本课题所设计的电源电路是一种电压倍增器。电压加倍器产生的电压是其输入电压的两倍。因此,该电源电路在输出端提供最大23V的输入电压为11.5V。该电路采用555集成电路设计,集成了一些二极管和电容。与输入电压相比,电容器有助于提供输出电压的两倍。电容器储存来自输入电压的电荷,并将其转移到输出,从而在输出端获得两倍的输入电压。
本项目设计的电路的重要部分包括降压交流电压、将交流电压转换为直流电压、平滑直流电压、补偿瞬态电流、短路保护和使用555 IC和电容器的倍压。
组件的要求- - - - - -
图1:基于555 IC的倍压器所需组件列表
框图,
图2:基于555 IC的电压倍增器框图
电路连接,
首先,对于230v交流电降压,采用18V-0-18V中心带变压器。变压器的二次线圈连接全桥整流器。全桥整流器由四个1N4007二极管相互连接而成,在原理图中分别为D1、D2、D3和D4。D1的阴极和D2的阳极连接到一个二次线圈上,D4的阴极和D3的阳极连接到二次线圈的中心带上。D2、D3的正极接整流输出端,D1、D4的正极接全波整流输出端,D4的正极接全波整流输出端。
为了将电源调节到12V水平,首先在全波整流器的输出端之间连接一个470 uF的电容(如图中Cin所示)以达到平滑的目的。为了调节电压,LM-7812 IC与平滑电容并联。输出从7812 IC的电压输出端得到,电压调节器的输出端连接一个1uf的电容(如图Cout所示)来补偿瞬态电流。在稳压IC的输入电压和输出电压端子之间连接一个二极管D5,用于短路保护。稳压器的输出端装配了一个555 IC的多谐振荡器电路,电源的输出端连接了一个22nf的充电电容器。多谐振荡器电路充电和放电电容输出双电压。
电路是如何工作的
电路的功能可以分解为以下操作-
1.交流对交流转换
2.交流到直流转换-全波整流
3.平滑
4.暂态电流补偿
5.电压调整
6.短路保护
7.使用稳定多谐振荡器的电压倍增
交流对交流转换
主电源电压约为220-230V AC,需要降至12V。为了将交流220V减少到12V,使用了带中心胶带的降压变压器。中心分接变压器的使用允许在输入端产生正电压和负电压,但是,只有正电压将从变压器中提取。由于电阻损耗,电路的输出电压有所下降。因此,需要采用额定电压大于12v的高压变压器。变压器在输出端应提供1A电流。满足上述电压和电流要求的最合适的降压变压器是18V-0-18V/2A。这个变压器将主线电压降至+/-18V AC,如下图所示。
图3:18-0-18V变压器电路图
交直流转换-全波整流
降下的交流电压需要通过整流转换为直流电压。整流是将交流电压转换为直流电压的过程。将交流信号转换为直流信号有两种方法。一种是半波整流,一种是全波整流。在这个电路中,全波桥式整流器用于将36V交流转换为36V直流。全波整流比半波整流更有效,因为它提供了完全利用交流信号的负侧和正侧。在全波桥式整流配置中,四个二极管以这样一种方式连接,电流通过它们只有一个方向,从而在输出端产生直流信号。在全波整流期间,一次两个二极管变为正向偏置,另两个二极管变为反向偏置。
图4:全波整流器电路图
在电源的正半周期内,二极管D2和D4串联,二极管D1和D3反向偏置,电流通过输出端,经过D2、输出端和D4。在电源负半周时,二极管D1和D3串联,但二极管D1和D2反向偏置,电流流过D3、输出端和D1。在两种情况下,通过输出端子的电流方向保持一致。
图5:显示全波整流器正循环的电路图
图6:显示全波整流器负循环的电路图
选择1N4007二极管来制造全波整流器,因为它们的最大(平均)正向额定电流为1A,在反向偏置条件下,它们可以维持高达1000V的峰值反向电压。这就是为什么在本项目中使用1N4007二极管进行全波整流。
平滑
平滑是利用电容对直流信号进行滤波的过程。全波整流器的输出不是稳定的直流电压。整流器的输出频率是主电源的两倍,但含有波纹。因此,需要将一个电容并联到全波整流器的输出端进行平滑处理。电容器在一个周期内充电和放电,输出稳定的直流电压。因此,将一个470 uF的电容(如图中Cin所示)连接到整流电路的输出端。由于要整流的直流电路上有许多交流尖峰和不必要的波纹,所以为了减少这些尖峰电容被使用。该电容器作为滤波电容器,绕过所有通过它到地的交流。在输出,平均直流电压是平滑和无纹波。
图7:基于555 IC的电压倍增器的平滑电容电路图
电压调整
7812电压调节器IC用于从输入电压获得恒定的11.5 V。7812 IC的输入电压为14.5V至27V,并提供11.4V至12.6V的恒定输出电压。IC的最大电流限制为1A。在LM7812的输出端,连接了电位计RV1。RV1的可变探头连接至555 IC的输入端。该电位计有助于向555 IC提供可变输入电压。该RV1的输出电压范围为5V至12V。因此,在输出端获得可变电压。
补偿暂态电流
在稳压器的输出端,并联1uf电容(如图Cout所示)。电容有助于快速响应负载瞬态。当输出负载电流发生变化时,就会出现初始电流不足,这可以通过这个输出电容来实现。
输出电流变化可通过以下公式计算:
输出电流,Iout=C(dV/dt),其中
dV =最大允许电压偏差
dt=瞬态响应时间
考虑dv = 100mV
dt=100us
在该电路中,使用10 uF的电容器,
C = 1超滤
Iout = 1u (0.1/100u)
马Iout = 1
由此可以得出,输出电容对1mA电流变化的响应时间为100 us。
图8瞬态电流补偿器电路图
短路保护
二极管D5连接在7812 IC的电压输入和电压输出端子之间,因此它可以防止外部电容器(示意图中的Cout)在输入短路期间通过IC放电。当输入短路时,二极管的阴极处于地电位。由于电容器充满电,二极管的阳极端子处于高压。因此,在这种情况下,二极管是正向偏置的,所有的放电电流从电容器通过二极管到地。这将使调节器IC免受反向电流的影响。
图9短路保护二极管电路图
多谐振荡器电路
电压调节器的输出端使用非稳态多谐振荡器模式的555 IC。在非稳态模式下,555在输出端产生方波。在非稳定模式下,多谐振荡器没有稳定状态,其输出在两个不稳定状态之间保持振荡。因此,在输出端,由多谐振荡器获得方波。
方波的时间周期或频率由电阻-电容时间常数获得。
非稳态多谐振荡器的方波频率可通过以下公式确定——
F = 1.44/ (r1 + (2* r2))* c1
通过输入所有的值,
F = 2.7千赫
在电路中,插脚3是555 IC的输出,因此在IC的插脚3处可获得频率为2.7kHz的方波。在该引脚上,产生占空比为50%(高电平和低电平的时间周期相等)的波形。有两个电容器(C3和C4)和两个二极管(D6和D7)连接到引脚3,这有助于在输出端提供两倍的输入电压。当IC引脚3处于低电压时,二极管D6正向偏置,电容器C3开始通过D6从0V充电至电位计获得的调整电压。
在第二个半周期时引脚3是在高电压,然后二极管D6得到反向偏置。这防止电容器C3的放电和二极管D7是在正向偏置条件。因此,C4开始通过C3充电(C3在前一阶段完全充电),并通过12V电位器的输入电源进行充电。C3电容的电压和输入电源的电压加起来,所以C4的充电电压是输入电源电压的两倍。因此在输出端得到输入电压的两倍。
图10:基于555 IC的电压倍增器电路框图
〇检测和预防措施
在组装电路时需要采取下列预防措施
•NE555的输入电压不得超过16V,否则会损坏IC。
•电容器C3和C4的额定电压必须是输入电压的两倍(即可调输出的最大电压)。
•由于电路本身的电压降,输出电压不是输入电压的两倍。
输出二极管(原理图中的D6和D7)应该有一个低的正向压降,否则,它会降低输出电压。可以使用像1N5819这样的肖特基二极管,因为它们具有低正向电压降。
•降压变压器的额定电压应在14.5V ~ 27V之间,这是LM-7812所需的输入电压。仅在这个范围内,7812将能够提供11.4V到12.6V之间的稳定输出电压。这是由于事实,LM-7812本身采取电压降约2- 3 V。
•在电压调节器IC后使用电容器时,应始终使用保护二极管,以防止电容器放电时IC回流。
•在整流器的输出端应该使用一个电容,这样它就可以处理不需要的市电噪声。同样,建议在稳压器的输出端使用电容,以处理输出端的快速瞬态变化和噪声。输出电容的值取决于电容的电压偏差、电流变化和瞬态响应时间。
•电路中使用的电容器的额定电压必须高于输入电压。否则,电容器将开始泄漏电流,由于在他们的极板电压过高,并将爆发。
一旦电路组装好,使用电位器调整输入电压并测量输出电压。在电路测试期间,观察到以下读数-
图11:基于555 IC的电压倍增器输出特性表
因此,输出电压几乎是输入电压的两倍。
图12:基于555 IC的电压倍频器的输入输出电压图
该电路可用于盖革计数器,为盖革-米勒管产生高电压。它还可用于电压传感和设定参考电压(特别是在模数转换器中)。
电路图
了下:特色的贡献