交流电压转变为脉动的直流电压。
常见的小功率整流电路,有单相半波、全波、桥式和倍压整流等。
为分析简单起见,把二极管当作理想元件处理,即二极管的正向导通电阻为零,反向电阻为无穷大。
以单相桥式整流电路说明工作原理:
v2>
0时:
vL=v2
图
(2)
v2<
vL=-v2
图(3)
桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形
v2>
0时
D1,D3导通’D2,D4截止。
电流通路:
AD1RLD3B
v2<
D2,D4导通,D1,D3截止。
BD2RLD4A
输出是脉动的直流电压!
1.2.3滤波电路
通常用脉动系数S来表示输出电压脉动的程度
S定义:
整流输出电压的最低次谐波分量的峰值VL1m与直流分量VL之比。
图(4)
滤波电路的结构特点:
电容与负载RL并联,或电感与负载RL串联。
原理:
利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性,滤掉整流电路输出电压中的交流成份,保留其直流成份,达到平滑输出电压波形的目的。
几种滤波电路
(a)电容滤波电路
(b)电感电容滤波电路(倒L型)
(c)型滤波电路
图(5)
1.电容滤波电路
(1)滤波原理
以单向桥式整流电容滤波为例进行分析,其电路如图所示。
图(6)
1.
RL未接入时(忽略整流电路内阻)
v2正半周:
D1、D3导通→向C充电
v2负半周:
D2、D4导通→向C充电
(恒定)
图(7)
2.RL接入时的情况(设v2从0开始上升时接入)
开始v2<
vC,二极管截止,电容C通过RL放电,vC按指数规律下降。
当v2>
vC时,二极管D1、D3导通,向电容C充电,同时也给RL提供电流,vC随v2上升而上升。
图(8)
只有电压v2大于vC时,二极管导通,才有充电电流iD,因此流过二极管的瞬时电流很大。
可见,采用电容滤波时,整流管的导通角θ<
π。
图(9)
(2)电容滤波电路的特点
①输出电压VL平均值升高,且与时间常数RLC有关
RLC愈大电容器放电愈慢VL(平均值)愈大
一般取
(T:
电源电压的周期)
近似估算:
VL≈1.2V2
半波整流
电容滤波:
VL≈V2
怎样选电容:
C≥(3~5)T/2RL
,
耐压≥(1.5~2)V2
②二极管的导电角<
,流过二极管瞬时电流很大
故选管时,要留有足够的电流裕度,一般取
③输出特性(外特性)较软
图(10)
直流电压VL随负载电流增加而减少,带负载能力差。
如:
RL愈小(IL越大),Vo下降多,S增大。
结论:
电容滤波电路适用于输出电压较高,负载电流较小且负载变动不大的场合。
2.1具体电路图
图(11)
2.2电路中所用元件选择及参数值
2.2.1整流二极管的选择
图(12)
由U2a=10V,得每只整流二极管的最大反向电压URM为:
URM=1.414*U2a=1.414*10=14.14V
一般应使放电时间常数RLC大于电容C的充电周期(3~5)倍。
对桥式整流来说,C的充电周期等于交流电网周期的一半,即
RL*C=(3~5)T/2通过每只二极管的平均电流ID为:
ID=0.5I1=0.5*1508=754mA
根据ID和URM进行选管,可选用1N4001硅整流二极管50V,1A,(Ir=5uA,Vf=1V,Ifs=50A)。
2.2.2滤波电容的选择
选择二极管要依据二极管的反向耐压VRM和正向电流IF。
由于滤波电容的容量愈大,二极管导通角愈小,通过二极管脉冲电流的幅度愈大,因此,整流管的幅值电流必须加以考虑。
T=1/f=1/50=0.02s
电容的容值为:
C=(3~5)T/2RL1=(3~5)*0.01/12F=2500~4167uF
电容的耐压值为:
U>
1.1*1.414*U2a=1.1*1.414.10=15.55V
根据C和U,可选用CD11型铝电解电容器,(3300uF,25V)。
注:
CD11型铝电解电容器主要用于滤波和脉动电路中,属小形化类型。
CD11为圆柱形,立式一侧引线,D代表直径,H代表高。
它的工作温度范围是-40℃~+85℃,损耗角正切0.1~0.5,漏电流≤(0.03CUR+20)uA,容量允许偏差,对于容量≤10uF为+100%~-10%,>10uF为+50%~-10%。
因为大容量电解电容有一定的绕制电感分布电感,易引起自激振荡,形成高频干扰,所以稳压器的输入、输出端常并入小容量电容用来抵消电感效应,抑制高频干扰。
2.2.3集成稳压器的选择
由输出电压±
12V的设计要求,本方案的稳压电路采用两个三端固定稳压器W7812和W7912构成集成稳压器。
W7800和W7900系列三端式集成稳压器的输出电压是固定的,在使用中不能进行调整。
使用注意,为使调整管工作在放大区,应使UI–UO2V,但考虑调整管功耗,也不宜过大。
地端静态电流IQ=8mA。
W7800系列三端式稳压器输出正极性电压,一般有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V七个档次,输出电流最大可达1.5A(加散热片)。
若要求负极性输出电压,则可选用W79xx系列稳压器。
图2为W78xx与w79xx系列的外形和接线图,有三个引出端:
输入端(不稳定电压输入端)标以“1”
输出端(稳定电压输出端)标以“3”
公共端标以“2”
W7805的主要参数有:
输出直流电压U0=+5V,最大输出电流1.5A,电压调整率10mV/V,输出电阻R0=0.15Ω,输入电压UI的范围18~20V。
因为一般UI要比U0大3~5V,才能保证集成稳压器工作在线性区。
2.2.4电源变压器的设计
变压器次级线圈电压的有效值U2在前面已经求出,变压器次级线圈电流有效值I2比IL大,I2与IL的关系取决于电流脉冲波形的形状,波形愈尖,有效值越大。
I2≈(1.1~3)I2
这里取
I2=1.5IL=1.5*2=3A
变压器副边的功率为:
P2=P2b+P2a=2U2aI2=2*5*3=30VA
变压器副边与原边的功率比为:
P2/P1=η
式中η为变压器的效率。
一般小型变压器的效率如表1-1所示。
表1-1小型变压器的效率
副边功率P2
<
10AV
10~30VA
30~80VA
80~200VA
效率η
0.6
0.7
0.8
0.85
根据P2,由上表可以算出变压器的效率。
所以本方案可选择副边功率30~80VA,效率为0.8的电源变压器。
3总结
通过本次设计,让我们更进一步的了解到直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标。
也让我们认识到在此次设计电路中所存在的问题,而通过不断的努力去解决这些问题.在解决设计问题的同时自己也在其中有所收获。