1、1電路供電系統(tǒng)設(shè)計電路供電系統(tǒng)設(shè)計2主要內(nèi)容主要內(nèi)容31 直流穩(wěn)壓電源分類簡介直流穩(wěn)壓電源分類簡介線性直流穩(wěn)壓電源線性直流穩(wěn)壓電源：集成線性穩(wěn)壓電源價格便宜，紋：集成線性穩(wěn)壓電源價格便宜，紋波小，使用簡單，適用于模擬放大電路。波小，使用簡單，適用于模擬放大電路。缺點缺點:重量、體積大效率較低，尤其大電流和低電壓輸重量、體積大效率較低，尤其大電流和低電壓輸出的情況，目前通常僅適用出的情況，目前通常僅適用1安培以下電流的需要。安培以下電流的需要。開關(guān)直流穩(wěn)壓電源開關(guān)直流穩(wěn)壓電源：又可分為：又可分為AC/DC和和DC/DC兩類，兩類，價格便宜，市售廣泛，效率高，體積小，重量輕，適價格便宜，市售廣泛，

2、效率高，體積小，重量輕，適用于數(shù)字電路，安培級或以上的應(yīng)用。用于數(shù)字電路，安培級或以上的應(yīng)用。缺點缺點:紋波較大，電路結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。紋波較大，電路結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。直流電源的主要指標(biāo)：直流電源的主要指標(biāo)：輸出電壓、輸出電流、脈動系輸出電壓、輸出電流、脈動系數(shù)、效率、噪聲特性數(shù)、效率、噪聲特性等。等。典型直流穩(wěn)壓電源典型直流穩(wěn)壓電源開關(guān)電源開關(guān)電源大功率線性電源大功率線性電源大功率開關(guān)電源大功率開關(guān)電源線性電源線性電源電源頻域、噪聲特性電源頻域、噪聲特性5開關(guān)電源開關(guān)電源線性電源線性電源back62 技術(shù)方案獲取思路技術(shù)方案獲取思路1、從設(shè)計任務(wù)開始分析、從設(shè)計任務(wù)開始分析自頂向下設(shè)計自頂向下設(shè)計l

3、設(shè)計過程從輸入輸出參數(shù)開始，通過查找相關(guān)參考電設(shè)計過程從輸入輸出參數(shù)開始，通過查找相關(guān)參考電路，通過設(shè)計、計算獲得各元器件的組成和具體參數(shù)值。路，通過設(shè)計、計算獲得各元器件的組成和具體參數(shù)值。l可能獲得多種技術(shù)方案，需選擇其中相對最優(yōu)的一種?？赡塬@得多種技術(shù)方案，需選擇其中相對最優(yōu)的一種。2、從關(guān)鍵器件開始分析、從關(guān)鍵器件開始分析自底向上設(shè)計自底向上設(shè)計l通過已知的通過已知的關(guān)鍵器件關(guān)鍵器件及其典型外部電路獲得基本電路，及其典型外部電路獲得基本電路，通過結(jié)合輸入輸出的參數(shù)補(bǔ)充完成完整電路。通過結(jié)合輸入輸出的參數(shù)補(bǔ)充完成完整電路。l設(shè)計相對簡單，方案也相對唯一，但過分依賴設(shè)計相對簡單，方案也相對

4、唯一，但過分依賴參考設(shè)參考設(shè)計計。back73 自頂向下設(shè)計自頂向下設(shè)計3.1 線性直流穩(wěn)壓電源組成線性直流穩(wěn)壓電源組成經(jīng)經(jīng)文獻(xiàn)檢索：文獻(xiàn)檢索：AC220V-DC12V的線性穩(wěn)壓電的線性穩(wěn)壓電源基本結(jié)構(gòu)組成框圖：源基本結(jié)構(gòu)組成框圖：83.2 電路原理與電路原理與設(shè)計設(shè)計設(shè)計項目：設(shè)計項目：1. 整流元件的參數(shù)選擇；整流元件的參數(shù)選擇；2. 濾波電容的參數(shù)選擇；濾波電容的參數(shù)選擇；3. 三端穩(wěn)壓塊三端穩(wěn)壓塊的參數(shù)選擇；的參數(shù)選擇；4. 電源變壓器加工參數(shù)；電源變壓器加工參數(shù)；重點項目：重點項目：確定變壓器次級繞組輸出電壓確定變壓器次級繞組輸出電壓有效值有效值（直接決定了電源的（直接決定了電源的耗

5、耗散功率、溫度狀況和體積散功率、溫度狀況和體積大小大?。┑湫碗娐吩韴D典型電路原理圖3.3 整流元件整流元件101）整流原理）整流原理n半波整流半波整流原理及參數(shù)計算依據(jù)原理及參數(shù)計算依據(jù)n橋式整流橋式整流原理及參數(shù)計算依據(jù)原理及參數(shù)計算依據(jù)n二極管整流參數(shù)計算二極管整流參數(shù)計算l 二極管平均整流電流二極管平均整流電流ID（AV）l 二極管最大反向電壓二極管最大反向電壓URM112）半波整流原理與參數(shù)設(shè)計）半波整流原理與參數(shù)設(shè)計n平均輸出電壓平均輸出電壓 U0（AV）n整流管平均整流電流整流管平均整流電流 ID(AV)n整流管最大整流管最大反向峰值電壓反向峰值電壓URM0()22012sin(

6、) ()0.452AVUUt dtULLAVAVDRURUI2)(0)(45.022UURM123）橋式整流原理與參數(shù)設(shè)計）橋式整流原理與參數(shù)設(shè)計n平均輸出電壓平均輸出電壓 U0（AV）n整流管平均整流電流整流管平均整流電流 ID(AV)n整流管最大反向峰值電壓整流管最大反向峰值電壓URM202)(09 .0)()sin(21UtdtUUAV0()2()0.9AVD AVLLUUIRR22UURM133.4 濾波原理濾波原理n途徑途徑:安裝濾波電容安裝濾波電容n問題問題:n半波整流半波整流 經(jīng)過濾波以后二極管的參數(shù)選擇有什么不同？經(jīng)過濾波以后二極管的參數(shù)選擇有什么不同？n橋式整流橋式整流 經(jīng)過

7、濾波以后輸出電壓的平均值經(jīng)過濾波以后輸出電壓的平均值U0（AV）=？ 濾波電容濾波電容C參數(shù)應(yīng)如何選擇？參數(shù)應(yīng)如何選擇？141）半波整流濾波原理）半波整流濾波原理n電容充電使二極管在整個半周內(nèi)并電容充電使二極管在整個半周內(nèi)并不不完全導(dǎo)通完全導(dǎo)通，它只在，它只在t3t4內(nèi)導(dǎo)通；內(nèi)導(dǎo)通；n最大整流電流（最大整流電流（IF）：若電源在交流：若電源在交流電的正半周任何時刻接通，由于電容電的正半周任何時刻接通，由于電容兩端的電壓不能發(fā)生突變，將有很大兩端的電壓不能發(fā)生突變，將有很大的沖擊電流流過，的沖擊電流流過，IF一般比額定電流一般比額定電流大大2至至3倍，即：倍，即：n負(fù)載開路時負(fù)載開路時，電容兩端

8、的電壓將保持，電容兩端的電壓將保持在交流電的峰值電壓，二極管的反向在交流電的峰值電壓，二極管的反向峰值電壓峰值電壓URM比原來的高出一倍，即：比原來的高出一倍，即：n上述兩式同樣適合與橋式整流。上述兩式同樣適合與橋式整流。LFII)32(222UURM152）橋式整流濾波原理）橋式整流濾波原理n輸出輸出直流電壓平均值直流電壓平均值近似計算：近似計算：n平均電壓平均電壓U0（AV）：n濾波電容濾波電容C：)41 (2)41 (2222max0)(0max0min0max0min0max0max0min0max0)(0CRTUCRTUUCRTUUUUUUUUULLAVLAV(35)TLR C0(1

9、5002000)IC5LTCR2)(02.1UUAV經(jīng)驗上：經(jīng)驗上：163.5 三端穩(wěn)壓塊三端穩(wěn)壓塊原理原理n抑制負(fù)載電阻變化和電網(wǎng)波動抑制負(fù)載電阻變化和電網(wǎng)波動使輸使輸出電壓穩(wěn)壓原理出電壓穩(wěn)壓原理:n若調(diào)整管處于放大區(qū)時，電網(wǎng)電壓若調(diào)整管處于放大區(qū)時，電網(wǎng)電壓的波動完全被調(diào)整管所吸收。的波動完全被調(diào)整管所吸收。n三端穩(wěn)壓集成塊輸出穩(wěn)定電壓的必三端穩(wěn)壓集成塊輸出穩(wěn)定電壓的必要條件要條件:n輸入端與輸出端的電壓差必須大輸入端與輸出端的電壓差必須大于調(diào)整管的飽和壓降于調(diào)整管的飽和壓降，即變壓器，即變壓器的輸出功率必須有一部分的輸出功率必須有一部分被消耗被消耗在調(diào)整管上。在調(diào)整管上。Uo V- V0

10、 Ue UoUo U- V0 Ue Uo172）調(diào)整管輸出特性）調(diào)整管輸出特性在飽和壓降范圍以內(nèi)調(diào)在飽和壓降范圍以內(nèi)調(diào)整管工作在線性區(qū)，無法整管工作在線性區(qū)，無法穩(wěn)定輸出穩(wěn)定輸出;一般器件飽和壓降一般器件飽和壓降Vces至少至少2.5V； 低壓降型飽和壓降可小低壓降型飽和壓降可小于于0.3V。VceVceIcIc 飽和飽和壓降壓降VcesVces在實驗中將測試調(diào)整管分別工作在放大區(qū)和飽和在實驗中將測試調(diào)整管分別工作在放大區(qū)和飽和區(qū)時的輸出電壓特征。區(qū)時的輸出電壓特征。183）集成線性穩(wěn)壓器）集成線性穩(wěn)壓器三端穩(wěn)壓器種類：三端穩(wěn)壓器種類：正輸出固定電壓：正輸出固定電壓：78XX負(fù)輸出固定電壓：負(fù)

11、輸出固定電壓：79XXXX：05、06、08、09、10、12、15、18、24按電流大小表示：按電流大小表示： 78H12 對應(yīng)電流為對應(yīng)電流為5A 7812 對應(yīng)電流為對應(yīng)電流為1A 78M12 對應(yīng)電流為對應(yīng)電流為0.5A 78L12 對應(yīng)電流為對應(yīng)電流為0.1A194）三端穩(wěn)壓器的引腳）三端穩(wěn)壓器的引腳1 2 378XX的管腳：的管腳：1 輸入，輸入，2地，地，3輸出輸出79XX的管腳：的管腳：1 地，地，2輸入，輸入，3輸出輸出不同封裝管腳不一，詳見數(shù)據(jù)手冊不同封裝管腳不一，詳見數(shù)據(jù)手冊根據(jù)使用功率的不同選擇不同根據(jù)使用功率的不同選擇不同的散熱器，以螺絲固定與散熱的散熱器，以螺絲固定

12、與散熱器，安裝于板上器，安裝于板上203.6 參數(shù)計算參數(shù)計算 211） 三端穩(wěn)壓塊的輸入直流電壓三端穩(wěn)壓塊的輸入直流電壓UIUUUI輸入輸出最小壓差）輸出電壓（0U和和UI可查數(shù)據(jù)手冊確定，也可由實驗測定?？刹閿?shù)據(jù)手冊確定，也可由實驗測定。IU來自來自78系系列數(shù)據(jù)手列數(shù)據(jù)手冊冊222） 變壓器次級繞組輸出電壓變壓器次級繞組輸出電壓U2nUI既是整流輸出的平均電壓，也是三端穩(wěn)壓集成既是整流輸出的平均電壓，也是三端穩(wěn)壓集成塊的輸入電壓：塊的輸入電壓：n變壓器參數(shù)：變壓器參數(shù)：n變比，副方電流變比，副方電流：n功率功率：在考慮一定的：在考慮一定的電壓和功率冗余電壓和功率冗余后通常按照后通常按照副

13、方電壓和功率采購：典型的如副方電壓和功率采購：典型的如15V/5W。VUUI1 .122 . 15 .142 . 12VUUAV5.142.12)(00()2()0.9250AVD AVLLUUImARR233）計算濾波電容）計算濾波電容Cn放電時間常數(shù)大一些更為理想，但過大價格高放電時間常數(shù)大一些更為理想，但過大價格高n其中其中R L為三端穩(wěn)壓集成塊的輸入等效電阻為三端穩(wěn)壓集成塊的輸入等效電阻n負(fù)載大小決定了放電時間，最小電阻時負(fù)載大小決定了放電時間，最小電阻時n電容的耐壓范圍：電容的耐壓范圍：n考慮到市電的波動也能可靠使用，電容耐壓值不小考慮到市電的波動也能可靠使用，電容耐壓值不小于于25

14、V（25，40，50V均可）。均可）。5?LR CT4825.012LILIURVUUAV5.142.12)(01000CuF244）整流二極管參數(shù)計算）整流二極管參數(shù)計算最大整流電流最大整流電流IF:最大反向峰值電壓最大反向峰值電壓URM:確定二極管型號為確定二極管型號為1N4001（1A/50V）。）。(23)0.25 30.75FLIIA 22 22 2 12.134.2RMUUV4 自底向上設(shè)計方法自底向上設(shè)計方法n自底向上思路自底向上思路n由關(guān)鍵器件確定其外圍由關(guān)鍵器件確定其外圍電路；電路；n根據(jù)根據(jù)+Vi的要求設(shè)計前的要求設(shè)計前級電路；級電路；n選擇變壓、整流、濾波選擇變壓、整流、

15、濾波電路，設(shè)計過程同前。電路，設(shè)計過程同前。back變壓器變壓器穩(wěn)壓塊穩(wěn)壓塊5 實驗內(nèi)容與測試步驟實驗內(nèi)容與測試步驟n實驗?zāi)康模簩嶒災(zāi)康模簄1、電路元器件參數(shù)對輸出電壓的影響、電路元器件參數(shù)對輸出電壓的影響n測試半波整流測試半波整流/全波整流條件下，不同電容值，不同負(fù)載全波整流條件下，不同電容值，不同負(fù)載條件下的三端穩(wěn)壓塊的輸入和輸出波形和有效值。條件下的三端穩(wěn)壓塊的輸入和輸出波形和有效值。n*不同電容值和不同的負(fù)載決定不同的放電時間。不同電容值和不同的負(fù)載決定不同的放電時間。n2、確定確定U2、 U的最佳有效值的最佳有效值n通過改變市電電壓通過改變市電電壓U1等效改變等效改變U2，觀察三端穩(wěn)

16、壓器的穩(wěn)，觀察三端穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓情況，并測試三端穩(wěn)壓器的壓情況，并測試三端穩(wěn)壓器的Un*改變輸入等同于改變改變輸入等同于改變U1和和U2的變比。的變比。285.1 實驗調(diào)試電路實驗調(diào)試電路J1整流選擇整流選擇1與與2連接為半波整流連接為半波整流2與與3連接為橋式整流連接為橋式整流J2電容選擇電容選擇1與與2連接為連接為1100F2與與3連接為連接為100 FJ3負(fù)載選擇負(fù)載選擇1與與2 連接為連接為502與與3連接為連接為100 B1U2D1D2D3D4+C1100U/25VA+C21000U/25VINGNDOUT7812J2J1+C3100U/25VBR1100R2100J3J11-2 HA

17、LF2-3 FULLJ2ON +C2OFF -C2J3ON +R2OFF -R21 12 23 30 0 - - 2 2 5 5 0 0 V V自自 耦耦 變變 壓壓 器器2 2 2 2 0 0 V V 295.2 實驗步驟實驗步驟1.電源變壓器的輸入插頭直接與電網(wǎng)電壓電源變壓器的輸入插頭直接與電網(wǎng)電壓220V連接，連接，按表格中按表格中J1、J2、J3的不同設(shè)置的不同設(shè)置，觀察，觀察UA和和UB的波的波形并測量它們的電壓，試比較它們的特點。形并測量它們的電壓，試比較它們的特點。2.電源變壓器的輸入插頭與電源變壓器的輸入插頭與自耦變壓器（調(diào)壓器）自耦變壓器（調(diào)壓器）連連接，由接，由220V開始

18、減小調(diào)壓器的輸出電壓，即開始減小調(diào)壓器的輸出電壓，即減小減小電電源變壓器的輸出電壓的源變壓器的輸出電壓的有效值有效值U2，同時觀察，同時觀察A點和點和B點的電壓波形變化，記錄典型波形，并記錄輸出電點的電壓波形變化，記錄典型波形，并記錄輸出電壓可恒定（壓可恒定（12V）時最小壓差）時最小壓差 。3.要求要求:合理使用萬用表和示波器。合理使用萬用表和示波器。U305.2 實驗實驗1 電路結(jié)構(gòu)參數(shù)對輸出電壓的影響電路結(jié)構(gòu)參數(shù)對輸出電壓的影響 100F 1100F 100F 1100F整流方式 電容容量 負(fù)載電阻 輸入電壓 輸出電壓50100501005010050100 半 波 整 流 橋 式 整 流315.3 實驗實驗2 確定確定U2、 的最佳有