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直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法范文第1篇

關(guān)鍵詞：直流穩(wěn)壓電源；生產(chǎn)過(guò)程；項(xiàng)目；任務(wù)

中圖分類號(hào)：TM44-4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2013.03.056

1 教材分析

通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握電子技術(shù)公共的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，培養(yǎng)和提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)與技能分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，以及繼續(xù)學(xué)習(xí)專業(yè)課程的能力，為學(xué)生職業(yè)生涯的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

教學(xué)內(nèi)容選自第一章和第四章的整流器、濾波器和穩(wěn)壓器三部分內(nèi)容。它們是模擬電路的基本電路，也是模擬電路應(yīng)用的基礎(chǔ)，因此在電子技術(shù)中占有非常重要的地位。

教材上的對(duì)三部分內(nèi)容上的設(shè)計(jì)是獨(dú)立分離的，對(duì)理論知識(shí)依然偏重。為了體現(xiàn)體現(xiàn)“三以一化”課程理念，本人對(duì)教材進(jìn)行項(xiàng)目課例開發(fā)，打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，開發(fā)了基于生產(chǎn)過(guò)程的《直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)與制作》項(xiàng)目，融合了多門學(xué)科（電子CAD課程、仿真軟件課程和電子技能課程），由單一能力培養(yǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合職業(yè)能力的提升。

2 教學(xué)目標(biāo)及重點(diǎn)

2.1 知識(shí)與技能目標(biāo)

①理解整流、濾波和穩(wěn)壓電路的原理；②熟悉橋式整流電路、電容濾波電路和穩(wěn)壓器的作用并能正確應(yīng)用；③掌握直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)與制作并能實(shí)現(xiàn)+5V、+15V、-15V、+18V和-18V穩(wěn)壓電源功能；④掌握檢測(cè)元器件、使用常用儀器儀表、裝配和調(diào)試直流穩(wěn)壓電源電路的能力；⑤會(huì)用Multsim仿真軟件驗(yàn)證直流穩(wěn)壓電源電路功能；⑥會(huì)用Protel2004軟件設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源電路板；⑦掌握資料檢索、信息收集、制定方案及撰寫報(bào)告的能力。

2.2 方法和過(guò)程目標(biāo)

①學(xué)會(huì)自主探究、嘗試性學(xué)習(xí)的方法；②學(xué)會(huì)小組分工合作、團(tuán)隊(duì)協(xié)作學(xué)習(xí)的方法；③學(xué)會(huì)在相互討論、評(píng)價(jià)中提高能力；④通過(guò)對(duì)任務(wù)要求的解讀，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

2.3 情感和態(tài)度價(jià)值觀目標(biāo)

①培養(yǎng)學(xué)生自信、勤奮、樂于動(dòng)腦、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的學(xué)習(xí)態(tài)度和精神；②培養(yǎng)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境主動(dòng)獲取信息的意識(shí)；③通過(guò)探索、自主學(xué)習(xí)，體驗(yàn)成功的喜悅和實(shí)現(xiàn)自我價(jià)值；④培養(yǎng)學(xué)生良好的職業(yè)道德、團(tuán)隊(duì)精神、組織協(xié)調(diào)能力及創(chuàng)新意識(shí)。

根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和職業(yè)學(xué)校人才培養(yǎng)要求，確立本項(xiàng)目的教學(xué)重點(diǎn)為：①橋式整流電路、電容濾波電路和三端集成穩(wěn)壓器的工作原理；②直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)和制作方法和過(guò)程。

3 教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法范文第2篇

【關(guān)鍵詞】穩(wěn)壓電源；設(shè)計(jì)；參數(shù)

任何電子設(shè)備的工作都離不開直流電源，晶體管、集成電路正常工作都需要直流電源供電。提供直流電的方法主要有干電池和穩(wěn)壓電源兩種。干電池具有輸出電壓穩(wěn)定便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)但是其容量低壽命短的缺點(diǎn)也十分明顯。而直流穩(wěn)壓電源能夠?qū)?20V交流電轉(zhuǎn)換為源源不斷的穩(wěn)定的直流電.它由變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四部分電路等組成。參考電路如圖1所示。

1.變壓

穩(wěn)壓電源的輸出電壓一般是根據(jù)儀器設(shè)備的需要而定的，有的儀器設(shè)備同時(shí)需要幾種不同的電壓。單獨(dú)的穩(wěn)壓電源，其輸出電壓在一定的范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)，當(dāng)調(diào)節(jié)范圍較大時(shí)，可分幾個(gè)檔位。因此，需要將交流電通過(guò)電源變壓器變換成適當(dāng)幅值的電壓，然后才能進(jìn)行整流等變換，根據(jù)需要，變壓器的次級(jí)線圈一般都為兩組以上選用合適的變壓器將220V±10%的高壓交流電變成需要的低壓交流電，要滿足電源功率和輸出電壓的需要，變壓器選用應(yīng)遵循以下原則：

（1）在220V±15%情況下應(yīng)能確?？煽糠€(wěn)定輸出。一般工程上變壓、整流和濾波后的直流電壓可以按下面情況確定：

一是要考慮集成穩(wěn)壓電路一般是要求最小的輸入輸出壓差；二是要考慮橋式整流電路要消耗兩個(gè)二極管正向?qū)ǖ膲航?；三是要留有一定的余量。輸出電壓過(guò)高會(huì)增加散熱量，過(guò)低會(huì)在輸出低壓時(shí)不穩(wěn)定，由此來(lái)確定直流電壓.

（2）變壓器要保留20%以上的電流余量。

2.整流

是將正弦交流電變成脈動(dòng)直流電，主要利用二極管單向?qū)щ娫韺?shí)現(xiàn)，整流電路可分為半波整流、全波整流和橋式整流。電源多數(shù)采用橋式整流電路，橋式整流由4個(gè)二極管組成，每個(gè)二極管工作時(shí)涉及兩個(gè)參數(shù)：一是電流，要滿足電源負(fù)載電流的需要，由于橋式整流電路中的4個(gè)二極管是每?jī)蓚€(gè)交替工作，所以，每個(gè)二極管的工作電流為負(fù)載電流的一半；二是反向耐壓，反向電壓要大于可能的最大峰值。

（1）電流負(fù)載ID>IL；

（2）反向耐壓為變壓器最高輸出的峰值VD>V2。

3.濾波

濾波的作用是將脈動(dòng)直流濾成含有一定紋波的直流電壓，可使用電容、電感等器件，在實(shí)際中多使用大容量的電解電容器進(jìn)行濾波。圖中C2和C4為低頻濾波電容，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理中的有關(guān)公式和電網(wǎng)變化情況，設(shè)計(jì)、計(jì)算其電容量和耐壓值，選定電容的標(biāo)稱值和耐壓值以及電容型號(hào)（一般選取幾百至幾千微法）。

C1和C3為高頻濾波電容，用于消除高頻自激，以使輸出電壓更加穩(wěn)定可靠。通常在0.01μF～0.33μF范圍內(nèi)。

（1）低頻濾波電容的耐壓值應(yīng)大于電路中的最高電壓，并要留有一定的余量；

（2）低頻濾波電容C2選取應(yīng)滿足：C2≥（3～5）；RL為負(fù)載電阻，T為輸入交流電的周期。對(duì)于集成穩(wěn)壓后的濾波電容可以適當(dāng)選用數(shù)百微法即可；

（3）工程上低頻電容C2也可根據(jù)負(fù)載電流的值來(lái)確定整流后的濾波電容容量，即：C2≥（IL/50mA）×100uF。

4.穩(wěn)壓

經(jīng)過(guò)整流和濾波后的直流電壓是一個(gè)含有紋波并隨著交流電源電壓的波動(dòng)和負(fù)載的變化而變化的不穩(wěn)定的直流電壓，電壓的不穩(wěn)定會(huì)引起儀器設(shè)備工作不穩(wěn)定，有時(shí)甚至無(wú)法正常工作。為此在濾波后要加穩(wěn)壓電路，以保障輸出電壓的平穩(wěn)性。穩(wěn)壓方式有分立元件組成的穩(wěn)壓電路和集成穩(wěn)壓電路。分立元件組成的穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓方式有串聯(lián)穩(wěn)壓、并聯(lián)穩(wěn)壓和開關(guān)型穩(wěn)壓等，其中較常用的是串聯(lián)穩(wěn)壓方式。

（1）串聯(lián)穩(wěn)壓電路

串聯(lián)穩(wěn)壓電路工作框圖如圖2所示，它由采樣電路、基準(zhǔn)電壓電路、比較放大電路和調(diào)整電路組成。

（2）集成穩(wěn)壓器

隨著集成工藝技術(shù)的廣泛使用，穩(wěn)壓電路也被集成在一塊芯片上，稱為三端集成穩(wěn)壓器，它具有使用安全、可靠、方便且價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)。

三端穩(wěn)壓器按輸出電壓方式可分為四大類：

①固定輸出正穩(wěn)壓器7800系列，如7805穩(wěn)壓值為+5V。

②固定輸出負(fù)穩(wěn)壓器7900系列。

③可調(diào)輸出正穩(wěn)壓器LM117、LM217、LM317及LM123、LM140、LM138、LM150等。

④可調(diào)輸出負(fù)穩(wěn)壓器LM137、LM237、LM337等。

直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法范文第3篇

關(guān)鍵詞 電源 線性穩(wěn)定電源 開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源

中圖分類號(hào)：TN86 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 電源的分類

直流穩(wěn)定電源按習(xí)慣可分為化學(xué)電源，線性穩(wěn)定電源和開關(guān)型穩(wěn)定電源，它們又分別具有各種不同類型：

1.1 化學(xué)電源

我們平常所用的干電池、鉛酸蓄電池、鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池均屬于這一類，各有其優(yōu)缺點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，又產(chǎn)生了智能化電池；在充電電池材料方面，美國(guó)研制人員發(fā)現(xiàn)錳的一種碘化物，用它可以制造出便宜、小巧、放電時(shí)間長(zhǎng)，多次充電后仍保持性能良好的環(huán)保型充電電池。

1.2 線性穩(wěn)定電源

線性穩(wěn)定電源有一個(gè)共同的特點(diǎn)就是它的功率器件調(diào)整管工作在線性區(qū)，靠調(diào)整管之間的電壓降來(lái)穩(wěn)定輸出。由于調(diào)整管靜態(tài)損耗大，需要安裝一個(gè)很大的散熱器給它散熱，而且由于變壓器工作在工頻（50Hz）上，所以重量較大。

這類電源的優(yōu)點(diǎn)是：（1）電源穩(wěn)定性及負(fù)載穩(wěn)定性較高，可靠性高；（2）輸出紋波電壓??；（3）瞬態(tài)響應(yīng)速度快；（4）線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于輸出連續(xù)可調(diào)的成品，也便于維修；（5）沒有開關(guān)干擾。

線性穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn)是：（1）功耗大，效率相對(duì)較低，一般只有45%；（2）體積大、較笨重、不能微小型化；（3）必須有較大的濾波電容。

造成這些缺點(diǎn)的原因是：（1）調(diào)整管在電源的整個(gè)工作中，一直都工作在晶體管的線性放大區(qū)，調(diào)整管本身的功耗與輸出電流成正比，這樣調(diào)制管本身的功耗就會(huì)隨電源的輸出功率的增大而增大，使調(diào)制管急劇發(fā)熱。為了保證管子能正常工作，除選用功率大的管子外，還必須給管子加上較大的散熱片。（2）線性穩(wěn)壓電源使用了50HZ工頻變壓器，通常，這種變壓器的效率只有80%～90%。這樣不但增加了電源的體積和重量，而且也大大降低了電源的效率。（3）由于線性穩(wěn)壓電源的工作頻率較低，僅為50HZ，所以要降低輸出電壓中紋波電壓的峰峰值，就必須增大濾波電容的容量。

這類穩(wěn)定電源又有很多種，從輸出性質(zhì)可分為穩(wěn)壓電源和穩(wěn)流電源及集穩(wěn)壓、穩(wěn)流于一身的穩(wěn)壓穩(wěn)流（雙穩(wěn)）電源。從輸出值來(lái)看可分定點(diǎn)輸出電源、波段開關(guān)調(diào)整式和電位器連續(xù)可調(diào)式幾種。從輸出指示上可分指針指示型和數(shù)字顯示式型等等。

1.3 開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源

與線性穩(wěn)壓電源不同的一類穩(wěn)電源就是開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源，它的電路型式主要有單端反激式，單端正激式、半橋式、推挽式和全橋式。它和線性電源的根本區(qū)別在于它變壓器不工作在工頻而是工作在幾十千赫茲到幾兆赫茲。功能管不是工作在飽和及截止區(qū)即開關(guān)狀態(tài)；開關(guān)電源因此而得名。

開關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)是：（1）體積小，重量輕；（2）功耗小，效率高；（3）穩(wěn)壓范圍寬；（4）濾波的效率大為提高，使濾波電容的容量和體積大為減?。唬?）電路形式靈活多樣，能設(shè)計(jì)出滿足應(yīng)用于不同場(chǎng)合的穩(wěn)壓電源。開關(guān)電源相對(duì)于線性電源來(lái)說(shuō)紋波較大（一般≤1%VO（P-P），功率調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，它產(chǎn)生的交流電壓和電流會(huì)通過(guò)電路中的其他元器件產(chǎn)生尖峰干擾和諧振干擾。

2 電壓的相關(guān)數(shù)值

2.1 負(fù)載變化對(duì)輸出電壓影響

（1）負(fù)載調(diào)整率（也稱電流調(diào)整率）

在交流電源額定電壓條件下，負(fù)載電流從零變化到最大時(shí)，輸出電壓的最大相對(duì)變化，用百分?jǐn)?shù)表示：

= ？100 / 100

（2）輸出電阻（也稱內(nèi)阻）

在額定輸出電壓條件下，負(fù)載電流變化引起輸出電壓的變化，則輸出電阻為：

= | |

2.2 穩(wěn)壓系數(shù)

穩(wěn)壓系數(shù)有絕對(duì)穩(wěn)壓系數(shù)和相對(duì)穩(wěn)壓系數(shù)兩種。絕對(duì)穩(wěn)壓系數(shù)表示負(fù)載不變而輸入交流電壓變化時(shí)，穩(wěn)壓電源輸出直流電壓變化量與輸入交流電壓變化量之比，即：

=

它表示輸入交流電壓變化時(shí)，引起的輸出電壓變化量。絕對(duì)穩(wěn)壓系數(shù)值越小越好。越小說(shuō)明同一引起的越小，輸出電壓就越穩(wěn)定。這種表示方法在工程中常常用到。相對(duì)穩(wěn)壓系數(shù)表示負(fù)載不變時(shí)，穩(wěn)壓電源輸出直流電壓的相對(duì)變化量 / 與輸入交流電壓的相對(duì)變化量/之比：

=

電壓調(diào)整率表示負(fù)載電流為額定值時(shí)輸入交流電壓在額定值上下變化 ？10%時(shí)，穩(wěn)壓電源輸出電壓的相對(duì)變化量（百分?jǐn)?shù)）：

= ？100 / 100

一般直流穩(wěn)壓電源的電壓調(diào)整率為1%、0.1%、0.01%等。有時(shí)也可用絕對(duì)值表示。

2.3 電壓調(diào)整率

輸入電壓相對(duì)變化為？0%時(shí)的輸出電壓相對(duì)變化量，穩(wěn)壓系數(shù)和電壓調(diào)整率均說(shuō)明輸入電壓變化對(duì)輸出電壓的影響，因此只需測(cè)試其中之一即可。

2.4 輸出電阻及電流調(diào)整率

輸出電阻與放大器的輸出電阻相同，其值為當(dāng)輸入電壓不變時(shí)，輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比的絕對(duì)值。電流調(diào)整率：輸出電流從0變到最大值時(shí)所產(chǎn)生的輸出電壓相對(duì)變化值。

2.5 紋波電壓

（1）最大紋波電壓。在額定輸出電壓和額定輸出電流條件下，輸出紋波電壓的絕對(duì)值大小，通常以峰值或有效值表示。

（2）紋波系數(shù)。在額定輸出電壓和額定輸出電流條件下，輸出紋波電壓的有效值Urma與輸出直流電壓之比，即：

= ？100 / 100

總結(jié)：電源廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防設(shè)施等各個(gè)方面，與人們生活息息相關(guān)。因此，基于電源的重要性，對(duì)其進(jìn)行的分析是具有現(xiàn)實(shí)意義的。

參考文獻(xiàn)

[1] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）（第5版）. 北京：高等教育出版社，2008.

[2] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）（第5版）. 北京：高等教育出版社，2008.

直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法范文第4篇

Huang Baorui； Dong Juntang

（College of Physics and Electronics Information，Yan'an University，Yan'an 716000，China）

摘要：以數(shù)字實(shí)驗(yàn)室常用設(shè)備DSG-5B型數(shù)字邏輯EDA系統(tǒng)中電源為例，介紹開關(guān)型穩(wěn)壓電源原理，并對(duì)三種常見故障進(jìn)行分析及維修。

Abstract: This article takes the electric power source of DSG-5B digital logic EDA system commonly used in digital laboratory for example, introduces the principle of switching voltage regulator, and analyzes three common failure and their maintenance.

關(guān)鍵詞：直流穩(wěn)壓電源 故障 維修

Key words:D. C. regulated power supply；fault；maintenance

中圖分類號(hào)：TM93 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2011）26-0052-01

引言

數(shù)字實(shí)驗(yàn)室中大量使用了DSG-5B型數(shù)字邏輯EDA實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，由于設(shè)備使用頻率較高，而且實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)外漏電源部分沒有做相應(yīng)處理，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中容易造成電路短路，因此系統(tǒng)的電源故障率較高。本文選擇了三種典型故障，對(duì)其進(jìn)行原理分析并介紹了維修方法。

1直流穩(wěn)壓電源工作原理

DSG-5B型數(shù)字邏輯EDA系統(tǒng)中電源原理如圖1所示，它由整流濾波、高頻隔離變壓器、輸出整流濾波、輔助電路和控制邏輯電路組成。市電經(jīng)過(guò)單相橋式整流、濾波后成為含有脈動(dòng)成分的直流電壓，之后輸入DC-DC變換器的初級(jí)繞組，經(jīng)過(guò)變換器次級(jí)繞組的電壓被整流、濾波后就產(chǎn)生了低壓直流。為了使得在輸入交流和輸出負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，輸出電壓能保持穩(wěn)定，這里采用了脈沖寬度調(diào)制（PWM）電路，控制電路把輸出的5V電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果來(lái)控制高頻功率開關(guān)的占空比，達(dá)到調(diào)整輸出電壓的目的[1]。在控制邏輯電路中采用了光電隔離器件，完全實(shí)現(xiàn)了輸出部分與輸入部分線路隔離。

2直流電源故障分析及維修

2.1 故障一現(xiàn)象：接入220V交流電，打開儀器電源開關(guān)，無(wú)電壓輸出。

故障分析與維修：通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，在交流電源插座下部有保險(xiǎn)管標(biāo)示，拔掉交流電源插頭并取出保險(xiǎn)管，用肉眼觀察，保險(xiǎn)絲已熔斷。用一個(gè)1.5A的保險(xiǎn)管更換，接通交流電源后，打開開關(guān)，電源穩(wěn)定，輸出正常。

2.2 故障二現(xiàn)象同故障一。

故障分析與維修：有了對(duì)故障一的處理，我們首先也檢查了電源的保險(xiǎn)管，發(fā)現(xiàn)保險(xiǎn)熔斷，同樣更換了保險(xiǎn)管，但更換后輸出任無(wú)電壓。參照原理圖我們分析，由于開關(guān)型穩(wěn)壓電源中的開關(guān)功率管工作在高反壓和大電流的條件下，所以開關(guān)功率管損壞幾率較大。本電路中的開關(guān)功率管集成在脈沖寬度調(diào)制器（TOP223Y）中，所以初步判斷為脈沖寬度調(diào)制器損壞[2]。由于脈沖寬度調(diào)制器是集成元器件，不易用萬(wàn)用表檢測(cè)其好壞，所以直接用同型號(hào)的脈沖寬度調(diào)制器進(jìn)行更換。接通交流電源后，打開開關(guān)，電源穩(wěn)定，輸出正常。

2.3 故障三現(xiàn)象：輸出電源指示燈閃爍。

故障分析與維修：從現(xiàn)象看，該電源間斷輸出，參照原理圖路分析，當(dāng)電路負(fù)載很大時(shí)，由于TOP223內(nèi)部有限流電路，所以振蕩器停止工作，電路無(wú)輸出電壓。電路停止輸出后，TOP223內(nèi)部的自啟動(dòng)電路，使得振蕩器重新開始工作，電路輸出電壓，由于電流過(guò)大又停振，如此往復(fù)，從現(xiàn)象上看就是輸出電源指示燈閃爍。根據(jù)分析很可能是變壓器次級(jí)繞組后的某處元器件被擊穿或者短路。此時(shí)利用觀察法看電阻有沒有燒焦，電容有沒有鼓泡、漏液等現(xiàn)象。若觀察到元件都正常，可用排除法對(duì)可能引起故障的元件逐級(jí)檢查[3]，對(duì)于在路無(wú)法判斷其好壞的元件，可以脫錫取下檢測(cè)。經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)電路中整流二極管D4被擊穿，跟換同型號(hào)的整流二極管后，接通交流電源后，打開開關(guān)，電源穩(wěn)定，輸出正常。

3結(jié)束語(yǔ)

DSG-5B型數(shù)字邏輯EDA系統(tǒng)中電源常見的故障可以歸結(jié)為：保險(xiǎn)絲熔斷、開關(guān)管損壞、整流二極管損壞、濾波電容開路或擊穿等。本文介紹了一些在工作中常見故障及維修方法，然而在實(shí)際工作中，開關(guān)穩(wěn)壓電路故障現(xiàn)象及原因是千差萬(wàn)別的，尤其是隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的快速發(fā)展，電路不斷更新的情況下，要簡(jiǎn)潔，完善的維修電源，必需在實(shí)踐中不斷摸索、總結(jié)、提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2001：546-549.

直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法范文第5篇

【關(guān)鍵詞】RLC紋波抑制電路 狀態(tài)空間模型 狀態(tài)軌跡 輸出 研究

線性直流穩(wěn)壓電源可為數(shù)電/模電電路提供3.3V、±5V和±12V的直流壓信號(hào)，該類型電源紋波系數(shù)越低，輸出性能就越好。

如圖1所示的RLC紋波抑制電路可濾除直流電壓uO中摻雜的紋波電壓uR，在額定負(fù)載電流條件下，使得uO具有較為合理的紋波系數(shù)Y（Y≤1%）。

本文通過(guò)對(duì)RLC紋波抑制電路進(jìn)行狀態(tài)空間時(shí)域分析，獲得該電路較為合理的參數(shù)配置。

1 國(guó)內(nèi)外紋波抑制電路的研究狀況

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外直流穩(wěn)壓電源研發(fā)機(jī)構(gòu)普遍采用頻域和時(shí)域相結(jié)合的方法對(duì)紋波抑制電路的元件參數(shù)配置及性能進(jìn)行分析和研究。

（1）2017年1月，根據(jù)Kujund?i?G.和Ile? S.在關(guān)于直流電源電路傳函建模的文獻(xiàn)《Optimal charging of valve-regulated lead-acid batteries based on model predictive control》中描述，基于可調(diào)電阻RP、電感L和電容C構(gòu)建的紋波濾除電路具有較好的動(dòng)、靜態(tài)性能；

（2）2016年11月，根據(jù)TrichtchenkoO.和Deconinck B.在關(guān)于紋波濾除系統(tǒng)時(shí)域分析的文獻(xiàn)《The Instability of Wilton ripples》中描述，電阻R、電感L和電解電容C的不同參數(shù)配置會(huì)直接影響紋波濾除系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)的表現(xiàn)。

本文在上述研究的基礎(chǔ)上，首先構(gòu)造出直流穩(wěn)壓電源內(nèi)部RLC紋波抑制電路的傳遞函數(shù)模型GO（s），進(jìn)而計(jì)算出與GO（s）對(duì)應(yīng)的Jordan標(biāo)準(zhǔn)型ΣJ（J， BJ，CJ）和能控標(biāo)準(zhǔn)型ΣC（AC， BC， CC），并根據(jù)ΣJ和ΣC的時(shí)域分析結(jié)果給出紋波抑制電路較為合理的參數(shù)配置。

2 RLC紋波抑制電路傳函的構(gòu)建

2.1 RLC紋波抑制電路的基爾霍夫方程

根據(jù)圖1，RLC紋波抑制電路的KVL和KCL方程如下。

2.2 確定RLC紋波抑制電路的傳函

將（2）式代入（1）式，并利用拉氏變換計(jì)算得到RLC紋波抑制電路的傳函如下：

若取電感LR=3.3μH，CR=0.1μF且RP=15Ω，則

由于GO（s）的兩個(gè)極點(diǎn)s1=-3.73，s2=-0.81，因此RLC紋波抑制電路能夠穩(wěn)定工作。

3 Jordan標(biāo)準(zhǔn)型ΣJ（J，BJ，CJ）的時(shí)域分析

3.1 Jordan標(biāo)準(zhǔn)型ΣJ（J，BJ，CJ）的求取

（1）傳函GO（s）進(jìn)行部分分式展開，得：

（2）選取合適的狀態(tài)變量X1（s）和X2（s），ΣJ（J，BJ，CJ）對(duì)應(yīng)的信號(hào)流圖如圖2。

（3）根據(jù)圖2，Jordan標(biāo)準(zhǔn)型ΣJ（J，BJ，CJ）如下：

3.2 Jordan標(biāo)準(zhǔn)型ΣJ（J，BJ，CJ）的時(shí)域分析

（1）ΣJ的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣ΦJ如下：

（2）令X（0）=0，u（t）=1，ΣJ的狀態(tài)X（t）計(jì)算如下：

（3）ΣJ的狀態(tài)X（t）和輸出y（t）曲線如圖3。

4 能控標(biāo)準(zhǔn)型ΣC（AC，BC，CC）的時(shí)域分析

4.1 能控標(biāo)準(zhǔn)型ΣC（AC，BC，CC）的求取

（1）選取合適的狀態(tài)變量X1C（s）和X2C（s），能控標(biāo)準(zhǔn)型ΣC（AC，BC，CC）對(duì)應(yīng)的信號(hào)流圖如圖4。

（2）根據(jù)圖4，能控標(biāo)準(zhǔn)型ΣC（AC， BC， CC）如下：

4.2 能控標(biāo)準(zhǔn)型ΣC（AC，BC，CC）的時(shí)域分析

（1）ΣC的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣ΦC如下：

（2）令X（0）=0，u（t）=1，ΣC的狀態(tài)XC（t）計(jì)算如下：

（3）ΣC的狀態(tài)XC（t）和輸出y（t）曲線如圖5。

5 ΣJ和ΣC狀態(tài)軌跡和輸出響應(yīng)的分析

如圖3所示，當(dāng)系統(tǒng)初始狀態(tài)X（0）=0且輸入u（t）=1時(shí)，紋波抑制電路Jordan標(biāo)準(zhǔn)型ΣJ的狀態(tài)X（t）的終了值X（∝）=[0.27 1.23]T，同時(shí)ΣJ模型輸出y（t）的終了值y（∝）=1。

如圖5所示，當(dāng)系統(tǒng)初始狀態(tài)X（0）=0且輸入u（t）=1時(shí)，紋波抑制電路能控標(biāo)準(zhǔn)型ΣC的狀態(tài)XC（t）的終了值XC（∝）=[0.33 -0.01]T，同時(shí)ΣC模型輸出y（t）的終了值y（∝）=1。

通過(guò)以上分析，明顯看出對(duì)應(yīng)于同一個(gè)紋波抑制電路的傳遞函數(shù)模型GO（s），由于X（t）≠XC（t），因此X（∝）≠XC（∝）；但由于系統(tǒng)傳遞函數(shù)的惟一性，紋波抑制電路在不同狀態(tài)空間模型（ΣJ≠ΣC）下的輸出響應(yīng)y（t）的終了值惟一，即：y（∝）=1。

6 結(jié)論

RLC紋波抑制電路中，電容CR濾除紋波電壓uR，電感LR濾除紋波電流iR，在額定負(fù)載電流（iO≤id）條件下，該電路可明顯提升直流穩(wěn)壓電源輸出電壓uO的品質(zhì)。

直流穩(wěn)壓電源的輸入為AC 220V（50Hz）的工頻電，輸出電壓uO∈[0， 30V]，輸出電流iO∈[0，2A]，當(dāng)電阻RP∈[0， 200Ω]，電感LR∈[3.3， 47μH]，電容CR∈[0.1， 47μF]時(shí)，紋波濾除系統(tǒng)具有較好的時(shí)域響應(yīng)，輸出電壓uO的紋波系數(shù)Y∈[1%， 5%]。

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作者介

馬振峰（1971-），男，遼寧省阜新市人。碩士生導(dǎo)師。副教授。主要從事應(yīng)用電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)方面的研究。