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可調(diào)式電源適配器電路設(shè)計(jì)

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可調(diào)式電源適配器電路設(shè)計(jì)

直流穩(wěn)壓電源適配器在現(xiàn)代人的工作、科研、生活、學(xué)習(xí)中扮演著極為重要的角色。在我們使用的電子電路中,多數(shù)都需要穩(wěn)定的直流電源適配器進(jìn)行供電。直流穩(wěn)壓電源適配器作為電子技術(shù)常用的設(shè)備之一,廣泛地應(yīng)用于教學(xué)、科研等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的多功能直流穩(wěn)壓電源適配器功能簡單、控制困難、可靠性低、干擾大、精度低且體積大。本項(xiàng)目所介紹的可調(diào)式單電源適配器直流穩(wěn)壓電路在固定式單電源適配器直流穩(wěn)壓電路的基礎(chǔ)上,具有電壓可控、電壓穩(wěn)定度高等特點(diǎn),其輸出電壓精確可測,可用于電源適配器精度要求比較高的設(shè)備或科研實(shí)驗(yàn)。

設(shè)計(jì)任務(wù)
設(shè)計(jì)一個可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源適配器,將市電轉(zhuǎn)化成直流穩(wěn)壓+5V。

基本要求
能夠提供可調(diào)的0~+5V直流穩(wěn)壓電源適配器。
具有過流及短路保護(hù)功能。

總體思路
許多電子產(chǎn)品如電視機(jī)、電子計(jì)算機(jī)、音響設(shè)備等都需要直流電源適配器,電子儀器也需要直流電源適配器,實(shí)驗(yàn)室更需要獨(dú)立的直流電源適配器。為了提高電子設(shè)備的精度及穩(wěn)定性,在直流電源適配器中還要加入穩(wěn)壓電路,因此稱為直流穩(wěn)壓電源適配器。典型的直流穩(wěn)壓電源適配器主要由電源適配器變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路等幾部分構(gòu)成。電源適配器變壓器把50Hz的交流電網(wǎng)電壓變成所需要的交流電壓;整流電路用來將交流電變換為單向脈動直流電;濾波電路用來濾除整流后單向脈動電流中的交流成分(即紋波電壓),使其成為平滑的直流電;穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)輸入交流電網(wǎng)電壓波動、負(fù)載及溫度變化時,維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。

系統(tǒng)組成
可調(diào)式單120W電源適配器直流穩(wěn)壓電路整個系統(tǒng)主要分以下四個部分。
降壓電路:利用變壓器對220V交流電網(wǎng)電壓進(jìn)行降壓,變?yōu)樗枰慕涣麟妷海詽M足+5V電源適配器輸出的需要。
整流電路:將交流電壓變?yōu)閱蜗蛎}動的直流電壓。
濾波電路:去掉整流電路輸出的直流電中的紋波,將脈動的直流電壓轉(zhuǎn)化為平滑的直流電壓,主要利用儲能元件電容來實(shí)現(xiàn)。
穩(wěn)壓電路:清除電網(wǎng)波動及負(fù)載變化的影響,保持輸出電壓的穩(wěn)定。
系統(tǒng)模塊框圖如圖所示。

系統(tǒng)模塊框圖

模塊詳解
1.整流電路
它是全波整流的一種方式,稱為橋式整流電路。該電路使用四個二極管,變壓器有中心抽頭。單相橋式整流電路的變壓器中只有交流電流流過,效率較高。利用兩個半橋輪流導(dǎo)通,形成信號的正半周和負(fù)半周。使用有中心抽頭的變壓器則可以得到正負(fù)兩個電壓輸出。整流電路原理圖如圖2-2所示。整流電路輸出out1端輸出波形,仿真結(jié)果如圖所示。

交流電壓設(shè)定如圖2-4所示,將電壓輸入設(shè)置為15V,頻率設(shè)置為50Hz,模仿市電經(jīng)變壓后的低壓交流電源適配器輸入。

2.濾波電路
電容濾波一般負(fù)載電流較小,可以滿足放電時間常數(shù)較大的條件,所以輸出電壓波形的放電段比較平緩,紋波較小,輸出脈動系數(shù)S小,輸出平均電壓UO大,具有較好的濾波特性。把電容器和負(fù)載并聯(lián),正半周時電容被充電,負(fù)半周時電容放電,就可使負(fù)載上得到平滑的直流電。電路在三端穩(wěn)壓器的輸入端接入電解電容C1=1000μF,用于電源適配器濾波,其后并入電解電容C2=4.7μF用于進(jìn)一步濾波。在三端穩(wěn)壓器輸出端接入電解電容C3=4.7μF用于減小電壓紋波,而并入陶瓷電容C4=100nF用于改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)并抑制高頻干擾(陶瓷小電容電感效應(yīng)很小,可以忽略,而電解電容因?yàn)殡姼行?yīng)在高頻段比較明顯,所以不能抑制高頻干擾)。濾波電路原理圖如圖所示。

為了驗(yàn)證濾波電路的效果,以前端濾波電路(見圖)為例進(jìn)行分析。前端濾波電路輸出out1端輸出波形,仿真結(jié)果如圖所示。

為了驗(yàn)證濾波電容的效果,在原電路輸入基礎(chǔ)上將濾波電容C1改為100μF,輸入信號依然為15V、50Hz的交流信號,設(shè)置方法如圖所示。利用軟件圖表功能仿真out1端輸出波形,如圖所示。

如圖所示,濾波電路中電容大小直接影響電路的濾波效果。若將電容值設(shè)置過小,電路的濾波效果也會減弱。
綜上所述,輸入的交流信號經(jīng)整流電路整流,又經(jīng)濾波電路,最終將穩(wěn)定有效的電壓由out1端傳輸至穩(wěn)壓電路模塊??梢?,濾波電路在電路設(shè)計(jì)中是十分重要的。

3.穩(wěn)壓電路
使用三端穩(wěn)壓器有以下優(yōu)點(diǎn)。
(1)元件數(shù)量少。
(2)帶有限流電路,輸出短路時不會損壞元件。
(3)帶有熱擊穿功能。
三端穩(wěn)壓器選擇LM317(輸出電流為1.5A,輸出電壓可在1.25~37V之間連續(xù)調(diào)節(jié)),其輸出電壓由兩只外接電阻R2、RV1決定,輸出端和調(diào)整端之間的電壓差為1.25V。在輸出端同時并入二極管D1(型號為1N4001),當(dāng)三端穩(wěn)壓器未接入輸入電壓時可保護(hù)其不至于損壞。
閉路電視電源適配器信號由out1端輸入至三端穩(wěn)壓器,利用RV1控制輸出電壓大小,調(diào)節(jié)RV1電位器至位置1(2%)處,此時輸出電壓為2.12V,負(fù)載LED不點(diǎn)亮,電路仿真結(jié)果如圖2-10所示。

三端穩(wěn)壓器最易損壞的是輸出腳(圖中2腳)電壓高于輸入腳(圖中3腳)而形成擊穿,因此一般像圖2-10中那樣并聯(lián)一個二極管1N4001,它的主要作用是:如果輸入端C1或C2出現(xiàn)短路,則輸出2腳會高于輸入3腳,很容易擊穿穩(wěn)壓器,所以反向并聯(lián)一個二極管,對1腳電壓進(jìn)行泄放,使2腳到3腳電壓限幅為0.7V,可有效保護(hù)穩(wěn)壓器不被反向擊穿。
用示波器監(jiān)視RV1處于位置1時穩(wěn)壓電路空載輸出端out2,結(jié)果如圖所示。

調(diào)節(jié)RV1,使其到達(dá)位置2(16%),則穩(wěn)壓電路輸出端out2電壓也會增大。此時輸出電壓為6.37V,負(fù)載LED被點(diǎn)亮,如圖所示。
圖 RV1處于位置2時穩(wěn)壓電路仿真圖
用示波器監(jiān)視高擋位穩(wěn)壓電路輸出,結(jié)果如圖所示。

在穩(wěn)壓輸出端out2處接入2kΩ電阻與LED負(fù)載進(jìn)行穩(wěn)壓測試,如圖所示。
加入2kΩ電阻與LED負(fù)載后,由穩(wěn)壓器輸出的直流電壓大小為6.37V,并可將LED點(diǎn)亮。用示波器監(jiān)視穩(wěn)壓電路輸出,結(jié)果如圖所示。

圖RV1處于位置2時穩(wěn)壓電路輸出仿真圖圖

穩(wěn)壓電路負(fù)載輸出仿真圖(一)

隨后在穩(wěn)壓器輸出端out2處加入5kΩ電阻與LED負(fù)載進(jìn)行測試,如圖所示。

圖穩(wěn)壓電路負(fù)載輸出仿真圖(二)

加入5kΩ電阻與LED負(fù)載后,由穩(wěn)壓器輸出的直流電壓大小為6.37V,并可將LED點(diǎn)亮。用示波器監(jiān)視穩(wěn)壓電路當(dāng)前輸出,結(jié)果如圖所示。

綜上所述,本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源適配器,能夠在負(fù)載變化的情況下提供穩(wěn)定可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源適配器。

可調(diào)式單電源適配器直流穩(wěn)壓電路的整體電路原理圖如圖所示。

圖整體電路原理圖
經(jīng)過對電路板進(jìn)行實(shí)際測試,輸入15V交流電壓,輸出可以在1.48~14.84V之間可調(diào),基本符合設(shè)計(jì)要求。PCB版圖(見圖)

實(shí)物測試(見圖)

可調(diào)式單電源適配器直流穩(wěn)壓電路實(shí)物圖
為了提高電子設(shè)備的精度及穩(wěn)定性,在直流電源適配器中還要加入穩(wěn)壓電路,因此稱為直流穩(wěn)壓電源適配器。典型的直流穩(wěn)壓電源適配器主要由電源適配器變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路等幾部分構(gòu)成。電源適配器變壓器把50Hz的交流電網(wǎng)電壓變成所需要的交流電壓;整流電路用來將交流電變換為單向脈動直流電;濾波電路用來濾除整流后單向脈動電流中的交流成分(即紋波電壓),使其成為平滑的直流電;穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)輸入交流電網(wǎng)電壓波動、負(fù)載及溫度變化時,維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。本項(xiàng)目所介紹的可調(diào)式單電源適配器直流穩(wěn)壓電路在固定式單電源適配器直流穩(wěn)壓電路的基礎(chǔ)上,具有電壓可控、電壓穩(wěn)定度高等特點(diǎn),其輸出電壓精確可測,可用于電源適配器精度要求比較高的設(shè)備或科研實(shí)驗(yàn)。

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| 發(fā)布時間:2019.05.21    來源:電源適配器廠家
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