直流稳压电源设计(包括原理设计方法调试步骤)概要

1、直流稳压电源的设计(包括原理、设计方法及调试步骤)大纲直流稳压电源的设计(包括原理、设计方法及调试步骤)大纲直流稳压电源的设计(包括原理、设计方法及调试步骤)大纲直流稳压电源的设计一实验目的1学习小功率直流稳压电源的设计与调试方法。2掌握小功率直流稳压电源有关参数的测试方法。二预习要求1依照直流稳压电源的技术指标要求，依照教材中介绍的方法，设计出满足技术指标要求的稳压电源。依照设计与计算的结果，写出设计报告。2拟定出实验方案，选择实验用的仪器设备，三实验原理小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图1所示。+电源+整流+滤波+稳压+u1u2u3uIU0_变压器_

2、电路_电路_电路_（a）稳压电源的组成框图u1u2u3uIU00t0t0t0t0tb）整流与稳压过程图1稳压电源的组成框图及整流与稳压过程1电源变压器电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。电源变压器的效率为：P2P1其中：P2是变压器副边的功率，P1是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表所示：表1小型变压器的效率10VA1030VA3080VA80200VA副边功率P21效率0.60.70.80.85因此，当算出了副边功率P2后，就可以依照上表算出原边功率P1。2整流和滤波电路在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将

3、交流电压u2变换成脉动的直流电压u3。滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压u3中的大部分纹波加以滤除，以获取较圆滑的直流电压UI。UI与交流电压u2的有效值U2的关系为：UI(1.11.2)U2在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为：URM2U2流过每只二极管的平均电流为：IR0.45U2IDR2其中：R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C供应放电通路，放电时间常数RC应满足：(35)TRC2其中：T=20ms是50Hz交流电压的周期。3稳压电路由于输入电压u1发生颠簸、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压UI会随着变化。因此，为了保持输出电压UI牢固不变，还需加一级

4、稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持牢固的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外面元件所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源拥有性能牢固、结构简单等优点。集成稳压器的种类很多，在小功率稳压电源中，宽泛使用的是三端稳压器。按输出电压种类可分为固定式和可调式，其他又可分为正电压输出或负电压输出两各种类。（1）固定电压输出稳压器常有的有CW78（LM78）系列三端固定式正电压输出集成稳压器；CW79（LM79）系列三端固定式负电压输出集成稳压器。三端是指稳压电路只有输入、输出和接地三个接地端子。型号中最后两位数字表示输出电压的牢

5、固值，有5V、6V、9V、15V、18V和24V。稳压器使用时，要求输入电压UI与输出电压Uo的电压差UI-Uo2V。稳压器的静态电流Io=8mA。当Uo=518V时，UI的最大值UImax=35V；当Uo=1824V时，UI的最大值UImax=40V。它们的引脚功能及组成的典型稳压电路见附录图A所示。（2）可调式三端集成稳压器可调式三端集成稳压器是指输出电压能够连续调治的稳压器，有输出正电压的CW317系列（LM317）三端稳压器；有输出负电压的CW337系列（LM337）三端稳压器。在可调式三端集成稳压器中，稳压器的三个端是指输入端、输出端和调治端。稳压器输出电压的可调范围为Uo=1.23

6、7V，最大输出电流Iomax=1.5A。输入电压与输出电压差的赞同范围为：UI-Uo=340V。三端可调式集成稳压器的引脚及其应用电路见附录图B。三稳压电源的设计方法：2稳压电源的设计，是依照稳压电源的输出电压Uo、输出电流Io、输出纹波电压Uop-p等性能指标要求，正确地确定出变压器、集成稳压器、整流二极管和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择这些器件。稳压电源的设计能够分为以下三个步骤：1）依照稳压电源的输出电压Uo、最大输出电流Iomax，确定稳压器的型号及电路形式。2）依照稳压器的输入电压UI，确定电源变压器副边电压u2的有效值U2；依照稳压电源的最大输出电流I0max，确定

7、流过电源变压器副边的电流I2和电源变压器副边的功率P2；依照P2，从表1查出变压器的效率，从而确定电源变压器原边的功率P1。尔后依照所确定的参数，选择电源变压器。3）确定整流二极管的正向平均电流ID、整流二极管的最大反向电压URM和滤波电容的电容值和耐压值。依照所确定的参数，选择整流二极管和滤波电容。设计举例：设计一个直流稳压电源，性能指标要求为：Uo3V9V,Iomax80mA0,纹波电压的有效值Uo5mV,稳压系数Sv3103设计步骤：1）选择集成稳压器，确定电路形式集成稳压器采用CW317，其输出电压范围为：Uo1.237V，最大输出电流Iomax为1.5A。所确定的稳压电源电路如图2所

8、示。D63CW3172保险丝D1D41CR1D5u1D2D3C1CoUo220Vu2C2RW图2输出电压可调的稳压电源图2中，取C1=0.01F，C2=10F，C0=1F，R1=200，RW=2k，二极管用IN4001在图2电路中，R1和Rw组成输出电压调治电路，输出电压Uo1.25(1RwR1)，R1取120240，流过R1的电流为510mA。取R1240，则由Uo1.25(1Rw/R1)，可求得：Rwmin210，Rwmax930，故取Rw为2k的精美线绕电位器。2）选择电源变压器3由于CW317的输入电压与输出电压差的最小值UIUominV，输入电压与输出电3压差的最大值UIUomax4

9、0V，故CW317的输入电压范围为：Uomax(UIUo)minUIUomin(UIUo)max即9V3VUI3V40V12VUI43VU2UImin1211V，取U212V1.11.1变压器副边电流：I2Iomax0.8A，取I21A，因此，变压器副边输出功率：P2I2U212W由于变压器的效率0.7，因此变压器原边输入功率P2W，为留有余P117.1地，采用功率为20W的变压器。3）采用整流二极管和滤波电容由于：UUV，。RM2221217I0max0.8AIN4001的反向击穿电压URM50V，额定工作电流ID1AI0max，故整流二极管采用IN4001。依照U09V,UI12V,U0p

10、p5mV,Sv3103，和公式U0UIIo常数SvU0UIT常数可求得：UIUoppUI0.00512VU0Sv931032.2因此，滤波电容：IctI0maxT0.811C25020.003636F3636uFUIUI2.2电容的耐压要大于2U221217V，故滤波电容C取容量为4700F，耐压为25V的电解电容。4四稳压电源的安装与调试按图3所示安装集成稳压电路，尔后从稳压器D6的输入端加入直流电压UIV，调治RW，若3212输出电压也跟着发生变化，说明稳压电路工作正常。CW317用万用表测量整流二极管的正、反向电阻，正1R1D5确判断出二极管的极性后，按图4所示先在变压器UICUo的副边

11、接上额定电流为1A的保险丝，尔后安装整C1Co流滤波电路。安装时要注意，二极管和电解电容C2RW的极性不要接反。经检查无误后，才将电源变压器与整流滤波电路连接，通电后，用示波器或万用表图3稳压电路检查整流后输出电压UI的极性，若UI的极性为负，（其中：D5、D6为IN4001型二极管，则说明整流电路没有接对，此时若接入稳压电路，就会损坏集成稳压器。因此确定UI的极性为正后，断开电源，按图2所示将整流滤波电路与稳压电路连接起来。尔后接通电源，调治RW的值，若输出u1电压满足设计指标，说明稳压电源中各220V级电路都能正常工作，此时就可以进行各项指标的测试。C1=0.1F，C2=10F，C0=1F

12、）D1D4D2D3CUIu2图4整流滤波电路五稳压电源各项性能指标的测试1输出电压与最大输出电流的测试测试电路如图5所示。一般情自耦变压器Io电流表况下，稳压器正常工作时，其输出被测I电流Io要小于最大输出电流Iomax，220V稳压UoV电压表RL取I00.5A，可算出RL=18，电路工作时RL上耗资的功率为：PLUoIo90.54.5W故RL取额定功率为5W，阻值为图5稳压电源性能指标的测试电路18的电位器。测试时，先使RL18，交流输入电压为220V，用数字电压表测量的电压值就是Uo。5尔后慢慢调小RL，直到Uo的值下降5%，此时流经RL的电流就是Iomax，记下Iomax后，要马上调大

13、RL的值，以减小稳压器的功耗。2稳压系数的测量按图5所示连接电路，在U1220V时，测出稳压电源的输出电压Uo。尔后调治自耦变压器使输入电压U1242V，测出稳压电源对应的输出电压Uo1；再调治自耦变压器使输入电压U1198V，测出稳压电源的输出电压Uo2。则稳压系数为：UoSvUo220Uo1Uo2U1242198UoU13输出电阻的测量按图5所示连接电路，保持稳压电源的输入电压U1220V，在不接负载RL时测出开路电压Uo1，此时Io1=0，尔后接上负载RL，测出输出电压Uo2和输出电流Io2，则输出电阻为：Uo1Uo2Uo1Uo2RoIo2Io2Io14纹波电压的测试用示波器观察Uo的峰

14、峰值，（此时Y通道输入信号采用交流耦合AC），测量Uop-p的值（约几mV）。5纹波因数的测量用交流毫伏表测出稳压电源输出电压交流重量的有效值，用万用表（或数字万用表）的直流电压档测量稳压电源输出电压的直流重量。则纹波因数为：输出电压交流重量的有效值输出电压的直流重量六实验内容：1设计一个输出电压连续可调的稳压电源，性能指标为：（1）输出电压U0（312V）；最大输出电流I0max100mA=（2）负载电流I080mA（3）纹波电压Uopp5mV（4）稳压系数Sv51032依照教材中所介绍的方法，设计满足以上性能指标的稳压电源，计算出稳压电源中6各元件的参数，安装和调试电路。3在保证电路正常工

15、作后，测出稳压电源的性能参数U0min、U0max、I0max、Sv、R0、Uopp和。七实验报告要求1列出设计题目和技术指标要求。2列出设计步骤和电路中各参数的计算结果。3画出标有元件值的电路图。4列出性能指标的测试过程5整理实验数据，并与理论值进行比较。附录：1固定式三端稳压器的引脚图及典型应用电路CW78XX1CW78XX3CW79XX123UIC12CoUo123UIC11CoUo2CW79XX3Ui地Uo地UiUo（a）CW78系列的引脚图及应用电路（b）CW79系列的引脚图及应用电路（其中：C1=0.33F,Co=0.1F，C1、（其中：C1=2.2F，CO=1F）Co采用漏电流小

16、的钽电容）图A固定式三端稳压器的引脚图与应用电路说明：稳压器输入端的电容C1用来进一步除掉纹波,其他，输出端的电容Co与C1起到了频率补偿的作用，能防范自激振荡，从而使电路牢固工作。2可调式三端稳压器的引脚图及其典型应用电路在图B(a)中，R1与Rw组成输出电压3CW3172调治电路，输出电压Uo1.25(1+Rw/R1)，CW3171R1D5R1的值为120240，流经R1的泄放电123UIC1CoUo流为510mA。Rw为精美可调电位器。电RWC2容C1能够进一步除掉纹波，电容C1与CoarjUoUi还能够起到相位补偿作用，以防范电路产生（a）CW317系列引脚图及应用电路自激振荡。电容C

17、2与Rw并联组成滤波电其中：C1=0.01F，C2=10F，CO=1F，路，电位器Rw两端的纹波电压经过电容C2R1=200，RW=3k，D5用IN4001旁路掉，以减小输出电压中的纹波。二极RW管D5的作用是防范输出端与地短路时，因CW337C2电容C2上的电压太大而损坏稳压器。123UIC1CoUo1R1D5arjUoUI3CW33727（b）CW317系列引脚图及应用电路其中：C1=0.1F，C2=10F，CO=1F，R1=200，RW=3k，D用IN4001图B可调三端式集成稳压器附：1集成稳压器的采用：采用cw7812、cw7912和cw317cw7812：正稳压器，最大输入电压为35v，最小输入电压为14.5v；当