简单直流稳压电源的设计与制作

1、学生电子设计与制作讲座学生电子设计与制作讲座简单直流稳压电源的设计与制作简单直流稳压电源的设计与制作直流电源直流电源利用利用市电市电为小型电子设备为小型电子设备供电供电或或充电充电直流稳压电源直流稳压电源n电子装置通常需要电子装置通常需要直流电源直流电源提供能量提供能量n电池？电池？n使用费用高使用费用高n一般用于低功耗便携式的仪器设备中一般用于低功耗便携式的仪器设备中n直流稳压电源直流稳压电源n为电子装置提供电压稳定的直流供电为电子装置提供电压稳定的直流供电u交流电压变换为直流电压交流电压变换为直流电压u保证直流电压保证直流电压稳定稳定电子装置对直流电源的要求电子装置对直流电源的要求n稳定稳

2、定的直流输出电压的直流输出电压n足够的输出电流与功率足够的输出电流与功率n效率效率影响影响直流输出稳定直流输出稳定因素：因素： 电网电压的变化电网电压的变化 负载的变化负载的变化 其它其它直流稳压电源的任务直流稳压电源的任务n把交流市电转换为把交流市电转换为低压低压直流直流n使使输出直流电压输出直流电压稳定稳定n受受电网电压的变化影响小电网电压的变化影响小n受受负载的变化影响小负载的变化影响小n“干净干净”的直流的直流n保证功率和效率保证功率和效率 稳压电源的分类稳压电源的分类n依稳定方式：依稳定方式：n参数型（如稳压管参数型（如稳压管+ +电阻）电阻）n反馈型（如调整管反馈型（如调整管+ +

3、差放）差放）n依工作状态：依工作状态：n线性电源线性电源n开关电源开关电源n依连接方式：依连接方式：n串联型串联型n并联型并联型n例：例：LM317LM317反馈型串联线性电源反馈型串联线性电源小功率小功率直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成变压器变压器注意注意! 功率容量功率容量n 初级绕组的输入电压初级绕组的输入电压n 几个次级绕组几个次级绕组? ? 连接方式连接方式? ?n 各次级绕组的输出电压各次级绕组的输出电压n 各绕组的功率容量各绕组的功率容量 第一，测第一，测直流电阻直流电阻的大小，电阻大的是初级，电阻小的的大小，电阻大的是初级，电阻小的是次级，第二，看线径，线径粗的是次级，线径

4、细的是初级。是次级，第二，看线径，线径粗的是次级，线径细的是初级。以上说的是以上说的是降压变压器降压变压器，如果是，如果是升压变压器升压变压器，判断方法反之。，判断方法反之。1. 1. 电路的工作原理电路的工作原理：即二极管工作状态、电路波形的分析即二极管工作状态、电路波形的分析2. 2. 输出电压和输出电流平均值输出电压和输出电流平均值：即输出脉动直流电压和：即输出脉动直流电压和电流平均值的求解方法电流平均值的求解方法3. 3. 整流二极管的选择整流二极管的选择：即二极管承受的最大整流平均电流即二极管承受的最大整流平均电流和最高反向工作电压的分析和最高反向工作电压的分析整流电路研究的问题整流

5、电路研究的问题 为分析问题简单起见，设二极管为理想二极管，为分析问题简单起见，设二极管为理想二极管，变压器内阻为变压器内阻为0 0。整流二极管的伏安特性整流二极管的伏安特性实际特性理想化特性 理想二极管的理想二极管的正向导通电压为正向导通电压为0 0，即正向电阻为即正向电阻为0 0；反向电流为反向电流为0 0，即，即反向电阻为无穷大。反向电阻为无穷大。半波整流电路半波整流电路u2tuot半波整流：只利用了半个周期半波整流：只利用了半个周期优点：优点：结构简单，元件少结构简单，元件少缺点：缺点：输出波形脉动大，利用率低输出波形脉动大，利用率低可以并联一个可以并联一个电容滤波电容滤波可以采用可以采

6、用全波整流全波整流 u1 u2uoRL+ou+ O(AV)2 012sin d( )2UUtt O(AV)2L(AV)LL0.45UUIRR 2O(AV)220.45UUU 主要参数的估算（主要参数的估算（ UO(A V)和和 IL(A V)）l 输出电压平均值输出电压平均值Uo(AV)l 负载电流平均值负载电流平均值Io(AV)2D(AV)L(AV)L0.45UIIR Rmax22UU 2FLRM20.451.1 1.1 2UIRUU 考虑电网电压波动范围为考虑电网电压波动范围为10，二极管的极限参数应满足：，二极管的极限参数应满足： 二极管的选择二极管的选择l 二极管承受的最大反向电压二极

7、管承受的最大反向电压l 二极管的正向平均电流二极管的正向平均电流u1u2TD4D2D1D3RLuo+-输入在正半周期时输入在正半周期时输入在负半周期时输入在负半周期时uOu2OO四只管子如何接？四只管子如何接？若接反了呢？单相桥式整流电路单相桥式整流电路u1u2TD4D2D1D3RLuo+-+-+- 此时，在此时，在U2的负半的负半周，将会有很大的短路电周，将会有很大的短路电流流过流流过D1和和D3，可能将，可能将整流管和变压器烧毁。整流管和变压器烧毁。 如果如果D1极性接反极性接反?桥式整流电路的简化画法：桥式整流电路的简化画法：整流堆整流堆 O(AV)2 012sin d( )UUtt L

8、LO(AV)2L(AV)0.9UUIRR2O(AV)22 20.9UUU输出电压和电流平均值的估算输出电压和电流平均值的估算Rmax22UU L(AV)2D(AV)L0.452IUIR 2FLR20.451.1 1.1 2UIRUU 考虑到电网电压波动范围为考虑到电网电压波动范围为10，二极管的极限参数应满足：，二极管的极限参数应满足： 二极管的选择二极管的选择l 二极管承受的最大反向电压二极管承受的最大反向电压l 二极管的正向平均电流二极管的正向平均电流（与半波整流电路对二极管的要求相同）（与半波整流电路对二极管的要求相同）桥式整流电路桥式整流电路 单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流单相

9、桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而半波整流电路中均有直流分量流过。所流过，而半波整流电路中均有直流分量流过。所以以单相桥式整流电路的变压器效率较高单相桥式整流电路的变压器效率较高，在同样，在同样的功率容量条件下，体积可以小一些。单相桥式的功率容量条件下，体积可以小一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故路，故广泛应用于直流电源广泛应用于直流电源之中。之中。整流桥整流桥n最大整流电流最大整流电流n最高反向耐压最高反向耐压滤波电路滤波电路n电容滤波电容滤波电路电路n电感滤波电感滤波电路电路n 型滤波电路型滤波电路n模拟电路非常

10、小。，对电容充电，时，有一对二极管导通当充电 2Cuu。放电，电容通过时，所有二极管均截止当放电CRRuuCLL2 充电放电速度与正弦波下降速度相似按指数规律下降滤波后，输出电压平均值增大，脉动变小。滤波后，输出电压平均值增大，脉动变小。电容电容滤波电路滤波电路模拟电路充电放电速度与正弦波下降速度相似按指数规律下降电容电容滤波电路滤波电路 C 越大，越大， RL越大，越大，越大，越大，放电越慢，曲线越放电越慢，曲线越平滑，脉动越小。平滑，脉动越小。考虑整流电路的内阻考虑整流电路的内阻LO(AV)2(3 5)21.2TR CUU ，电容的选择及电容的选择及UO（A V）的估算的估算2 考虑到电网

11、电压波动范围为考虑到电网电压波动范围为10，电容的，电容的耐压值应大于耐压值应大于1.1 U2注意注意极性极性与与耐压耐压稳压电路的性能指标3. 稳压系数：稳压系数：LLOOOIrIIIORRUUUUSUUUU 4. 输出电阻：输出电阻：IOoOUURI 5. 纹波电压：纹波电压：测试出输出电压的交流分量。测试出输出电压的交流分量。1. 输出电压输出电压2. 输出电流输出电流 表明电网电压波动时电路的稳压性。在负载电表明电网电压波动时电路的稳压性。在负载电流不变时，输出电压相对变化量与输入电压变化量之比。流不变时，输出电压相对变化量与输入电压变化量之比。 表明负载电流变化时电路的稳压性能。在电

12、网表明负载电流变化时电路的稳压性能。在电网电压不变时，负载变化引起的输出电压的变化量与输出电流电压不变时，负载变化引起的输出电压的变化量与输出电流的变化量之比。的变化量之比。并联型线性稳压电路并联型线性稳压电路n调整元件与负载调整元件与负载并联并联输入电压输入电压Ui或者负载电或者负载电阻阻RL改变时，会引起输出改变时，会引起输出电压电压Uo发生改变。发生改变。如果能够（自动）调节如果能够（自动）调节调整元件的等效电阻，就调整元件的等效电阻，就有可能使得输出电压有可能使得输出电压Uo保保持稳定。持稳定。并联型线性稳压电路并联型线性稳压电路稳压管选择：稳压管选择： imaxZiminZZmaxo

13、minZminomaxUUUURIIIIoZmaxomaxio(1.5 3)(2 3)ZUUIIUU限流电阻选择限流电阻选择 ：n稳压管稳压电路稳压管稳压电路稳压二极管反向击穿后，电流在一定范围（稳压二极管反向击穿后，电流在一定范围（IZminIZIZmax）变）变化时，其两端电压化时，其两端电压UZ几乎可以保持不变。利用稳压二极管的这个几乎可以保持不变。利用稳压二极管的这个特点可以实现稳压。特点可以实现稳压。固定输出稳压集成电路固定输出稳压集成电路n输出固定正压的输出固定正压的78XX78XX系列系列n7805、7809、7812、7815等反复检查反复检查!固定输出稳压集成电路固定输出稳压

14、集成电路n78XX78XX系列的应用电路系列的应用电路消除高频噪声消除高频噪声抵销长线电感效应消除自激振荡抵销长线电感效应消除自激振荡固定输出稳压集成电路固定输出稳压集成电路n79XX79XX固定输出负压固定输出负压n79057905、79097909、79127912、79157915等等与78XX不同!79xx实用实用12V12V稳压电源稳压电源双15V-20V(有效值) 变压器确认耐压值和安装极性确认耐压值和安装极性!（压差大于（压差大于2.5V）!散热器，绝缘安装散热器，绝缘安装可调输出稳压集成电路可调输出稳压集成电路nLM317LM317n可调的正输出电压可调的正输出电压nLM337

15、LM337n可调的负输出电压可调的负输出电压任务任务制作一个直流稳压电源，要求制作一个直流稳压电源，要求n输入：输入：n220V/50Hz，10%n输出：输出：n三路输出，输出电压分别为：三路输出，输出电压分别为：5V，12Vn最大输出电流最大输出电流 300mAn负载调整率负载调整率5%5%n电流调整率电流调整率5%5%n纹波系数纹波系数5%5%参考电路图参考电路图 (P122，图7-19)滤波电容的选取滤波电容的选取n5V电源滤波电容的选取电源滤波电容的选取7805的最小输入电压为的最小输入电压为7.5V，要求的最大电流为，要求的最大电流为0.3A所以，整流滤波电路的负载电阻最小约为所以，

16、整流滤波电路的负载电阻最小约为25设滤波电路的时间常数设滤波电路的时间常数= 50 mS滤波电容可选择为滤波电容可选择为2000F/16Vn12V电源滤波电容的选取电源滤波电容的选取7812的最小输入电压为的最小输入电压为14.5V，要求的最大电流为，要求的最大电流为0.3A所以，整流滤波电路的负载电阻最小约为所以，整流滤波电路的负载电阻最小约为50设滤波电路的时间常数设滤波电路的时间常数= 50 mS滤波电容可选择为滤波电容可选择为1000F/25V变压器次级绕组的选取变压器次级绕组的选取 5V电源的绕组选取电源的绕组选取滤波电路的时间常数滤波电路的时间常数为为 (30 50) ms，在全波

17、整流的情，在全波整流的情况下，滤波电容放电的时间约为况下，滤波电容放电的时间约为7ms3C60.3 7 101(V)2000 10QI tuCC 由于由于7805 的最小输入电压为的最小输入电压为7.5 V，所以要求电容放电前，所以要求电容放电前的电压最小应大于的电压最小应大于8.5V。假设整流二极管的压降为假设整流二极管的压降为0.8V，桥式整流时要求变压器，桥式整流时要求变压器绕组的电压振幅至少为绕组的电压振幅至少为8.5 + 20.810.1V再考虑到电网电压有再考虑到电网电压有10%的波动，要求变压器绕组电压为的波动，要求变压器绕组电压为7.10.98V有效值。有效值。绕组匝比为绕组匝

18、比为220828。 ，即变压器绕组电，即变压器绕组电压的有效值至少为压的有效值至少为10.11.4147.1V。，电容，电容C上的电压变化量上的电压变化量变压器次级绕组的选取变压器次级绕组的选取 5V电源的绕组选取电源的绕组选取当电网电压最低时，输入到稳压器的平均电压最低：当电网电压最低时，输入到稳压器的平均电压最低：输入到稳压器的电流为输入到稳压器的电流为0.3A，平均功率最低要求为，平均功率最低要求为设整流二极管导通时的压降为设整流二极管导通时的压降为0.8V，平均电流为，平均电流为0.3A，则整流桥的损耗约为则整流桥的损耗约为2.4 + 0.53W，实际可选，实际可选5W。如果不考虑变压器的损耗，要求绕组的功率至少为如果不考虑变压器的损耗，要求绕组的功率至少为80.3 = 2.4W20.80.30.5W。Ui(AV)(7.5 + 8.5)2 = 8V电网电压升高时，变压器的损耗会增加。电网电压升高时，变压器的损耗会增加。变压器次级绕组的选取变压器次级绕组的选取 12V电源的绕组选取电源的绕组选取滤波电路的时间常数滤波电路的时间常数为为 (30 50) mS，在全波整流的情，在全波整流的情况下，滤波电容放电的时间约为况下，滤波电容放电的时间约为7mS，电容，电容C