本电路采用串联型直流稳压源设计的基本思路进行设计,可得到0~20V的稳定直流电压输出,电压调整率、负载调整率以及输出电压纹波等技术参数都达到较高水平。并具有限流和显示电压,电流值功能,可方便操作等优点。
具体技术指标为:
输入电压:220V
交流输出电压:0~15V
线性可调最大输出电流:1.5A
输出纹波:<O.01%
一、降压整流
下图为稳压部分的电路图,各部分原理如下:
1.降压电网电压为220V高压交流电,欲得到低压直流必须先进行降压处理。
常用降压方式有变压器降压和电容降压。
电容降压整流电路具有体积小、重量轻、成本低等优点,是一些小功率用电器和便携式用电器降压的首选方式。但同时也存在一定的不足,如:
电容降压输出功率小,不宜用在大功率用电器中;电路呈容性,无论负载是否工作电路都会存在一定的功耗;电路安全性降低。
变压器降压可提供较大的功率,在体积与重量要求不高时应用极为广泛。
在该设计中要求输出电流要达到1.5A,最大输出电压要达到15V,因而选择交流1 5V/20W的变压器进行降压。
2.整流滤波
变压器降压后,输出15V交流电,要得到稳定的输出电压还必须对交流电进行整流滤波,得到较为稳定的电压。
全桥整流是最常用的整流方式,并有价格低廉,整流效果好等优点。为了减小电压的脉动,需通过低通滤波电路滤波,使输出电压平滑。低通滤波可选择有源滤波和无源滤波,但考虑到电路简单性和成本问题,选择了最常用的电容滤波。
电网电压经变压器降压后通过全桥进行整流,再由电容滤波,其中Cl为0.1μF的独石电容用来高频滤波,C2为2200 μ F的电解电容,用来低频滤波。
同时该电路中通过稳压管产生5V的负电压,为电路中的集成运放提供负电压。
二、基准电压
理想的基准电压源应不受电源和温度的影响,在电路中能提供稳定的电压,“基准”这一术语正说明基准电压源的数值应比一般电源具有更高的精度和稳定性。高精度的基准电压是电源性能稳定的必要前提。
一般情况下,可用电阻分压作为基准电压,但它只能作为放大器的偏置电压或提供放大器的工作电流。这主要是由于其自身没有稳压作用,故输出电压的稳定性完全依赖于电源电压的稳定性。另外,也可用二极管的正向压降作为基准电压,它可克服上述电路的缺点,得到不依赖于电源电压的恒定基准电压,但其电压的稳定性并不高,且温度系数是负的,约为-2mV/℃。还可用硅稳压二极管(简称稳压管或齐纳管)的击穿电压作为基准电压,它可克服正向二极管作为基准电压的一些缺点,但其温度系数是正的,约为+2mV/℃。因此,以上几种均不适用于对基准电压要求高的场合。
本设计中使用LM336-5V提供+5V的基准电压。LM336稳定性好,基本不随温度及电流扰动而变化,因而能提供较优质的基准电压。
三、误差放大
通过负反馈电阻网络对输出电压进行取样后与基准电压比较,通过放大器μ A741进行误差放大,从而控制调整管VT1(大功率晶体管BU406)、VT2(9014)使输出电压稳定。由分析知控制管应该选用β足够高、gm足够高、rb,e足够小的功率管,尽可能提高比较放大器的电压增益Av,尽可能增大取样系数以提高输出电压调整率和降低输出电阻。
调节电位器R5改变基准电压的输出电压,运放的放大倍数为3倍,则可输出约为0~15V的电压。
四、过流保护
当负载电流变大或电源短路时产生的大电流可能会使稳压电源损坏,所以在稳压电源中过流保护的设置显得尤为重要。
通常用电器中都设有保险管作为电器的保护装置,这种保护装置简单易行、价格低廉,但对电流的保护选择性差,并且每次烧断后都要更换新的保险管,比较麻烦。
该电路中设计了过流保护装置并可以调节所限制的电流值,相对于传统的保护方式更加方便、可靠。
在电源干路卜串联一个大功率电阻R1,当电流通过电阻时,电阻两端产生相应的电压。基准电压输出为5V的稳定电压,由R15和电位器R16分压后,电压比较器LM311的同相输入端可输入相对于GND1点为0~1.67V的电压,而反相端接GND即R1的另一端。调节电位器使输出电流稳定在设定值,当负载变化使输出电流大于此设定值时,电阻R3两端电压变大使LM311输出为负,通过二极管D7强制将U1的同相输入端电压拉低从而限制电流的升高。同时发光二极管点亮,指示电源工作在限流状态。
五、断电保护
在关闭电源的同时,经常会由于电容放电或器件影响而产牛瞬时大电流,而对负载产生严重损坏。为了避免这种情况的发生,由VT3及其相关元件构成一个断电保护电路,当交流电压一消失,负电压也会马上消失,从而VT3导通,输出咆压为零,有效地保护r电路和与之相连的负载。而在正常工作期间,VCC和-VCC经过R1O与R11分压后,电压仍小FGND1点的电压,即VT3基极电压仍小于发射极电压,VT3截止。
六、液晶显示
为方便操作,设计了液品显示单元,从而更直观地阅读电源的输出电压、输出电流和限制电流的值。电路如下面两图所示。
下面两图为相关函数的流程图。由于要采集三路信号,并且对转换精度和速度要求不高,所以这里选择A/D转换器ADC0809进行信号采集与转换。然后由单片机控制A/D转换器使转换结果显示在液晶上。