文档介绍：多路输出直流稳压电源的设计
学****目标:学会用集成稳压器或运算放大器构成直流稳压电源,掌握线性稳压电源的工程设计方法;学会用EDA软件(Proteus)仿真稳压电源的工作状态;掌握稳压电源的安装、实验调试方法;研究提供电源质量指标的技术方案。
一、设计任务与要求
设计由集成稳压器或运算放大器构成的单路输入多路输出直流稳压电源;用Proteus软件绘制电原理图,并对所设计的电路进行仿真;实验测试电路的性能指标。
①.输入交流电压:U~=18V±10%(单路)
②.输出直流电压:Uo1=15V,Uo2=~5V(连续可调)Uo3=-6V,
其中Uo1独立输出,Uo2和Uo3共地输出。
③.输出电流:Io1=500mA,Io2=100mA,Io3=-100mA.
主要元器件:三端稳压器7815、7812、LM317,运算放大器LM324(单电源、四运放),UA741(双电源、单运放)。大功率三极管;TIP41C(NON),TIP42(PNP),负载电阻:100Ω/1W。
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①.稳压系数:Su=(ΔUo/Uo)/(ΔUI/UI)≤
②.具有电流过载保护。
二、课题分析及设计思路
该课题的特点是只有一路交流输入,通过整流滤波后利用集成稳压器可获得单路电压输出。其方案可直接用三端稳压器7815如图1,也可以用7812、LM317实现可调输出如图2所示。
对于图2,其输出电压为Uo=U32(1+R2/R1)
课题要求Uo2和Uo3共地输出,通常只须将两电源串联即可,如图3所示。但用三端稳压器构成的电源不能直接这样应用,因为它需要两路输入的交流电源。图4是用三端稳压器构成的正负电源方案。
由于课题给定一路交流输入,当负载接入(或不同),其电源要流经稳压器基准回路,从而使输出电压不稳。解决问题的关键要将负载地与稳压器的地分离,并为各负载提供电流通路。电位分离技术可利用集成运放的虚短特性,将其接成电压跟随器即可。但由于运放输出电流有限,需要加电流扩展电路,图5是实现该思路的一种方案。
在图4的基础上,用6V稳压二极管代替7905后可作为图5的基准源(见图6)。但其电压稳定性还将受可调电源的影响。为了使输出电压有更好的稳压性能,可将Uo2和Uo3的基准分离,稳压管采用恒流供电,如图7所示。
三、单元电路设计及元器件选择
AC/DC变换器是将交流220V电压经变压器降压为所需的低压U2,再经整流、滤波后成为稳压器的直流输入电压。电路如图8所示。图中输出直流电压UI与交流电压U2的有效值U2之间的关系为UI=(-)U2。
电源变压器通常根据副边输出功率P2来选择,一般通过选取U2≥UImin/,I2≥Iomax来确定。整流二极管应根据其反向击穿电压URM>U2m,平均电流IF>Iomax来选择。滤波电容可由下式估算:C=Ict/ΔUI 式中,t为电容C的放电时间(t=T/2=),Ic为电容C放电电流,可取Ic=Iomax,滤波电容C的耐压值应大于U2m。ΔUI为稳压器输入端的变化量,可由稳压系数Su求得:ΔUI=ΔUoUI/UoSu
(1)选电源变压器
对于LM317:
Vomax+(Vi-Vo)min≤Vi≤Vomin+(Vi-Vo)max 6V+3V≤Vi≤3V+40V,9V≤Vi≤43V
副边电压V2≥Vimin/=9/,取V2=9V,
副边电流I2﹥Iomax,取I2=1A,
则变压器副边输出功率P2≥I2V2=9W,查表可得变压器的效率η=
则原边输入功率P1≥P2/η=15W。
对于78、79系列:15+(3~5)V≤Vi≤15V+35V
副边电压V2≥Vimin/=18/,取V2=17V,
副边电流I2﹥Iomax,取I2=1A,
则变压器副边输出功率P2≥I2*V2=17W,查表可得变压器的效率η=
P1≥P2/η=24W
综上两路考虑,为留有余地,选功率为30W的电源变压器
在图5中,Q3、Q4和RI构成限流保护电路。取样电阻RI可由Ube/=R来确定。可取Ube=。功放管Q1、Q2的选择按照功率放大器的设计原则进行。即功放管的最大功率PCM>,最大电流ICM>Iomax。管子β的选择应使运放有足够的驱动能力。即β>Iomax/Ioh,式中Ioh为运放的额定输出电流。本课题给定的功放管TIP41C(NPN)、TIP42C(PNP),其相关参数如下:β>30,ICM=6A,PCM=2W(如加散热片PCM=65W),VCEO=100V。
功率放大器的偏置电阻R3的选择对电源的稳