【正文】 he high efficiency39。而電源是電子設(shè)備的動(dòng)力心臟,任何電子設(shè)備都離不開可靠的電源,它們對(duì)電源的要求也越來越高。并且電源的使用效率 同樣受到人們?cè)絹碓蕉嗟闹匾?，?dāng)一個(gè)普通的220V交流電轉(zhuǎn)變成一路5V~10V的直流電時(shí)會(huì)有很大程度上的損耗，如使電壓轉(zhuǎn)換過程中的損耗合理的利用使損失最小成為人們研究的一個(gè)方向，現(xiàn)代電子設(shè)備使用的電源大致有線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源兩大類。人們對(duì)電源的需求也越來越高。 ACDC電源設(shè)計(jì)的要求基本要求： （1）輸入電壓：220V （2）輸入電源頻率：50Hz177。5% （7）輸出電壓：＋5V，177。5Hz（9）過流保護(hù)：輸出2A （10）效率：≥70%第2章 直流穩(wěn)壓電源的原理及使用[3]各種電器設(shè)備內(nèi)部均是由不同種類的電子電路組成，電子電路正常工作需要直流電源，為電器設(shè)備提供直流電的設(shè)備稱為直流穩(wěn)壓電源。圖21 直流穩(wěn)壓電源框圖電源變壓器：將220V的交流電變成整流所需要的電壓。濾波：將脈動(dòng)直流濾除紋波，變成紋波小的電壓，常見的有C，L，Π型，通常選C濾波。[2]變壓器是利用線圈互感特性構(gòu)成的一種元器件，幾乎在所有的電子產(chǎn)品中都要用到。變壓器的功能主要有：電壓變換；阻抗變換；隔離；穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。常用的鐵心形狀一般有E型和C型。在次級(jí)線圈中感應(yīng)出互感電勢(shì)U2，同時(shí)ф1也會(huì)在初級(jí)線圈上感應(yīng)出一個(gè)自感電勢(shì)E1，E1的方向與所加電壓U1方向相反而幅度相近，從而限制了I1的大小。如果次級(jí)接上負(fù)載，次級(jí)線圈就產(chǎn)生電流I2，并因此而產(chǎn)生磁通ф2，ф2的方向與ф1相反，起了互相抵消的作用，使鐵心中總的磁通量有所減少，從而使初級(jí)自感電壓E1減少，其結(jié)果使I1增大，可見初級(jí)電流與次級(jí)負(fù)載有密切關(guān)系。如果不考慮變壓器的損耗，可以認(rèn)為一個(gè)理想的變壓器次級(jí)負(fù)載消耗的功率也就是初級(jí)從電源取得的電功率。本設(shè)計(jì)要求變壓從220V到25V左右，所以根據(jù)變壓器設(shè)計(jì)公式 (21)輸入220V/50Hz, 輸出25V，磁飽和Bs=，可以計(jì)算出初級(jí)和次級(jí)的匝數(shù)。 ACDC變換概述[4]AC/DC變換是將交流變換為直流,其功率流向可以是雙向的,功率流由電源流向負(fù)載的稱為整流,功率流由負(fù)載返回電源的稱為有源逆變。另外,由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開關(guān)動(dòng)作,使得解決EMC電磁兼容問題的難度加大,也就對(duì)內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計(jì)提出了很高的要求,由于同樣的原因,高電壓、大電流開關(guān)使得電源工作消耗增大,限制了AC/DC變換器模塊化的進(jìn)程。按電源的相數(shù)可分為：單相、三相、多相,按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限[6]。利用具有單向?qū)щ娞匦缘钠骷?，可以把方向和大小交變的電流變換為直流電。如圖31，是一種最簡單的整流電路。變壓器把市電電壓（多為220伏）變換為所需要的交變電壓E2，D 再把交流電變換為脈動(dòng)直流電。在0～K時(shí)間內(nèi)，E2為正半周即變壓器上端為正下端為負(fù)。這時(shí)D承受反向電壓，不導(dǎo)通，Rfz，上無電壓。以及負(fù)載電流的大小還隨時(shí)間而變化，因此，通常稱它為脈動(dòng)直流。不難看出，半波整說是以犧牲一半交流為代價(jià)而換取整流效果的，電流利用率很低（計(jì)算表明，整流得出的半波電壓在整個(gè)周期內(nèi)的平均值，即負(fù)載上的直流電壓Usc = ）因此常用在高電壓、小電流的場合，而在一般無線電裝置中很少采用。圖33 是全波整流電路的電原理圖。在0～π間內(nèi)，E2a 對(duì)Dl為正向電壓，D1 導(dǎo)通，在Rfz 上得到上正下負(fù)的電壓；E2b 對(duì)D2為反向電壓，D2 不導(dǎo)通，見圖34（b）。圖33全波整流電路(D) 圖34全波整流電路波形如此反復(fù)，由于兩個(gè)整流元件DD2輪流導(dǎo)電，結(jié)果負(fù)載電阻Rfz 上在正、負(fù)兩個(gè)半周作用期間，都有同一方向的電流通過，如圖34（b）所示的那樣，因此稱為全波整流，全波整流不僅利用了正半周，而且還巧妙地利用了負(fù)半周，從而大大地提高了整流效率（Usc＝，比半波整流時(shí)大一倍）。另外，這種電路中，每只整流二極管承受的最大反向電壓，是變壓器次級(jí)電壓最大值的兩倍，因此需用能承受較高電壓的二極管。這種電路，只要增加兩只二極管口連接成橋式結(jié)構(gòu)，便具有全波整流電路的優(yōu)點(diǎn)，而同時(shí)在一定程度上克服了它的缺點(diǎn)。電路中構(gòu)成EDl、Rfz 、D3通電回路，在Rfz 上形成上正下負(fù)的半波整洗電壓，E2為負(fù)半周時(shí)，對(duì)DD4加正向電壓，DD4導(dǎo)通；對(duì)DD3加反向電壓，DD3截止。37橋式整流電路波形圖 如此重復(fù)下去，結(jié)果在Rfz 上便得到全波整流電壓。從圖36中還不難看出，橋式電路中每只二極管承受的反向電壓等于變壓器次級(jí)電壓的最大值，比全波整洗電路小一半！如圖37在負(fù)載電阻上正負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。通常用它的平均值與直流電壓等效。此時(shí)C相當(dāng)于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2 ，是正弦形。需要指出的是，當(dāng)放電時(shí)間常數(shù)RLC增加時(shí)，t1點(diǎn)要右移， t2點(diǎn)要左移，二極管關(guān)斷時(shí)間加長，導(dǎo)通角減小，見曲線3；反之，RLC減少時(shí)，導(dǎo)通角增加。反之，當(dāng)ＲL很大，即IL很小時(shí)，盡管C較小, RLC仍很大,電容濾波的效果也很好,見濾波曲線中的3。工程上有詳細(xì)的曲線可供查閱。（或者，電容濾波要獲得較好的效果，工程上也通常應(yīng)滿足wRLC≥6~10。若采用電容濾波電路，則電容容量勢(shì)必很大，而且整流二極管的沖擊電流也非常大，在此情況下應(yīng)采用電感濾波。圖315電感濾波電路工作原理圖311單橋式整流電感濾波電路圖316電感濾波電路和波形圖（二）與電容濾波相比,電感濾波有以下特點(diǎn)：。S隨ＩL的增大而減小。3．電感濾波輸出電壓較電容濾波為低。[2][4]交流電經(jīng)過整流可以變成直流電，但是它的電壓是不穩(wěn)定的：供電電壓的變化或用電電流的變化，都能引起電源電壓的波動(dòng)。 [2][3][6]穩(wěn)壓二極管的缺點(diǎn)是工作電流較小，穩(wěn)定電壓值不能連續(xù)調(diào)節(jié)。目前這種穩(wěn)壓電源已經(jīng)制成單片集成電路，廣泛應(yīng)用在各種電子儀器和電子電路之中。線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作原理可以用圖318說明。若負(fù)載電流IL增加，R受控制而減小，使VR減小，從而在一定程度上抵消了因IL增加（或VI減?。?duì)輸出電壓的影響。要想輸出電壓穩(wěn)定，必須按電壓負(fù)反饋電路的模式來構(gòu)成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。圖319 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖根據(jù)圖319，分兩種情況來加以討論。輸入電壓VI的增加，必然會(huì)使輸出電壓VO有所增加，輸出電壓經(jīng)過取樣電路取出一部分信號(hào)VF與基準(zhǔn)源電壓VREF比較，獲得誤差信號(hào)ΔV。2．負(fù)載電流變化，輸入電壓保持不變 。經(jīng)放大后使VO1增加，從而使調(diào)整管的管壓降VCE下降，從而抵消因IL增加使輸入電壓減小的影響。根據(jù)圖215可知其中n為取樣系數(shù)，所以， （320）（321）調(diào)節(jié)R2顯然可以改變輸出電壓。早期的集成穩(wěn)壓器外引線較多，現(xiàn)在的集成穩(wěn)壓器只有三個(gè)外引線：輸入端、輸出端和公共端。 要特別注意，不同型號(hào)，不同封裝的集成穩(wěn)壓器,它們?nèi)齻€(gè)電極的位置是不同的，要查手冊(cè)確定。7800VoVi132C1C2圖323 三端固定輸出穩(wěn)壓器應(yīng)用電路317VoVi132C1C2R1240歐Rp圖324 三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器應(yīng)用電路可調(diào)輸出三端集成穩(wěn)壓器的內(nèi)部，因此輸出電壓可通過電位器調(diào)節(jié)。圖325 穩(wěn)壓器作恒流源(a)小電流恒流源 (b)大電流恒流源圖326 可調(diào)穩(wěn)壓器作恒流源電路[6]利用A/D轉(zhuǎn)換芯片將模擬的電壓輸出信號(hào)采樣輸出轉(zhuǎn)化成數(shù)字值，顯示在數(shù)碼管上。 模擬電子開關(guān)S在采樣脈沖CPS的控制下重復(fù)接通、斷開的過程。在保持過程中，采樣的模擬電壓經(jīng)數(shù)字化編碼電路轉(zhuǎn)換成一組n位的二進(jìn)制數(shù)輸出。圖330取樣定理取樣定理：設(shè)取樣脈沖s(t)的頻率為fS，輸入模擬信號(hào)x(t)的最高頻率分量的頻率為fmax，必須滿足fs ≥ 2fmax，y(t)才可以正確的反映輸入信號(hào)(從而能不失真地恢復(fù)原模擬信號(hào))。 由于A/D轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，在每次采樣以后，需要把采樣電壓保持一段時(shí)間。（由于集成運(yùn)放A具有很高的輸入阻抗，在保持階段，電容C上所存電荷不易泄放。將采樣－保持電路的輸出電壓歸化為量化單位△的整數(shù)倍的過程叫做量化。一個(gè)n位二進(jìn)制數(shù)只能表示2n個(gè)量化電平，量化過程中不可避免會(huì)產(chǎn)生誤差，這種誤差稱為量化誤差。 圖332 劃分量化電平的兩種方法（a）量化誤差大（b）量化誤差小二、采樣保持電路 圖333 采樣保持電路t0時(shí)刻S閉合，CH被迅速充電，電路處于采樣階段。t1時(shí)刻采樣階段結(jié)束，S斷開，電路處于保持階段。三、A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)（1）分辨率A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率用輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示，位數(shù)越多，誤差越小，轉(zhuǎn)換精度越高。（2）相對(duì)精度在理想情況下，所有的轉(zhuǎn)換點(diǎn)應(yīng)當(dāng)在一條直線上。（3）轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度是指完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。第4章 總體方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的主要目的是使標(biāo)準(zhǔn)的220V的交流電通過一系列電子元器件的轉(zhuǎn)換作用后轉(zhuǎn)變成多路低壓的直流電源，其轉(zhuǎn)換方式主要是由變壓器，整流元器件，濾波元器件，穩(wěn)壓器件，A/D轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)AT89S52及LED數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)。 圖41 初期原理圖在本設(shè)計(jì)中采用220V/50Hz變壓器可將220V交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?5V直流電并且通過橋式整流，再通過1000uF的電解電容濾波，然后通過整流芯片7807817912等實(shí)現(xiàn)輸出+5V、+12V、12V的真流電壓輸出。