电池供电系统的稳压电源设计

摘要:稳压电源是实现电能变换和功率传递的主要设备。由于电子技术的特性,电子设备对电源的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能,而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源,稳压电源是电子系统中的关键部分在电源技术中占有十分重要的地位,在信息时代,农业、能源、交通运输、通信等领域迅猛发展,对电源产业提出个更多、更高的要求,如节能、节材、减重、环保、安全、可靠等。这就迫使电源工作者不断的探索寻求各种乡关技术,做出最好的电源产品,以满足各行各业的要求。
本文在介绍了一种适用于电子供电系统的稳压电源,开关电源的各种工作方式、其优劣势、设计方法及未来发展方向等的基础上,对开关稳压电源进行设计。设计分为三个模块进行,分别为辅助电源模块、PWM控制模块、升压电路部分,其中PWM控制电路为电源设计的核心。确定电路设计方案后,使用Multisim 10对电路进行仿真,并对电路的参数进行配比,尽量使电路的参数达到最佳、使输出电压趋于稳定,从而达到设计要求。
第一章绪论
1.1直流稳压电源的概述
电子设备都需要良好稳定的电源,而外部提供的能源大多数为交流电源,电源设备担负着把交流电源转换为电子设备所需的各种类别直流电源的任务,转换后的直流电源应具有良好的稳定性,当电网或负载
变化时,它能保持稳定的输出电压,并具有较低的纹波。我们通常称这种直流电源为稳压电源[2]
直流稳压电源又称直流稳压器。它的供电电压大都是交流电压,当交流供电电压的电压或输出负载电阻变化时,稳压器的直接输出电压都能保持稳定。稳压器的参数有电压稳定度、纹波系数和响应速度等。前者表示输入电压的变化对输出电压的影响。纹波系数表示在额定工作情况下,输出电压中交流分量的大小;后者表示输入电压或负载急剧变化时,电压回到正常值所需时间。直流稳压电源按调整器件的工作状态分为线性直流稳压电源和开关直流稳压电源,前者由工频变压器把单相或三相交流电压变到适当值,然后经整流、滤波,获得不稳定的直流电源,再经稳压电路得到稳定电压(或电流)。这种电源线路简单、纹波小、相互干扰小,但体积大、耗材多,效率低(常低于40%~60%)。后者以改变调整元件(或开关)的通断时间比来调节输出电压,从而达到稳压。这类电源功耗小,效率可达85%左右,但缺点是纹波大、相互干扰大。所以,80年代以来发展迅速。从工作方式上可分为:①可控整流型。用改变晶闸管的导通时间来调整输出电压。②斩波型。输入是不稳定的直流电压,以改变开关电路的通断比得到单向脉动直流,再经滤波后得到稳定直流电压。③变换器型。不稳定直流电压先经逆变器变换成高频交流电,再经变压、整流、滤波后,从所得新的直流输出电压取样,反馈控制逆变器工作频率,达到稳定输出直流电压的目的。
1.2 直流稳压电源的技术指标
稳压电源的主要技术指标包括特性指标和质量指标,前者标识稳压电源的功能又称试用指标,后者反映了稳压电源质量的优劣。
1、特性指标
2、输入电压及适用范围。
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3、输出电压及输出电压调整范围
纳达尔资料4、额定输出电流(指电源正常工作时的最大输出电流)以及过流保护电流值。
(1)电压调整率
负载电流I0 及温度T不变而输入电压U1变化时,输出电压U0的相对变化量△U0/U0与输入电压变化量△U1之比值,称为电压调整率,即
一般直流稳压电源的电压调整率SU为1%、0.1%、0.01%不等,其值越小,稳压性能越好。电压调整率也可定义为:在负载电流和温度不变时,输入电压变化实体经济
时,输出电压的变化量△U0,单位为毫伏。
(2)稳压系数
稳压系数定义为负载不变时,输出电压相对变化量和输入电压相对变化量之比,即
式中,U1为稳压电路输入直流电压,即整流电路的输出电压。
一般情况下S
在10-2~10-4数量级。显然,S
越小稳压电路输出电压的稳定性越好。
(3)负载调整率(亦称电流调整率)
在交流电源额定电压条件下,负载电流从零变化到最大时,输出电压的最大相对变化量用百分数表示
胡俟(4)输出电阻(内阻)
当输入电压固定时,输出电压变化量与负载电流变化量之比,称为输出电阻R0,亦称内阻,即
R0=
其单位为欧。R0的大小反映了当负载变动时,稳压电路保持输出电压稳压的能力。R0越小负载能力越强,一般R0<1
电子元件与材料
(5)最大纹波电压与纹波抑制比
叠加在输出电压上的交流分量的峰—峰值称为最大纹波电压△U
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一般为毫伏级。在电容滤波电路中,负载电流越大,纹波电压也越大。因此,纹波电压应在额定输出电流情况下测出。
纹波抑制比SR定义为稳压电源输入纹波电压峰—峰值△U
与输出纹波电压峰—峰值△U
之比,并取对数,即
SR=20 lg
单位为分贝(dB)。在质量指标中第(1)、(2)项是描述输入交流电压变化对输出电压影响的技术指标,第(3)、(4)项是描述负载变化对输出电压影响的技术指标,第(5)项反映了稳压电源对其输入端引入的交流纹波电压的抑制能力失。

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