二极管截止,C→RL放电。
u2>uC时:
二极管D1、D3导通,一方面向RL提供电流,另一方面向c充电。
电容滤波电路的特点:
(1)输出电压Uo与放电时间常数RLC有关。
RLC愈大电容器放电愈慢纹波减小Vo愈大
(2)流过二极管瞬时电流很大。
RLC越大Uo越高负载电流的平均值越大;整流管导电时间越短iD的峰值电流越大
1.3稳压电路:
直流电压随着电网电压的波动、负载和温度的的变化而变化,所以需要在整流滤波电路后加,用以维持输出直流电压稳定。
稳压电源的技术指标分为两种:
一种是特性指标,包括与内需的输入电压,输出电流及输出电压条件范围等;另一种是质量汉字表,用来衡量输出直流电压的稳定程度,包括稳压系数,电压调整率,电流调整率,输出电阻,温度系数及纹波电压等。
输出电压:
输出电压变化量:
电压调整率:
输入调整因数:
稳压系数:
输出电阻:
温度系数:
1.3.1晶体管串联型直流稳压电源:
图1-8晶体管串联型直流稳压电源
图1-9晶体管串联型直流稳压电源框图
工作原理:
当电网电压波动或负载变动引起输出直流电压发生变化时,取样电路取出输出电压的一部分送入比较放大器,并与基准电压进行比较,产生的误差信号经T2放大后送到调整管T1改变其管压降,以补偿输出电压的变化,从而达到稳定输出电压的目的。
1.3.2固定输出稳压电源:
1.主要技术指标:
(1)输入电压:
AC:
~220V;
(2)输出直流稳压:
DC:
3V、4.5V、6V三档;(3)输出直流电流:
额定值150mA,最大值300mA;(4)具有过载,短路保护,故障消除后自动恢复;(5)充电稳定电流:
60mA(±10%);(6)充电时间:
10-12小时。
随着半导体工艺的发展,现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源,具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。
最简单的集成稳压电源只有输入,输出和公共引出端,故称之为集成三端稳压器。
常用的W7800(W7900)系列三端集成稳压器(实物图见附录4),其内部也是串联型晶体管稳压电路。
电路内部附有短路和过热保护环节。
2.固定式(78正电压系列、79负电压系列)
CW78LXX:
输出电流最大150mA
CW78MXX:
输出电流最大为500mA
CW78XX:
输出电流最大为1.5A
性能特点(7800、7900系列):
输出电流超过1.5A(加散热器);不需要外接元件;内部有过热保护;内部有过流保护;调整管设有安全工作区保护;输出电压容差为4%。
三端固定输出集成稳压器的应用:
图1-9
工作原理:
Ci用来抵消输入端接线较长时的电感效应,防止产生自激振荡。
即用以改善波形。
Co为了瞬时增减负载电流时,不致引起输出电压有较大的波动。
即用来改善负载的瞬态响应。
输出可调集成稳压器的应用
图1-10输出可调集成稳压器压器
工作原理:
2—3脚之间稳定的基准电压,VREF=1.25V,R1取值:
120~240Ω,确保稳压器在空载时也能正常工作;改变RP可改变输出。
2.原件选型及型号参数:
2.1变压器的选择:
(1)四路直流输出,-12V、+5V、+12V以及+1.25V~+14V可调直流电压。
(2)各路直流输出电流不小于0.5A
最大输出电压为14V,根据计算公式,加滤波电容后,直流输出电压UO≈1.2U2,所以要选择双端输出变压器,并且变压器副边输出电压为(14+3)/1.4=12.14V。
结合输出电流要求,选择I/P220V~50Hz,O/P12V*2600mA的变压器作为电源变压电路。
2.2整流电路选择:
由理论可知,全波整流和桥式整流的效率均为UO=0.9U2,全波整流的二极管最大反向耐压值为2.82U2,管子导通电流为0.5IO=250mA。
查手册可知,常用整流二极管1N4007最大反向耐压为1000V,最大正向平均整流电流为1A,可以满足本设计要求。
因此,采用1N4007组成单相全波整流电路作为直流电源的整流电路。
2.3滤波电路选择:
由于输出最大电压为14V,电流最小为0.5A,所以,RL=28Ω。
采取电路较为简单的电容滤波,为了获得较为平滑的负载电压,一般时间常数τ=RL*C≥(3~5)T/2.取RL*C=5*T/2,得C=1786μF。
考虑电网电压波动±10%,则电容所能承受的最高电压1.1*U2*1.414=18.67V,所以采用2200μF,25V的电解电容作为滤波电容。
2.4稳压电路的选择:
根据输出要求可知,有固定输出和可调输出两大块。
由于集成稳压器具有稳定性高以及完善的内部保护措施,并且使用方便、价格低廉,所以决定采用7812,7912,7805作为固定稳压器,采用LM317作为可调稳压器,两者的纹波电压均可在50mV以下;输出电流方面,78系列可达到1.5A,317系列TO220封装也可达到1.5A,完全满足设计要求。
故采用上述器件作为整个电源的稳压部分。
3.电路板设计
在原理确定,器件选型结束后,可以开始制作PCB。
3.1原理图的绘制:
按照所述原理,利用AltiumDesginer软件进行绘制。
在绘制过程中应注意:
(1)元器件管脚要正确连接;
(2)原件标识直观明了;(3)原理图层次清晰。
3.2建立元器件封装库:
根据所选原件型号,仔细查阅数据手册。
根据手册中器件尺寸图,使用正确的器件封装
注意:
遇到库中不存在的器件封装,如散热片,手动绘制封装时,需要仔细测量其尺寸。
3.3PCB的绘制:
要求:
布局合理,布线清晰
注意:
(1)散热片与电解电容距离要适中,防止电容受热老化
(2)使用覆铜作为地平面(地线)。
印刷电路板及电路板见附录2、3.PCB原理图见附录1。
4.电路的安装与调试
4.1元器件检查与整形:
检查PCB是否有断线、短路、破损等情况;检查元件型号、数量是否与清单一致(固定输出稳压电源元器件清单见附录6)。
对主要元器件(如电源线、变压器、整流二极管等)进行参数测定。
使用工具对相关元件按照相关技术规范进行整形。
(严禁粗暴整形)。
4.2焊接:
焊接要按照从低到高的顺序,依次进行。
焊点要有光滑整齐的外观,足够的机械强度以及可靠的电气连接。
4.3装配:
注意:
(1)变压器副边中心抽头要接到地线上。
(2)220V电源线与变压器原边接线要有热缩管保护,防止触电短路。
4.4调试:
(1)检查电源插头是否短路。
(2)各输出对地是否短路。
若上述两步均可通过,即可进行通电检查。
逐级测量各点参数是否符合设计要求。
4.5常见问题处理:
(1)变压器副边无输出
断电后检查副边线圈电阻,若电阻为无穷大,更换新的变压器。