整機(jī)供電電源設(shè)計(jì)總結(jié)

1、. 整機(jī)電源設(shè)計(jì)一， 設(shè)計(jì)主要流程 圖1二， 基本模型 圖21. 電源變壓器的選擇：選擇合適的變壓器對(duì)電源的穩(wěn)定性有一定的影響，而且對(duì)穩(wěn)壓模塊也有一定的保護(hù)，如果變壓器輸出的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于穩(wěn)壓模塊的穩(wěn)壓值，會(huì)降低穩(wěn)壓模塊的使用壽命，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)損壞穩(wěn)壓模塊；如果變壓器的電壓小于穩(wěn)壓模塊的電壓，可能使穩(wěn)壓模塊失去穩(wěn)壓作用。如果制作正負(fù)電源時(shí)，還要選擇合適的雙副邊繞組變壓器（如圖3）。 圖32. 整流電路整流電路可分為單相半波整流電路和單相橋式整流電路。單相半波整流電路是最簡(jiǎn)單的一種整流電路（如圖4），在變壓器的正半周期，二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，而在負(fù)半周期，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)。負(fù)載電阻上的電壓和電流都

2、具單一方向的脈動(dòng)方向。 單相半波整流電路的主要參數(shù)： 圖4研究整流電路時(shí)，應(yīng)考察整流電路的輸出電壓平均值和輸出電流平均值兩項(xiàng)指標(biāo)，有時(shí)也考慮脈動(dòng)系數(shù)，以便反映輸出波形脈動(dòng)的情況。 輸出電壓平均值為 Uo(AV)=0.45U2 輸出電流平均值為 整流輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)S定義為整流輸出電壓的基波峰值與輸出電壓平均值Uo(AV)之比，即 故半波整流電路輸出電壓脈動(dòng)系數(shù) 說(shuō)明半波整流電路輸出電壓脈動(dòng)很大，其基波峰值約為平均值的1.57倍。注意：選擇二極管時(shí)要給二極管的正向平均電流和最大反向電壓留有余量。（一般為1.1倍的變壓器副邊電壓峰值）單相半波整流電路的優(yōu)缺點(diǎn)：?jiǎn)蜗喟氩ㄕ麟娐泛?jiǎn)單易行，所用二極管

3、數(shù)量少。但是它們利用了交流電壓的半個(gè)周期，所以輸出電壓低，交流分量大（即脈動(dòng)大），效率低。因此，這種電路僅適用于整流電流較小，對(duì)脈動(dòng)要求不高的場(chǎng)合。 單相橋式整流電路 單相橋式整流電路有四只二極管組成，其構(gòu)成原則就是保證在變壓器副邊電壓的整個(gè)周期內(nèi)，負(fù)載上的電壓和電流方向始終保持不變。如圖5 圖5輸出電壓平均值為單相半波的二倍，同理，輸出電流也為單相半波的二倍（負(fù)載電阻相同）。根據(jù)諧波分析，橋式整流電路的基波的角頻率是的2倍，即100HZ。故單相橋式整流電路的脈動(dòng)系數(shù)為 注意：?jiǎn)蜗鄻蚴秸麟娐泛蛦蜗喟氩ㄕ麟娐废啾?，在相同的變壓器副邊電壓下，?duì)二極管的參數(shù)要求是一樣的，并且還具有輸出電壓高，變

4、壓器利用率高，脈動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)。三.濾波電路 整流電路的輸出電壓雖然是單一方向的，但是含有較大的交流分量，不能適應(yīng)大多數(shù)電子電路及設(shè)備的需要。因此，在一般的整流后，還需利用濾波電路將脈動(dòng)的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷?。與用于信號(hào)處理的濾波電路相比，直流電源中濾波電路的顯著特點(diǎn)是：均采用無(wú)源濾波電路；理想情況下，濾去多有交流成分，而保留直流成分；能夠輸出較大的電流。 電容濾波電路 在整流電路的輸出端（即負(fù)載電阻兩端）并聯(lián)一個(gè)電容急構(gòu)成電容濾波電路。在整流橋的輸出端所并聯(lián)的電容的容量較大，因而一般采用電解電容，在接線時(shí)要特別注意電解電容的正負(fù)極。 電容濾波電路利用了電容的充放電作用，使輸出電壓趨于平滑。

5、電容濾波電路的優(yōu)缺點(diǎn)：利用電容濾波電路后輸出電壓不僅變得平滑，而且平均值也得到了提高。電容充電時(shí)，回路電阻為整流電路的內(nèi)阻，急變壓器內(nèi)阻和二極管的導(dǎo)通電阻之和，其數(shù)值很小，因而時(shí)間常數(shù)很小。電容放電時(shí)，回路電阻為負(fù)載電阻，放電時(shí)間常數(shù)通常大于充電時(shí)間。因此，濾波效果取決于放電時(shí)間。電容愈大，負(fù)載電阻愈大，濾波后輸出電壓愈平滑，并且平均值愈大。為了獲得較好的濾波效果，在實(shí)際電路中，應(yīng)選擇濾波電容滿足以下關(guān)系式： 注意：由于采用電解電容，考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍為正負(fù)10%，電容的耐壓值應(yīng)大于1.1倍的變壓器副邊電壓峰值。在半波整流電路中，為獲得較好的濾波效果，電容容量應(yīng)選得更大些。附加：如果電網(wǎng)

6、電壓經(jīng)過(guò)變壓器變壓后，不能達(dá)到想要得到的輸出電壓，可以采用倍壓電路。具體內(nèi)容見模電教程526頁(yè)。電感濾波電路 當(dāng)電路中的電流很大時(shí)，即負(fù)載電阻很小時(shí)，若這時(shí)候還采用電容濾波電路，則電容容量勢(shì)必很大，而且整流二極管的沖擊電流也非常大看，這就使得整流管和電容器的選擇變得困難，甚至不可能，在此情況下應(yīng)采用電感濾波。而且所選電感線圈的電感量要足夠大，所以一般采用有鐵心的線圈。電感濾波的優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)電感濾波后，不但負(fù)載電流及電壓的脈動(dòng)減小，波形變的平滑，而且整流二極管的導(dǎo)通角增大。 其它濾波電路 LC濾波電路 ；型濾波電路三.穩(wěn)壓電路部分 常用的穩(wěn)壓模塊為78XX和79XX系列穩(wěn)壓模塊，其中78XX穩(wěn)壓模塊

7、輸出正電壓，79XX穩(wěn)壓模塊輸出負(fù)電壓。1. 外形以及引腳分配 X78XX穩(wěn)壓模塊：分類：X7805 X7806 X7808 X7809 X7810 X7812 X7815 X7818 X7824引腳區(qū)分：正面對(duì)著自己，從左到右依次為123（輸入，公共端，輸出）注：每一種類型的穩(wěn)壓塊的最大輸出電流不同。LM7912穩(wěn)壓模塊：引腳分配：1引腳為接地端，2引腳為輸入端，3引腳為輸出端注意：金屬菱形式三端穩(wěn)壓器引腳的區(qū)分很重要，其中的兩個(gè)引腳給出，第三個(gè)引腳為穩(wěn)壓器的外金屬殼。具體分布需查資料。2. 給出幾種應(yīng)用電路 應(yīng)用這些電路時(shí)，注意各個(gè)穩(wěn)壓芯片的引腳分配，電解電容的正負(fù)極接法，在做正負(fù)輸出電壓

8、源時(shí)，注意變壓器的接法，其中，變壓器的中心抽頭做電路的公共端，其余兩端分別接到整流電路里。整流電路的輸出端的正極接到正穩(wěn)壓塊，負(fù)極接到負(fù)穩(wěn)壓塊的輸入端。（制作雙極性電壓源必須用帶有中心抽頭的變壓器）圖678XX/79XX三端穩(wěn)壓的應(yīng)用電路 圖7為輸出正5伏的電壓源PCB原理圖此電路的功能是輸出正5伏的直流電壓，并且輸出電流得到了擴(kuò)大，此電路中加了一個(gè)大功率三極管為負(fù)載提供大的電流，電路中的二極管用以補(bǔ)償三極管發(fā)射結(jié)電壓Ube，使電路的輸出電壓Uo基本上等于三端集成穩(wěn)壓器的輸出電壓。只要適當(dāng)選擇二極管的型號(hào)，并且通過(guò)調(diào)節(jié)電阻R的阻值以改變流過(guò)二極管的電流，即可得到：輸出電壓的擴(kuò)展：擴(kuò)壓輸出電壓計(jì)

9、算公式：輸出電壓為雙極性電壓源的設(shè)計(jì)：注意：此電路的輸入端一定控制不要有一端接觸不好或者斷路，否則輸出端的電容會(huì)放電損壞穩(wěn)壓器，必要時(shí)可以在輸出端放兩個(gè)二極管進(jìn)行保護(hù)作用?？烧{(diào)穩(wěn)壓器的使用：LM317可調(diào)穩(wěn)壓塊：引腳分配：1引腳為調(diào)整端，2引腳為輸出端，3引腳為輸入端輸出電壓范圍為1.5-32V注：輸入電壓一定要比輸出電壓高2伏。注：如果為2引腳封裝，則外殼為輸出端，KA337可調(diào)穩(wěn)壓塊：引腳分配：1為調(diào)整端，2為輸入端，3為輸出端注：輸出電壓為負(fù)電壓。范圍為-1.2V-37V用LM317和LM117可以構(gòu)成正負(fù)可調(diào)的直流電壓源，或者用LM317和KA337也可以構(gòu)成輸出雙極性的電壓源。通用計(jì)

10、算輸出電壓的公式為：一般R1的取值在240歐姆左右，同時(shí)R1還有限流做用。可調(diào)穩(wěn)壓器的引腳分配：W117/217/317的引腳分配W137/237/337的引腳分配為消除Rw的影響，可以采用穩(wěn)壓管代替電阻Rw，如圖8.9所示，R3用以微調(diào)輸出電壓。圖8.10是典型應(yīng)用，圖中D1、D2為保護(hù)二極管，一旦輸入短路時(shí)，C3上的電壓通過(guò)D1放電保護(hù)穩(wěn)壓塊，而D2則為的C2放電通路。穩(wěn)壓二極管代替Rw的電路 可調(diào)穩(wěn)壓電路輸出電壓連續(xù)可調(diào)，可正、可負(fù)的穩(wěn)壓電源可以用LM117和LM137來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖8.11所示。圖中的R1、R2應(yīng)選精度1%的電阻，該電路輸出電壓調(diào)節(jié)范圍V，輸出電流1A。獨(dú)立電源供電的考慮

11、通常，電子系統(tǒng)由控制部分、信號(hào)處理部分、輸出（驅(qū)動(dòng)）部分組成，如圖8.34（a）所示。從電子系統(tǒng)角度看，為避免由電源串入的干擾，各部分應(yīng)分級(jí)用獨(dú)立電源供電。何為獨(dú)立電源？一般而言，設(shè)一個(gè)變壓器有n個(gè)副邊，若每個(gè)副邊均掛整流、濾波、穩(wěn)壓電路，該電源的每一路輸出均為獨(dú)立電源，如圖8.34（b）所示。（a）一般電子系統(tǒng) （b）n路獨(dú)立電源 圖8.34獨(dú)立電源供電 當(dāng)然，亦可每路獨(dú)立電源均由單獨(dú)變壓器產(chǎn)生，效果更好，只是成本增加。3.2數(shù)字電路與模擬電路供電的考慮如果你所設(shè)計(jì)的是較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，可以采用單路電源供電；如果你所設(shè)計(jì)的是數(shù)字、模擬、單片機(jī)控制的混合系統(tǒng)，這時(shí)就要考慮采用多路電源供電，例如單片

12、機(jī)部分用+5V供電，數(shù)字、模擬兩部分也分別供電，而且分別設(shè)置“數(shù)字地”和“模擬地”，即數(shù)字電路“地”都接數(shù)字電源的“地”，模擬電路的“地”都接模擬電源的“地”。當(dāng)然，兩個(gè)“地”最后還是要連到一起的，只不過(guò)在設(shè)計(jì)電路板時(shí)將各自的“地”集中在一起，或分成兩塊電路板。但僅有一個(gè)共地點(diǎn)把“模擬地”和“數(shù)字地”連起來(lái)，如圖8.35所示。 圖8.35電路共地 這樣可以有效地克服信號(hào)通過(guò)電源或“地”的串?dāng)_，這種考慮又稱為可靠性設(shè)計(jì)。如果你所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)既需要多路電源，還需要正、負(fù)電源，這時(shí)情況就更為復(fù)雜。這就要求在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的同時(shí)，也一并考慮供電，能用單電源就不用雙電源，能用單路供電就不用多路供電，使供電盡可能

13、簡(jiǎn)化。這里提及的多路電源是指多路各自獨(dú)立的電源，并非一路電源派生出的多路。多路電源可以出自于一個(gè)電源變壓器，一個(gè)原邊，多路副邊，每路副邊都有整流、濾波、穩(wěn)壓，這種形成的電源是各自獨(dú)立的。當(dāng)然也可由多個(gè)電源變壓器來(lái)產(chǎn)生，效果更好。例如信號(hào)處理部分用一個(gè)小功率電源變壓器，功率電路部分用一個(gè)較大功率的電源變壓器。至于是采用線性電源還是開關(guān)電源，視情況而定，在負(fù)載較重的情況下，采用開關(guān)電源效率較高。對(duì)供電電源的要求是：電源的容量（輸出功率）應(yīng)視負(fù)載的大小留有一定的余量。電源的內(nèi)阻盡量小，穩(wěn)壓范圍寬。電源輸出電壓的紋波應(yīng)盡量小。3.3退耦濾波電路的考慮一個(gè)電路可能由多個(gè)單元組成，當(dāng)用一個(gè)電源為多單元電路

14、供電時(shí)，就應(yīng)設(shè)置退耦濾波器。退耦濾波器可以有效地克服各單元信號(hào)通過(guò)電源干線引起的相互干擾。退耦濾波器很簡(jiǎn)單，通常由一個(gè)電阻（或電感）與一個(gè)電容構(gòu)成，分別稱RC或LC退耦濾波器，每個(gè)退耦濾波器稱為“一節(jié)”，在供電時(shí)，視需要可設(shè)置多節(jié)退耦濾波器。在用退耦濾波器為電路供電時(shí)，又分為串聯(lián)饋電和并聯(lián)饋電兩種情況，如圖8.36所示。 （a）串聯(lián)饋電 （b）并聯(lián)饋電 圖8.36退耦濾波器饋電對(duì)退耦濾波器作幾點(diǎn)說(shuō)明：圖中給出的是二節(jié)退耦濾波器給三個(gè)單元供電，通常未級(jí)（單元3）由Vcc直接供電，前面各級(jí)用退耦濾波供電。R1C1、R2C2為退耦濾波器，一般電阻取值范圍5.1100， C1、C2取值 100F470F均可。通常在分析電路時(shí)認(rèn)為Vcc端子就是交流“地”，為什么？退耦電容C的意義不言而喻。有時(shí)退耦電阻可用電感L取代（特別在高頻電路中），這時(shí)串聯(lián)饋電和并聯(lián)饋電所需的L是有區(qū)別的。串聯(lián)饋電所需的電感量較小，如果電路的工作頻率在0.5MHz以下，L取110mH，工作頻率越高，電感量越小，如工作頻率20MHz時(shí)，L取值1550H。并聯(lián)饋電L取值應(yīng)遠(yuǎn)大于單元電路中調(diào)諧回路的電感量，取調(diào)諧回路電感量的1020倍或更大些。如果被供電的單元電路是普通的低頻電路，則無(wú)論串聯(lián)饋電還是并聯(lián)饋電，L取值在幾mH十幾mH均可。L可