直流稳压电源设计

时间：2020-01-05

直流稳压电源设计
　　随着电力电子技术的迅速发展，直流电源应用非常广泛，其好坏直接影响着电气设备或控制系统的工作性能，目前，市场上各种直流电源的基本环节大致相同，都包括交流电源、交流变压器(有时可以不用)、整流电路、滤波稳压电路等。本文以三相交流电源供电的直流电源设计为例，介绍直流电源设计中一些问题的处理办法。并就在实际应用中，多个直流稳压电源串联使用问题做了阐述。
　　2.直流稳压电源的设计
　　2.1 整流变压器的设计
　　三相整流变压器的设计包括：一、二次绕组的联结方式，二次侧电压的计算，一、二次侧电流的计算，容量的计算与确定，结构形式的选择等环节。其中一、二次绕组的联结方式及二次侧电压的确定是我们**分析的内容。本文以某一步进电机驱动器的3个直流电源设计为例进行详细介绍，原理图如图1。

　　图1　步进电机驱动器直流电源设计的原理图
　　1、二次侧电压的确定
　　二次电压不仅与负载电压(即要设计的直流稳压电源电压)和整流电路有关，而且与稳压器件有关。对于要求高的选桥式整流电路，用电容滤波稳压和稳压器稳压，对于要求低的则可以不稳压或用电容稳压。如在图1中，+7V低压驱动，主要是用来锁相，其电流小、电压低，电压波动对驱动电源的工作状态影响不大，不用稳压；+110V用以高压驱动，断续式供电且频率很高，大的电流和电流变化率会产生很高过电压，因此要用电解电容稳压，电阻限流；+12V用于计算机和集成电路的电源，电流小、电压低，但要求电压稳定、纹波系数小，因此用电容和三端稳压器两级稳压。对于不同的稳压手段，二次电压有着不同的确定方法，理论上这3个电压的计算式相同，即U2=Ud／2．34　或UL＝Ud／1．35，计算的3个二次电压分别为：5.2V、81.5V和8.9V，但这样计算的结果在实际中不和适，因此，有些量**用工程估算式来确定，如三相不可逆整流系统一般用公式UL=(0.9～1.0)·Ud估算，如果直流侧用电解电容滤波时、输出平均值会升高，一般用公式UL=Ud/2?估算；如果直流侧用电容和三端稳压器稳压，为了扩大稳压范围，Ud一般应升高3～6V，再用公式UL＝(0.9～1.0)·Ud估算。这样确定的3个二次电压分别为：UL7=0.9×7=6.3V，UL110=110/2?=78V,UL12=16×0.9=14.4V。
　　2、一、二次例电流计算及容量确定
　　二次电流要根据负载电流的大小和整流电路来定，在图1中采用三相桥式整流电路，用式I2＝(2/3)?Id求出3个二次电流有效值分别为：3.26A、6.**、1.63A，就得到3个二次电压和电流。根据变压器一、二次功率近似相等原则，可求得一次电流I1＝1.4**，变压器的容量为S=953VA，按1.5kVA选变压器型号。
　　3、一、二次例绕组联结方式的确定
　　三相交压器绕组可以根据需要接成星形或Δ形。三相整流电路一般用于大功率(即负载功率在4kW以上)整流，变压器通常接成Y／Δ、　Δ／Y 2种。Δ／Y接法可使电源线电流有2个阶梯，更接近正弦波，谐波影响小，可控整流电路用得比较多；Y／Δ接法可以提供单相交流电源，减小二次绕组电流，一般用于大功率二极管整流电路；对于小功率三相变压器有时也接成Y／Y型，虽然这种接法会给电网引入谐波．但毕竟其功率小，影响也较小。总之，选的时候既要考虑对电网的影响，又要尽量减小绕组电流，降低绕组绝缘等级。在图1中，7V和12V电流比较小，电压低，选星形接法；110V电流大，电压不是太高，选Δ形接法，可大大降低绕组中电流，减小绕组线径，延长使用寿命；一次绕组的线电压虽然高(380V)，但变压器容量只有2kW，一次电流为1.4**，所以选星形接法，可降低绕组的电压和绕组的绝缘等。
　　2.2 整流电路设计
　　三相整流电路通常有三相半波整流电路和三相桥式整流电路，由于三相桥式整流电路输出平均电压高，电压脉动小，品质因数高，因此多使用桥式整流电路。桥臂上二极管型号的选择主要是由它的额定电压和额定电流决定，额定电流和电压则由负载平均电流和电压决定，其计算式为：ID＝（1／3）?·Id，ID(AV)= ID ／1.57，UDn＝(1～2) 2?·U2，由ID(AV)和UDn查二极管手册就可确定整流管的型号。

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