集成稳压电源设计的主要内容是根据性能指标,选择合适的电源变压器、集成稳压器、整流二极管及滤波电容。
常见的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器,下面分别介绍其典型的应用及选择原则。
1)固定输出集成稳压电源的设计
如图6.27所示为单相桥式整流、电容滤波和集成三端稳压器组成的集成直流稳压电源,各部分元器件的选择方法如下。
图6.27 固定输出集成直流稳压电源电路
(1)电源变压器
电源变压器的作用是将电网220 V的交流电压u1变换成整流滤波电路所需要的交流电压u2。变压器副边与原边的功率比P2/P1=η,η为变压器的效率。一般小型变压器的效率如表6.4所示。
表6.4 小型变压器的效率
通常根据变压器副边输出的功率P2来选择变压器。变压器副边输出电压U2按U2≥Uimin/1.1,I2≥Iomax选取。
(2)整流滤波电路
4个整流二极管组成的单相桥式整流电路将交流电压u2变成脉动的直流电压,再经滤波电容C滤除纹波,输出直流电压Ui。Ui与交流电压u2的有效值U2的关系为:
Ui=(1.1~1.2)U2
每只整流二极管承受的最大反向电压为URM=,通过每只二极管的平均电流是:
ID=Io/2=(0.45U2)/R
式中,R为整流滤波电路的负载电阻。它为电容C提供放电回路,RC放电时间常数应满足RC≥(3~5)T/2,T为50 Hz交流电压的周期,即T=1/50=0.02 s。
整流二极管的额定工作电流应满足IF>Iomax,滤波电容C的耐压值应大于。
(3)集成稳压器
三端固定输出集成稳压器的通用产品有CW7800系列(输出正电压)和CW7900系列(输出负电压),输出电压有5 V、6 V、8 V、9 V、12 V、15 V、18 V、24 V等几个档次,输出电流有0.1 A、0.5 A、1.5 A等几种,以型号78(或79)后面所加字母来区分,如L为0.1 A,M为0.5 A,无字母为1.5 A。例如,CW78M12表示输出电压为+12 V,输出电流为0.5 A。如要求直流输出电压为+15 V,电流小于500 mA,则应选择CW78M15三端稳压器;如要求直流输出电压为-12 V,电流小于100 mA,则可选用CW79L12三端稳压器。
集成稳压器输入电压的确定:
稳压器的输入电压Ui太低则稳压器性能将受影响,甚至不能正常工作;Ui太高则稳压器功耗增大,会导致电源效率下降。所以Ui的选择原则是:在满足稳压器正常工作的前提下,Ui越小越好,但Ui最低必须保证输入、输出电压差大于2~3 V。(www.daowen.com)
(4)补偿电容的选择
图6.27中的电容Ci、Co起补偿作用,其中Ci用来抵消由于输入端接线较长时所产生的引线电感效应,以防止自激振荡,并可抑制电源的高频脉冲干扰,一般为0.33 μF,其安装位置应靠近集成稳压器;Co的作用是为了抑制高频噪声、防振、改善输出瞬态响应,一般可取0.1~1 μF的电容器。Ci、Co最好采用漏电流小的钽电容。图6.27中的二极管VD用来防止在输入短路时,Co上所存储的电荷通过稳压器放电而损坏组件。
2)可调输出集成直流稳压电源的设计
CW117、CW217和CW317是输出正电压的三端可调集成稳压块,其输出电压可在1.2~37 V范围内连续可调。CW117系列的3个品种CW117、CW117M和CW117L的最大输出电流分别是1.5 A、0.5 A和0.1 A。另外,CW137、CW237和CW337是可调负电压输出的集成稳压块。
三端可调集成稳压器的典型应用电路如图6.28所示。
图6.28 三端可调集成稳压器的典型应用电路
图6.28中,R1与RP组成电压输出调节电路,输出电压Uo为
R1的值为120~240 Ω,流经R1的泄放电流为5~10 mA,RP为精密可调电位器。
由此可见,调节RP就可实现输出电压的调节。若RP=0,则Uo=1.25 V为最小输出电压。随着RP的增大,Uo随之增加,当RP为最大值时,Uo也为最大值。所以,RP应按最大输出电压值来选择。
如图6.28所示电路中的C1与RP并联组成滤波电路,可滤除输出电压的纹波电压。二极管VD1用于防止输出短路时,因C1通过调整端放电而损坏稳压器。VD2用于防止输入短路时,因Co通过稳压器放电而损坏稳压器。在输出电压小于7 V时,VD1、VD2也可不接。Ci、Co的作用与CW7800电路中相对应的电容作用相同。
集成稳压器输入电压Ui的范围为:
Uomax+(Ui-Uo)min≤Ui≤Uomin+(Ui-Uo)max
式中:Uomax——最大输出电压;
Uomin——最小输出电压;
(Ui-Uo)min——稳压器的最小输入、输出电压差;
(Ui-Uo)max——稳压器的最大输入、输出电压差。
滤波电容C可由下式估算:
式中:ΔUip-p——稳压器输入端纹波电压的峰-峰值;
t——电容C的放电时间,t=T/2=0.01 s;
IC——电容C的放电电流,可取IC=Iomax。
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