Question

直流稳压电源设计

Answer 1

电源对单片机系统来说是比较重要的一部分，电源电压的稳定性与整个系统运行的稳定有密切关系，因此设计稳定的电源是必不可少的。
1 直流稳压电源电路原理
直流稳压电源一般由变压器、整流器、滤波器和稳压器四部分组桑缤?所示。变压器把220V交流电（市电）变为稳压所需的低压交流电；整流器把低压交流电变为直流电；整流后的直流电中仍会含有交流成分，可以通过滤波电路将交流成分滤除；经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。
1.1 电源变压器
变压器的作用是将220V 50Hz交流电变成整流滤波所需的交流电压。本设计需要把220V交流电变为9V 交流电，变压器匝数比 n=原边匝数/副边匝数≈25，如图2所示。
1.2 整流滤波电路
整流电路将交流电压变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压。整流通常有半波整流和全波整流。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。本设计采用桥式整流滤波，如图2所示。
设变压器副边电压(1)， U2为有效值。
输出电压平均值
（2）
解得 （3）
桥式整流电路的基波 的角频率是 的2倍，即100Hz，则
（4）
故脉动系数
（5）
与半波整流电路相比，输出脉动减小很多。
滤波后，输出平均电压(6)，在实际电路中，为获得较好的滤波效果，应选择电容的容量满足RLC=(3～5)T/2（式中T为输入交流信号周期（100Hz），RL为整流滤波电路的等效负载阻抗），则(7),电容的耐压值应大于1.1*1.414U2,即约12.4V。
1.3 稳压电路
经整流滤波输出的电压通常是不稳定的，不能直接对系统供电，因此需要经过稳压电路将电压稳定到单片机系统所需的要求。
对任何稳压电路都应从两个方面考察其稳压特性，一是设电网电压波动，研究起输出电压是否稳定；二是设负载变化，研究其输出电压是否稳定。
直流稳压电路分为串联型稳压电路和开关型稳压电路，本设计采用串联型稳压电路。稳压器一般包括单管稳压器和集成稳压器。常用的集成稳压器有固定式三端稳压器和可调式三端稳压器，本设计同时使用固定式三端稳压器W7805和可调式三端稳压器M711，其分别输出5V和3V电压。
2 稳压电源技术指标
稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，如输出电压、输出电流及电压调节范围；另一类是质量指标，反映一个稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、波纹电压及温度系数等。
对稳压电源的性能，主要有以下四个方面的要求：
2.1、稳定性好
当输入电压Usr(整流、滤波输出电压)在规定范围内变动时，输出电压Usc的变化一般要求很小。
由于输入电压变化而引起输出电压变化的程度，称为稳定度指标，长用稳压系数S来表示：S的大小，反映一个稳压电源克服输入电压变化的能力。在同样的输入电压变化条件下，S越小，输出电压的变化越小，电源的稳定度越高。通常S约为10-2～10-4。
（8）
2.2、输出电阻小负载变化时（从空载到满载），输出电压Usr应基本保持不变，其这方面的性能可用输出电阻表征。输出电阻（又称等效内阻）用rn表示，他等于输出电压变化量和负载电流变化量之比，即
（9）
rn反映负载变动时，输出电压维持恒定的能力,rn越小，则Ifz变化时输出电压的变化也越小。性能优良的稳压电源，输出电阻可小到1Ω，甚至0.01Ω。
2.3、电压温度系数小
当环境温度变化时，会引起输出电压的漂移。良好的稳压电源，应在环境温度变化时，有效地抑制输出电压的漂移，保持输出电压稳定，输出电压的漂移用温度系数KT来表示。
2.4、输出电压纹波小
所谓纹波电压，是指输出电压中50Hz或100Hz的交流分量，通常用有效值或峰值表示。经过稳压作用，可以使整流滤波后的纹波电压大大降低，降低的倍数反比于稳压系数S.