電源電路採用LM7805集成穩壓器作為穩壓器件,用典型接法,220V電源整流濾波後送入LM7805穩壓,在輸出端接一個470U和0.1U電容進一步濾除紋波,得到5V穩壓電源。電路如圖所示。
圖1
圖2.系統原理圖
首先是對220V的高壓進行變壓,變壓器的具體的匝比要根據下級的電路來確定。變壓之後的電流仍然為交流,在通過整流電路後,變為脈衝直流。濾波電路可以消除脈衝,但是輸出的直流電壓仍不穩定。最後,通過穩壓電路,使得電壓的穩定性大大提高,整個過程如圖。兩個方案的主要區別在穩壓電路,其他部分的電路結構基本相同。
電路如圖3。使用Multisim中的交流源代替現實中的市電,設定其電壓有效值為220V,頻率為50Hz。輸出端接滑動變阻器,代替現實中的負載。改變滑動變阻器的阻值,通過觀察萬用表的直流電壓顯示數值,電壓變化不大,可見其具有一定的負載能力,如表3.1。
表3.1負載測試
當負載阻值小於40歐時,LED1會亮,從而起到了過載保護的作用。
圖3 整體電路
穩壓電路主要是對整流濾波之後的電流作進一步處理,使其電壓更穩定,同時讓整個電路具有一定的負載能力,不會因為外部負載的變化而使輸出電壓發生變化。
如圖3,Q1和Q2構成NPN複合管,可以極大的提高電流放大倍數,減小輸入電阻。LED2兼作電源指示和穩壓管作用。LED1和R3組成簡單過載及短路保護電路。R5和R4進行分壓,然後將R4上的電壓通過Q3反饋到Q1Q2組成的放大電路。最後C3可以使電壓的穩定性進一步提高。
圖4.整機電路的測試
整機電路如圖
整機電路如圖4。使用Multisim中的交流源代替現實中的市電,設定其電壓有效值為220V,頻率為50Hz。輸出端接滑動變阻器,代替現實中的負載。改變滑動變阻器的阻值,通過觀察萬用表的直流電壓顯示數值,電壓變化不大,可見其具有一定的負載能力,如表3.2。
表3.2負載測試
首先317穩壓塊的輸出電壓變化範圍是V0=1.25~37V,所以R2/R1的比值範圍只能是0~28.6。
其次是317穩壓塊都有一個最小穩定工作電流,有的資料稱為最小輸出電流,也有的資料稱為最小洩放電流。最小穩定工作電流的值一般為1.5mA。由於317穩壓塊的生產廠家不同、型號不同,其最小穩定工作電流也不相同,但一般不大於5mA。當317穩壓塊的輸出電流小於其最小穩定工作電流時,317穩壓塊就不能正常工作。當317穩壓塊的輸出電流大於其最小穩定工作電流時,317穩壓塊就可以輸出穩定的直流電壓。如果用317穩壓塊製作穩壓電源時,沒有注意317穩壓塊的最小穩定工作電流,那麼製作的穩壓電源可能會出現下述不正常現象:穩壓電源輸出的有載電壓和空載電壓差別較大。
要解決317穩壓塊最小穩定工作電流的問題,可以通過設定R1和R2阻值的大小,而使317穩壓塊空載時輸出的電流大於或等於其最小穩定工作電流,從而保證317穩壓塊在空載時能夠穩定地工作。此時,只要保證Vo/(R1+R2)≥1.5mA,就可以保證317穩壓塊在空載時能夠穩定地工作。上式中的1.5mA為317穩壓塊的最小穩定工作電流。當然,只要能保證317穩壓塊在空載時能夠穩定地工作,Vo/(R1+R2)的值也可以設定為大於1.5mA的任意值。
經計算可知R1的最大取值為R1≈0.83KΩ。又因為R2/R1的最大值為28.6。所以R2的最大取值為R2≈23.74KΩ。因此,必須保證R1≤0.83KΩ,R2≤23.74KΩ兩個不等式同時成立,才能保證317穩壓塊在空載時能夠穩定地工作。
為滿足上述條件,我選擇R2=2KΩ,R1=700Ω。
C1為濾波電容,C2為旁路電容。
同時,為了電路的穩定工作,我接入二極體作為保護電路,防止電路中的電容放電時的高壓把317燒壞。
圖5. 220V轉5V輸出電源電路
電路非常簡單,用的晶片是大家常用的LM7805。
正負5V電源電路圖78和79系列分別是正電壓和負電壓串聯穩壓集成電路,體積小、集成度高、線性調整率和負載調整率高,在線性電源時代佔領了很大市場。LM7805為固定+5V輸出穩壓集成電路(採取特殊方法也可使輸出高於5V),最大輸出電流為1A,標準封裝形式有TO-220、TO-263。78和79系列集成電路應用相對固定,電路形式簡單,只是正負直流電壓輸出時應注意變壓器最小輸出功率和最小輸出電壓,如圖1所示。
根據能量守恆原則,在理想狀態下電源輸入輸出功率相等。在實際中,考慮銅損和其他元器件的損耗,電源的輸出功率小於輸入功率。78系列和79系列穩壓前後直流電壓差為2~3V。由於為正負雙電源輸出,穩壓前後直流電壓差應為5~6V
圖6.LM7805和LM7905構成的正負電壓輸出
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