直流稳压电源的设计(包括原理、设计方式和调试步骤)

1、实验九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式。2 .把握小功率直流稳压电源有关参数的测试方式。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式，设计出知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 .制定出实验方案，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份组成，如图1所示。图1稳压电源的组成框图及整流与稳压进程1 .电源变压器电源变压器的作用是以后自电网的220V交流电压川变换为整流电路所需要的交流电压U2o电源变压器的效率为：7=P其中：乃是变压器副边的功率

2、，6是变压器原边的功率。一样小型变压器的效率如表1所示:表1小型变压器的效率副边功率舄<0VA1030K43080E480200以效率因此，当算出了副边功率鸟后，就能够够依照上表算出原边功率A。2 .整流和滤波电路在稳压电源中一样用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压U2变换成脉动的直流电压U3。滤波电路一样由电容组成，K作用是把脉动直流电压U3中的大部份纹波加以滤除，以取得较滑腻的直流电压U。U|与交流电压U2的有效值U?的关系为:U=(1.11.2)4在整流电路中，每只二极管所经受的最大反向电压为：4.L闻2流过每只二极管的平均电流为：IR0.4叫其中：R为整流滤波

3、电路的负载电阻，它为电容C提供放电通路，放电时刻常数RC应知足：2其中：T=20ms是50Hz交流电压的周期。3.稳压电路由于输入电压川发生波动、负载和温度发生转变时，滤波电路输出的直流电压Ui会随着转变。因此，为了维持输出电压Ui稳固不变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素(电网电压、负载、环境温度)发生转变时，能使输出直流电压不受阻碍，而维持稳固的输出。稳压电路一样采纳集成稳压器和一些外闱元件所组成。采纳集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳固、结构简单等优势。集成稳压器的类型很多，在小功率稳压电源中，普遍利用的是三端稳压器。按输出电压类型可分为固定式和可调式，另外又可分为正电压输

4、出或负电压输出两种类型。(1)固定电压输出稳压器常见的有CW78xx(LM78xx)系列三端固定式正电压输出集成稳压器；CW79xx(LM79xx)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稳固值，有5V、6V、9V、15V、18V和24V。稳压器利历时，要求输入电压Ui与输出电压U。的电压差Ui-U。22V。稳压器的静态电流L=8mA。当U0=518V时，Ui的最大值U】max=35V：当Uo=1824V时，Ui的最大值Ulmax=40Vo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

5、调式三端集成稳压器是指输出电压能够持续调剂的稳压器，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、输出端和调剂端。稳压器输出电压的可调范围为U产37V,最大输出电流3训=。输入电压与输出电压差的许诺范围为：U|-U0=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.稳压电源的设计方式:稳压电源的设计，是依照稳压电源的输出电压U。、输出电流I。、输出纹波电压AU,pp等性能指标要求，正确地确信出变压器、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

6、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U。、最大输出电流Lmax，确信稳压器的型号及电路形式。2）依照稳压器的输入电压U1,确信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确信流过电源变压器副边的电流L和电源变压器副边的功率P2：依照P?,从表1查出变压器的效率n,从而确信电源变压器原边的功率口。然后依照所确信的参数，选择电源变压器。3）确信整流二极管的正向平均电流6、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。依照所确信的参数，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：+9匕/02=800A

7、纹波电压的有效值匕稳乐系数W3x10-3设计步骤：1）选择集成稳压器，确信电路形式集成稳压器选用CW317,其输出电压范围为：U0=1.237V,最大输出电流/“max为。所确信的稳压电源电路如图2所示。图2输出电压可调的稳压电源图2中，取G=rF,C2=10hF,Co=IpF,R1=200Q,Rw=2kQ,二极管用IN4001在图2电路中，仆和R/且成输出电压调剂电路，输出电压U,-1.25（1+6./4）,Ri取120240Q,流过叫的电流为510M。取/?,=24（n,那么由（/。=1.25（1+乙/凡）,可求得:Kmin=210Q,尺皿x=9300,故取心，为2g的周密线绕电位器02）

8、选择电源变压器由于CW317的输入电压与输出电压差的最小值（为一U,"” = 压差的最大值（U/ a）. =4W ,故CW317的输入电压范围为:Smax +（°/mm + " -L,输入电压与输出电即 9V + 3V<Ut W3V + 4W12V WU/ <43Vu 17U取 =12V- 1.1 1.1 -变压器副边电流：/>/mz=0.8A,取人=L4,因此，变压器副边输出功率：P2 > I2U2 = 12W由于变压器的效率 = 0.7,因此变压器原边输入功率N= 17.1W,为留有余地，选用功率为20W的变压器.3）选用整流二极管和滤

9、波电容由于：Urw > 行 6 =、历 X12=17V，/omax=08A。IN4001的反向击穿电压>50V,额定工作电流乙）=1A>故整流二极管选用 IN4001o依照 u° =9V，S =12匕Uo.L =5mV,S、, =3x10-3 ,和公式/ 常数r常数可求得：必=皆=黑土*因此，滤波电容:T11/o.8x x-I t Umaxcn 9C = =邑 =- = O.OO3636FU/2.23636/F电容的耐压要大于、QU2=J5xl2=17V,故滤波电容C取容量为470Q/F,耐压为25V的电解电容。四.稳压电源的安装与调试按图3所示安装集成稳压电路，然

10、后从稳压器 的输入端加入直流电压U/W12V,调剂Rw,假设输出电压也随着发生转变，说明稳压电路工作正常。用万用表测量整流二极管的正、反向电阻，正确判定出二极管的极性后，按图4所示先在变压器 的副边接上额定电流为1A的保险丝，然后安装整 流滤波电路。安装时要注意，二极管和电解电容18c的电位器0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U1的极性，假设U的极性为负，（其中：Ds、D6为IN4001型二极管,那么说明整流电路没有接对，现在假设接入稳压电路，G=",C2=1OPF,Co=1PF）oU1就会损坏集成

11、稳压器，因此确信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。然后接通电源，调剂Rw的值，假设输出电压知足设计指标，说明稳压电源中各级电路都能正常工作，现在就能够够进行各项指标的测试。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。一样情况下，稳压器正常工作时，其输出电流1（1要小于最大输出电流/.max，取/（）=0.5A,可算出Rl=18Q,工作时R,上消耗的功率为:,=U/=9xO.5=4.5W故&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测试时，先使Rl=18Q,交流输入电压为220V,用数字电压表测量的

12、电压值确实是Uoo然后慢慢调小勺，直到U。的值下降5%,现在流经勺的电流确实是/“max，记下/后，要马上调大时的值，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q=22。/时，测出稳压电源的输出电压Uo.然后调剂自耦变压器使输入电压q=242/,测出稳压电源对应的输出电压U。1：再调剂自耦变压器使输入电压Q=19W,测出稳压电源的输出电压u02,那么稳压系数为:22。242-1983 .输出电阻的测量按图5所示连接电路，维持稳压电源的输入电压q=22（V,在不接负载Rl时测出开路电压Ua,现在L=0,然后接上负载Rl,测出输出电压U02和输出电流3,那么输出电阻为：R_&q

13、uot;/of心4 .纹波电压的测试用示波器观看U。的峰峰值，（现在Y通道输入信号采纳交流耦合AC）,测量AUpp的值（约几mV）。5 .纹波因数的测量用交流亳伏表测出稳压电源输出电压交流分量的有效值，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分量。那么纹波因数为：输出电压交流分量的存改值输出电压的直流分量六.实验内容:1 .设计一个输出电压持续可调的稳压电源，性能指标为：（1）输出电压Uo=（+3+12V）；最大输出电流/0mx=100A（2）负载电流/（）=8OA（3）纹波电压4必一452V（4）稳压系数Sv<5x10-32 .依照教材中所介绍的方式，设计知足以上

14、性能指标的稳压电源，计算出稳压电源中各元件的参数，安装和调试电路。3 .在保证电路正常工作后，测出稳压电源的性能参数U°mm、A)max、R。、心,和八七.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进程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(a)CW78 x x系列的引脚图及应用电路(其中：Ci = j.iF,Co = pF , Ci x(b) CW79xx系列的引脚图及应用电路 (其中：Ci = pF, Co= IpF)C。采纳漏电

15、流小的但电容)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G用来进一步排除纹波，另外，输出端的电容C。与Ci起到了频率补偿的作用，能避免自激振荡，从而使电路稳固工作。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，Ri与Rw组成输出电压O调剂电路，输出电压U产(1+Rw/Ri),cbl7IRi的值为120240Q,流经Ri的泄放电>3流为510mA。Rw为周密可调电位器。电容G能够进一步排除纹波，电容G与CuarjUoU.还能起到相位补偿作用，以避免电路产生自激振荡。电容C2与Rw并联组成滤波电路,电位器Rw两头的纹波电压通过电容C?旁路掉，以减小输出电压中的纹波。二极管Ds的作用是避免输出端与地短路时，因(a) CW317系列引脚图及应用电路 其中：Ci= |iF, C2 = 10|iF, Co = 1rF,R! =200Q , Rw=3kC, D$用 IN4001电容C2上的电压太大而损坏稳压器。arjUoU,3CW3372(b)CW317系列引脚图及应用电路其中：Cj=j.iF>C2=10rF,Co=1rF,R=200Q,Rw=3kC,D用IN4001图B可调三端式集成稳压器附：1 .集成稳压器的选取：采纳CW781二、CW7912和CW317CW7812：正稳压器，最大输入电压为35V,最小输入电压为；当输入为