可自動調節輸出電壓的直流穩壓電源設計

摘 要：電子設備的機內電源大多都是通過單向導電性元器件將交流轉換為直流，并通過儲能元器件組成的濾波電路濾除直流中的脈動成分。但經整流和濾波后的電壓往往會隨交流電源電壓的波動和負載的變化而變化。

關鍵詞：電子設備；電壓；變化

1 技術與指標

電壓的不穩定有時會造成許多不良影響，如電壓不穩定產生的測量和計算誤差，引起控制裝置的工作不穩定，甚至根本無法正常工作。因此，為了減小或者避免上述影響，合理的設計出穩壓電路是很有必要的。主要技術指標和要求：

（1）輸出直流電壓UO的調節范圍為3-12V，且連續可調；

（2）最大輸出電流小于200mA；

（3）穩壓系數Sr<10%；

（4）能起到過流保護的作用。

大多數直流穩壓電源包括變壓、整流、濾波和穩壓這四個部分。本方案也從這四個部分著手，其中，整流電路選用了單相橋式整流電路，濾波部分選用電容濾波器，穩壓環節則采用三端可調集成穩壓器W117。

2 總體設計方案論證及選擇

2.1 降壓電路

電源變壓器的是變換交流電的靜止電氣設備，用來改變交流電壓到所需電壓值。實際上，理想變壓器有P1=P2=U1I1=U2I2。

根據U2/U1=N2/N1，變壓器通過改變次級線圈的匝數改變次級電壓，由于變壓器材料存在著鐵損與銅損，所以它的輸出功率略小于輸入功率。但可以方便的實現所需電壓的獲得。另外，電源變壓器用途廣泛，變壓穩定，市場購買方便。綜上分析，我們選用電源變壓器來實現降壓功能。將220V的電網電壓轉換成我們所需要的電壓以起到降壓的作用。由變壓器效率？濁=P2/P1，再根據性能指標要求：UOmin=3V，U0max=12V，選用功率為10W的變壓器。

2.2 整流電路

整流電路采用互接成橋式結構的四個單向導通二極管組成。利用二極管的單向導通作用，在交流輸入電壓U2的正半周內，兩個正向二極管導通，反向二極管截止，在負載RL上得到上正下負的輸出電壓；在負半周內，正好相反，正向二極管截止，反向二極管導通，流過負載RL的電流方向與正半周一致。因此，無論在正半周還是在負半周內，整流電路都能是負載上產生變相不變的脈動直流電壓。

單向橋式整流電路中的二極管安全工作條件為：

（1）二極管的最大整流電流必須大于實際流過二極管的平均電流。

2.3 濾波電路

電路工作原理：設變壓器次級電壓U2的波形為正弦波形，由于采用全波整流的方式，因此在波形的正半周期和負半周期，電源電壓U2均能既對RL供電又對電容C進行充電。

現U2按正弦規律上升，當次級電壓U2高于UC時，二極管導通，在給負載供電的同時也給電容器C進行充電。隨后，U2按正弦規律下降，當U2低于UC時，二極管截止，電容C又經RL放電。另外，當U2先按正弦規律下降再按正弦規律上升即在負半周期時會得到與正半周期相同的充放電情況。因此，在正弦波電壓U2的作用下，電容不斷進行充放電，從而得到一近似于鋸齒波的電壓UL=UC，是負載電壓逐步趨于穩定。

通過以上的分析，我們得到有關電容濾波電路的如下結論：

（1）電容放電速度的快慢取決于RLC，RLC大則放電速度慢，負載電壓產生的電壓波動小，負載電壓趨于平穩。

2.4 穩壓電路

單片集成穩壓電源不但克服了穩壓二極管的缺點，而且具有較小體積、較高的可靠性、價格低廉等優點。

本課題選用三端可調集成穩壓器W117來調節輸出電壓。

其中Ci用來與電感效應相互抵消，消除自激振蕩以保護電路穩定電壓，這里取0.3。

C0用來消除輸出電壓“毛刺”，進一步完善并調整輸出電壓，這里取1。

3 方案的原理框圖

4 總體電路圖

通過上述總體方案的論證，我們選用電源變壓器來實現降壓功能，整流電路選用單相橋式整流電路，濾波部分選用電容濾波器，穩壓環節則采用三端可調集成穩壓器W117。

參考文獻

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作者簡介：徐赫彤（1995，5-），男，籍貫：吉林省長春市，學歷：本科在讀，研究方向：交通運輸。