第四讲 电源系统设计

电源系统设计电器和电子产品中常用的直流稳压电源有两种：A、线性直流稳压电源B、非线性直流稳压电源(开关电源)稳压电源的主要技术指标:A、额定输出电压B、最大输出电流C、输出电压容差D、输入电压范围E、输出电压纹波F、负载效应G、源效应H、输入功率因数PFI、输入电流谐波THDJ、工作环境条件：如温度、湿度等常用的稳压管有：Onsemi公司（安森美），ST公司等的IN5000系列：IN53333.3V5W,IN53385.1V5WIN5919B5.6V3W,IN592510V3WNXP公司：BZX84系列：BZX84B5V65.60.25WBZX84C1515V,0.25W常用功率有:1/4,1/2W,1W,2W,3W,5WLZOUTINIIUUR1一、线性直流电源1、常用稳压器件1)稳压二极管参数：a、稳压电压b、额定功率c、稳定电流范围IZ取稳压管最大工作电流的中间值2）三端稳压器78系列，最大输入电压35V，输出电流1A，输出电压误差5%常用型号:7805，7806，7808，7809，7812，7815，7818，7824（40V)78M系列，最大输入电压35V,输出电流500mA,78L系列，最大输入电压32V,输出电流100mA,78系列三端稳压器要求输入与输出间压差在3V以上。否则输出电压不能稳定。78系列为正极性稳压器与之对应的有负极性稳压器79系列。如：7905(-5V),7909（-9V）,7912(-12V),79L05(-5V,100mA)等78，79系列内部具有过流过温等保护功能，可靠性高，价低，最致命的缺点，所需入、出压差大，即功耗大。3）输出电压可调三端稳压器常用三端可调稳压器有：LM317)1(25.125.111RRVRRRVVVVWOUTWWOUTBBOUT调节RW大小，即可方便的改变输出电压。最大输入电压40V，最大输出电流1.5A，最大输出电压32V,最小输出1.25V，电压调节范围：1.25V~32V/1.5A。4）低压差稳压器78、79系列稳压器价格低，但缺点入出间所需压差大，从而引起功率耗大，电源效率低，尤其对电池供电产品非常不利。常用低压差稳压器生产公司:TI公司、ONSEMI、MAXIM、NATIONAL，如TI产品：A、750系列，TL750L052.55元/每片输出稳压值5V,最大输出电流150mA,最大输入26V,精度4%。典型压差电压VIN-VOUT-=0.2V-0.6V,最大压差0.6V该系列有:TL750L08,750L10,750L12B、TPS73505V/500mA12.5元/每片输出稳压值5V,最大输出电流500mA,最大输入10V,精度2%。I0=10mA，5mV压差I0=100mA，50mV压差I0=500mA，270mV压差C、MAXIM产品：MAX85565)基准稳压电源A/D转换器，D/A转换器常需用高精度基准电压即要求基准参考电压不仅稳定，温度系数也要求小，时漂也要求小。只有这样才能保证有较高的电压采样精度。常用电压基准片有：输入均4.5~30V左右LM336B-2.52.5V,±1%,10mA,温度系数:±20ppmv/℃LM385B-2.52.5V,±1.5%,10mA,温度系数:±20ppmv/℃MC14032.5V,±0.025V,10mA,±10ppmv/℃AD5802.5V±0.4%,10mA,±10ppmv/℃以上稳压电路的输入电压范围：4.5V~30VTL431是输出电压可调的基准电压源：IOUT=100~150mA,VREF=2.5V,电压温漂±30ppm/℃,最大输入电压36V.refVRRV)1(210上式中Vref=2.5V红线输出:2.5V高精度基准芯片：6)负电源输出对于用电池供电的产品如何减少电池数量，为整机线路的某些IC（如双电源供电的运放）提供一组负电源是电子产品设计经常会碰到的一个小问题。对于小电流产品可用ICL7660(max1044)解决。ICL7660主要技术指标：工作电压范围：1.5v~10v转换效率:98%正电源输入，负电源输出最大输出电流:50mAC1和C2称为泵电容，一般取10uF，耐压电源供电电压V+对于大电流输出可用开关电源中的CUK电路解决。二、开关电源设计开关电源分二类：A、DC/DCB、AC/DCA、DC/DC直流电源设计：非隔离式和隔离式1、直流降压斩波电路（BUCK）：S1D1L1C1UinUoutTonToffTUout=D╳Uin=Uin╳Ton/T2、直流升压斩波电路（BOOST）S1D1L1C1UinUoutTonToffTUout=Uin╳T/Toff3、升降压和极性反转电路（CUK电路）Uo=--E╳Ton/Toff4、多功能DC/DC控制芯片:三、程控电源设计1.设计任务设计一个输出电压步进可调的数控电压源，并由数码管或LCD显示其电压输出值。具体要求如下：输入电压：10Ｖ输出电压：1.5~5V输出步进单位：0.02V输出纹波电压：５０mV输出额定电流：1A输出电压由数码管显示由“+”、“-”键分别控制输出电压的步进增减具有输出过流保护功能，输出电流达1.5A时，切断输出回路B、AC/DC开关电源设计1.1设计要求已知条件：输入电压AC：85—256V输出功率PO=15W输出电压：7.5V纹波电压:±50mV1.2电路结构选择考虑功率较小,可选择单端反激式,主要选择AdvancedPowerIntegration公司集成控制芯片:TOP202VDS=700V,DMAX=0.6P=15W—30W,FS=100KHZ主要参数和电路结构见手册1.3高频变压器设计A、计算最大和最小输入电压:VVacVVCtfPVVincLac37522652maxmax93338.0)2.36021(152)8522()21(2)2(min02min1.3高频变压器设计A、计算最大和最小直流输入电压（加到变压器初级）:Vmin=1.1×Vacmin=1.1×85=93VVmax=1.4142×Vacmax=1.4142×265=375VAVPIAVG2.0938.015min0B、输入电流平均值C、输入电流峰值取1，DMAX取0.6D、输入电流有效值PRRPRPAVGPIIKADKII66.06.0)12(22.0)2(2maxAKKDIIRPRPMAXPRMS27.037.057.0)13(2E、计算变压器初级电感量5.0,,)21())1((10206取为变压器总损耗为副边损耗式中ZPPPPZKKIfsZPLLLSLLSRPRPPPmHH775.010775.078.2110125.115105.0166.010100)8.08.02.05.0(1510336236F、计算变压器原副边匝比3.156.016.05.15.719310MAXMAXDDSMINSPDDVVVVNN选PC40RM6磁芯。其饱和磁通密度BT=390mT，有效截面积Ae=37mm2，电感系数AL=1600nH/N2由初级电感量LP估算原边匝数：考虑实际使用时变压器须加气隙，故单位匝数的电感量将下降,故可取：NP=2×25=50匝)(2516001010160066无气隙匝PPLN匝27.33.15503.15PSNN副边实取4匝，则对应原边调整为15.3×4=61匝G、计算变压器气隙mmcmTAeBILLgMAXPP67.0067.025.6424.037.0)339.0(66.010775.04.04.022322H、变压器线径计算原边线径：mmmmAISDRMSP15.027.0)/(4442副边线径：mmISDRMSS798.02240uFFUFDICMINOUT13310005.08.005.010100)6.01(2)1(6300H、输出滤波电容计算I、输出整流二极管选择次级峰值电流：ANNIISPPSP103.1566.0选择10A,60V以上快恢或肖特基二极管如：IR公司肖特基:MBR2080CT80V/10A，VFM=0.7V,TO-220