集成直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)教學(xué)課件

1、1集成直流穩(wěn)壓電源集成直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)模擬電路課程設(shè)計(jì)模擬電路課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目的 掌握集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法，學(xué)會(huì)選擇電源掌握集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法，學(xué)會(huì)選擇電源變壓器、整流二極管、濾波電容、集成穩(wěn)壓器，掌變壓器、整流二極管、濾波電容、集成穩(wěn)壓器，掌握直流穩(wěn)壓電源的主要性能參數(shù)的電路仿真及測試握直流穩(wěn)壓電源的主要性能參數(shù)的電路仿真及測試方法。方法。23性能指標(biāo)與要求性能指標(biāo)與要求（舉例）（舉例）：1 1、輸出電壓、輸出電壓V VO O及最大輸出電流及最大輸出電流IOmax 1 1路路V VO O = =12V12V對稱輸出對稱輸出, , IOmax=100mA 2 2路路V VO O

2、 =+(3=+(36)V6)V連續(xù)可調(diào)連續(xù)可調(diào), , IOmax=200mA2 2、紋波電壓、紋波電壓V VOP-POP-P5mV5mV3 3、穩(wěn)壓系數(shù)、穩(wěn)壓系數(shù)S SV V 5 51010 1.最大輸出電流Iomax：指穩(wěn)壓電源正常工作的情況下所輸出的最大電流。為防止電路損壞，必須加上保護(hù)電路。 2.輸出電壓Uo。 3.紋波電壓 指疊加上輸出電壓上的交流分量，可用示波器觀察其峰峰值。4.穩(wěn)壓系數(shù)指在負(fù)載電流、環(huán)境溫度不變的情況下，輸入電壓的相對變化引起輸出電壓的相對變化。測試時(shí)必須有自耦變壓器穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路1 并聯(lián)型穩(wěn)壓電源并聯(lián)型穩(wěn)壓電源2 串聯(lián)型穩(wěn)壓電源串聯(lián)型穩(wěn)壓電源3 三端集成穩(wěn)壓器三

3、端集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路開關(guān)型數(shù)字式開關(guān)型數(shù)字式穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路線性（模擬）線性（模擬）穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路( (小功率設(shè)備小功率設(shè)備) )以下主要討以下主要討論線性穩(wěn)壓論線性穩(wěn)壓電路。電路。電路最簡單，但電路最簡單，但是帶負(fù)載能力差，是帶負(fù)載能力差，輸出功率小。一輸出功率小。一般只提供基準(zhǔn)電般只提供基準(zhǔn)電壓，不作為電源壓，不作為電源使用。使用。效率較高，效率較高，目前廣泛使目前廣泛使用，這里簡用，這里簡單介紹。單介紹。穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路并聯(lián)型穩(wěn)壓電路并聯(lián)型穩(wěn)壓電路并聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路并聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路 其穩(wěn)壓過程分述如下：其穩(wěn)壓過程分述如下：v當(dāng)當(dāng)RL未變動(dòng)時(shí)

4、，若電網(wǎng)未變動(dòng)時(shí)，若電網(wǎng)電壓上升，則電壓上升，則 UiULIZIURWULv當(dāng)電網(wǎng)未波動(dòng)時(shí)，若當(dāng)電網(wǎng)未波動(dòng)時(shí)，若RL 減小，則減小，則 ILIURWULIZIURUL 選擇穩(wěn)壓管時(shí)，一般可按以下公式估算 UZ=UL IZmax=(1.53)ILmax Ui=(2 3)UZ結(jié)構(gòu)簡單，但受穩(wěn)壓管最大電流限制，不能調(diào)節(jié)輸結(jié)構(gòu)簡單，但受穩(wěn)壓管最大電流限制，不能調(diào)節(jié)輸出電壓，所以只適用于輸出電壓不需調(diào)節(jié)，負(fù)載電出電壓，所以只適用于輸出電壓不需調(diào)節(jié)，負(fù)載電流小，要求不甚高的場合。流小，要求不甚高的場合。 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路R4T1T2UZR3RW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2(1

5、) 采樣單元采樣單元采樣單元有R1、R2、和Rw組成，與負(fù)載RL并聯(lián)，通過它可以反映輸出電壓Uo的變化。(2) 基準(zhǔn)單元基準(zhǔn)單元 基準(zhǔn)單元由限流電阻R3與穩(wěn)壓管組成。（3）放大單元）放大單元 放大單元由三極管T2組成。4）調(diào)整單元）調(diào)整單元 調(diào)整單元由三極管T1組成，它是串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的核心元件。T1必須選擇大功率三極管 。 1.電路組成電路組成圖9.7串聯(lián)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓原理利用電壓負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓利用電壓負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓當(dāng)當(dāng) UI 增加或輸出負(fù)載變化使增加或輸出負(fù)載變化使 Uo升高時(shí)升高時(shí)UoUB2UBE2( = UB2-UZ）UC2Uo分立元件溫度分立元件溫度穩(wěn)定性差穩(wěn)定性差H

6、OME直流穩(wěn)壓電源的基本組成電路圖 一般由電源變壓器一般由電源變壓器T T、整流電路、濾波電路及穩(wěn)壓電、整流電路、濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成。如圖所示：路所組成。如圖所示：1011電電源變壓變壓器: 將將交流電網(wǎng)電壓電網(wǎng)電壓變?yōu)樽優(yōu)楹线m的交流電壓電壓。整流電電路: 將將交流電壓電壓 變?yōu)樽優(yōu)槊}動(dòng)動(dòng)的直流電壓電壓u3。濾濾波電電路: 將將脈動(dòng)動(dòng)直流電壓電壓u3轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)樽優(yōu)槠交闹绷麟妷弘妷簎i。穩(wěn)穩(wěn)壓電壓電路: 當(dāng)電網(wǎng)電壓當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)動(dòng)及負(fù)載變負(fù)載變化時(shí)時(shí),保持輸輸出電壓電壓uo的穩(wěn)穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源的組成和功能直流穩(wěn)壓電源的組成和功能整整 流流 電電 路路濾濾 波波 電電 路路穩(wěn)穩(wěn) 壓壓 電電

7、 路路整整 流流 電電 路路濾濾 波波 電電 路路穩(wěn)穩(wěn) 壓壓 電電 路路u3uiuo電源變壓器的選擇 電源變壓器是將電源變壓器是將220V，50HZ交流電壓降壓后輸出交流電壓降壓后輸出到副邊。到副邊。變壓器的副邊與原邊的功率比為變壓器的副邊與原邊的功率比為 式中， P2是變壓器副邊的功率，是變壓器副邊的功率，P1是變壓器原邊的功率是變壓器原邊的功率 一般小型變壓器的效率如下表所示一般小型變壓器的效率如下表所示, ,由表求出由表求出P1P11213元器件及參數(shù)選參數(shù)選取1、選集成穩(wěn)壓器，確定電路形式、選集成穩(wěn)壓器，確定電路形式（1）36V可調(diào)選可調(diào)式三端穩(wěn)壓器可調(diào)選可調(diào)式三端穩(wěn)壓器CW317 其

8、特性參數(shù)：其特性參數(shù)： Vo=1.2V37V，Iomax=1.5A， 最小輸入、輸出電壓差最小輸入、輸出電壓差(Vi-Vo)min=3V 最大輸入、輸出壓差最大輸入、輸出壓差(Vi-Vo)max=40V （2）得到）得到12V12V，選用，選用78127812和和CW7912CW79127812 7812 最大最大輸輸入入電壓電壓35V35V，輸輸出出電壓電壓12V, 12V, IomaxIomax=1A=1A79127912最大輸入電壓最大輸入電壓35V35V，輸輸出出電壓電壓-12V, -12V, IomaxIomax=1A=1A14選電源變壓器選電源變壓器對于對于LM317LM317：

9、Vomax+(Vi-Vo)minViVomin+(Vi-Vo)max 6V+3VVi3V+40V，9VVi43V 副邊電壓副邊電壓V2Vimin/1.1=9/1.1V，取，取V2=9V， 副邊電流副邊電流I2Iomax，取，取I2=1A， 則變壓器副邊輸出功率則變壓器副邊輸出功率P2I2V2=9W，查表可得變壓器的效率，查表可得變壓器的效率 =0.6 則原邊輸入功率則原邊輸入功率P1P2/=15W。 對于對于78、79系列：系列：15+(35)VVi15V+35V 副邊電壓副邊電壓V2Vimin/1.1=18/1.1V，取，取V2=17V， 副邊電流副邊電流I2Iomax，取，取I2=1A，

10、則變壓器副邊輸出功率則變壓器副邊輸出功率P2I2*V2=17W，查表可得變壓器的效率，查表可得變壓器的效率 =0.7 P1P2/=24W 綜上兩路考慮，為留有余地，選功率為綜上兩路考慮，為留有余地，選功率為30W的電源變壓器。的電源變壓器。整流濾波電路 整流二極管VD1VD4組成橋式整流電路，將交流電壓U2變成脈動(dòng)的直流電壓，再經(jīng)濾波電容C濾除紋波，輸出直流電壓Ui。Ui與交流電壓 的關(guān)系為Ui=(1.11.2)U2,式中U2為交流電壓 的有效值每只整流二極管承受的最大反向電壓Urm U2通過每只二極管的平均電流Id=0.5Ir=0.45U2/R。式中R為整流濾波電路的負(fù)載電阻，為電容C提供放

11、電回路。RC放電時(shí)間常數(shù)應(yīng)滿足RC（35）T/2。式中，T為交流電周期,即T=20ms濾波電容的容量可由下式估算 C=ICt/Vip-p式中Vip-p為穩(wěn)壓器輸入端紋波電壓的峰-峰值，t=T/2 IC電容C放電電流 ，可取IC=Iomax，濾波電容C的耐壓值應(yīng)大于1.4 U2。 1516選擇整流二極管及濾波電容選擇整流二極管及濾波電容整流二極管整流二極管D選選1N4001或或1N4002 其極限參數(shù)為其極限參數(shù)為:VRM50V， 滿足滿足22VVRM的條件maxoFIIAIF1如果負(fù)載變動(dòng)頻繁，在7815輸出也可接-10100的電解電容 17濾波電容的選擇濾波電容的選擇濾波電容C可由紋波電壓V

12、OP-P和穩(wěn)壓系數(shù)SV確定。例：已知VO=15V，Vi=18V， VOP-P=5mV， SV 510，由式 iiOOVVVVVS/uFVtICVSVVVViCVOiOPPi8332 . 1得電容取取C=1000uFC=1000uFt t為電為電容容C C的放的放電時(shí)間電時(shí)間，t=T/2=0.01St=T/2=0.01S 為電為電容容C C的放的放電電電電流，可取流，可取濾濾波波電電容的耐容的耐壓值應(yīng)壓值應(yīng)大于大于24V1.41417V22maxOCII同理對于317，C=1333uF，可取1000uF與470uF并聯(lián)耐壓值大于VV75.12414. 1922 由于穩(wěn)壓電路發(fā)生波動(dòng)、負(fù)載和溫度發(fā)

13、生變化，濾波電路輸出的直流電壓會(huì)隨著變化。因此，為了維持輸出電壓穩(wěn)定不變，還需加一級穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界因素（電網(wǎng)電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度）等發(fā)生變化時(shí)，使輸出直流電壓不受影響，而維持穩(wěn)定的輸出。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件組成。采用集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)的電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。 集成穩(wěn)壓器的種類很多，在小功率穩(wěn)壓電源中，普遍使用的是三端穩(wěn)壓器。按照輸出電壓類型可分為固定式78、79系列和可調(diào)式117、317等系列。按照設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)要用到可調(diào)式三端穩(wěn)壓器。 集成穩(wěn)壓電源集成穩(wěn)壓電源分類 集成三端可調(diào)穩(wěn)壓器分為： CW117 、CW217、 CW317(正電壓輸出) C

14、W137 、CW237、 CW337(負(fù)電壓輸出) 每個(gè)系列又有100mA、0.5A、1.5A、3A等品種 可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓的連續(xù)可調(diào)。 其電壓調(diào)整率、電流調(diào)整率和紋波抑制比都比CW78和CW79系列高幾倍三端可調(diào)負(fù)輸出型號： CW137-/CW137M-/CW137L- CW237-/CW237M-CW237L CW337-/CW337M-/CW337L- 1.5A 0.5A 0.1A 以上1-軍品級；2-工業(yè)品級；3-為民品級。軍級為金屬殼或陶瓷封裝，工作溫度-55150； 工業(yè)級為金屬或陶瓷封裝，工作溫度-25150； 民品級多為塑料封裝，工作溫度范圍0125。三端可調(diào)正輸出型號： CW

15、117-/CW217M-/CW317L21集成穩(wěn)壓電源集成穩(wěn)壓電源特點(diǎn)：體積小特點(diǎn)：體積小, ,可靠性高可靠性高, ,使用靈活使用靈活, ,價(jià)格低廉價(jià)格低廉類型：類型：78系列系列 穩(wěn)定正電壓穩(wěn)定正電壓 7805 輸出輸出+5V 7809 輸出輸出+9V 7812 輸出輸出+12V 7815 輸出輸出+15V 79系列系列 穩(wěn)定負(fù)電壓穩(wěn)定負(fù)電壓 7905 輸出輸出-5V 7909 輸出輸出-9V 7912 輸出輸出-12V 7915 輸出輸出-15V 外形圖外形圖 照片輸出固定電壓的電路輸出固定電壓的電路輸入與輸出之間的電壓差不得低于輸入與輸出之間的電壓差不得低于3V7805 穩(wěn)壓器基本接線圖

16、穩(wěn)壓器基本接線圖C2LM7805C1UIUO1320.33 F1F+LM78057905 穩(wěn)壓器基本接線圖穩(wěn)壓器基本接線圖C2LM7905C1UIUO2310.33 F1F+LM7905電容電容C1防止自激振蕩。防止自激振蕩。 0.1 F 0.33 F電容電容C2減小高頻干擾，改善瞬態(tài)特性。減小高頻干擾，改善瞬態(tài)特性。1 F 78系列應(yīng)用電路抵消輸入長接抵消輸入長接線的電感效應(yīng)，線的電感效應(yīng)，防止自激防止自激一般為0.1uF0.33uF改善負(fù)載的瞬改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，消除態(tài)響應(yīng)，消除高頻噪聲高頻噪聲一般為0.1uF1uF防止輸入端短路時(shí)防止輸入端短路時(shí) C3反向放電損壞穩(wěn)壓器反向放電損壞穩(wěn)壓器

17、LM7812Uo = 12V123C2+UiC10.33 F0.1 FRL因?yàn)榇笕萘侩娊怆娙萦幸欢ǖ睦@制電感分布電感，易引起自激振蕩，形成高頻干擾，所以穩(wěn)壓器的輸入、輸出端常并入瓷介質(zhì)小容量電容用來抵消電感效應(yīng)，抑制高頻干擾。 正、負(fù)對稱固定輸出的穩(wěn)壓電源 正負(fù)電壓同時(shí)輸出電路正負(fù)電壓同時(shí)輸出電路LM78XXC1UI132C1LM79XX13C2C22 +_ +UOUORL1RL20.33 F0.33 F1 F1 F25LM317穩(wěn)壓穩(wěn)壓器外形及接線圖線圖1231 1端端: :可調(diào)端可調(diào)端2 2端端: :輸出端輸出端3 3端端: :輸入端輸入端 LM317（正輸出）、LM337（負(fù)輸出）是近幾

18、年較新的產(chǎn)品，其最大輸入、輸出電壓差極限為40V，輸出電壓1.235V（或 1.2V 35V）連續(xù)可調(diào)，輸出電流0.51.5A，最小負(fù)載電流為5mA，輸出端與調(diào)整端之間基準(zhǔn)電壓為1.25V，調(diào)整端靜態(tài)電流為50A。提高輸出電流的電路提高輸出電流的電路VDVD 的作用：的作用：補(bǔ)償三極管的發(fā)射結(jié)電壓，使電路輸出補(bǔ)償三極管的發(fā)射結(jié)電壓，使電路輸出電壓等于三端集成穩(wěn)壓器的輸出電壓。電壓等于三端集成穩(wěn)壓器的輸出電壓。提高輸出電壓的電路提高輸出電壓的電路ZOOUUU O12O)1(URRU 使輸出電壓可調(diào)的電路使輸出電壓可調(diào)的電路O32132AURRRRRU 因?yàn)橐驗(yàn)镺AOUUU O213232132O

19、O)1()1/(URRRRRRRRRUU 所以所以選用差動(dòng)放大器或運(yùn)放構(gòu)成的放大器代替T2管構(gòu)成的放大器，可以解決零點(diǎn)漂移的問題。用78XX和A741組成的輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電路。圖中集成運(yùn)放作為電壓跟隨器使用，它的電源借助于三端集成穩(wěn)壓器的輸入直流電壓。0 30 V 連續(xù)可調(diào)電路連續(xù)可調(diào)電路Uo LM3173+UiC10.33 F10 FR1R2C31 FDC2R3+ 3 k 120 680 +32 V10 VAUA = 1.25 V當(dāng)當(dāng) R2 = 0 時(shí)時(shí)，UO= 0 V LM317三端可調(diào)穩(wěn)壓器，輸出電流三端可調(diào)穩(wěn)壓器，輸出電流1.5A。圖示典型應(yīng)用的電路，圖示典型應(yīng)用的電路， C2濾去

20、濾去R2兩兩端的紋波電壓，接入端的紋波電壓，接入R1和和R2使輸出電壓可調(diào)，使輸出電壓可調(diào)，電壓可調(diào)范圍為電壓可調(diào)范圍為1.25 37V。1.5AIN3OUT2ADJ1LM317C2C1R1電壓調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)UiUo100F240R2100FUREFI2I1三端固定穩(wěn)壓器注意事項(xiàng) 1）防止輸入輸出接反，損壞器件； 2）防止穩(wěn)壓器浮地故障； 3）如果輸出電壓|V0|7V，應(yīng)接保護(hù)二極管 4）輸入電壓不能超過VImax 780518，VImax=35V，790518，VImax=-35V 5）輸入電壓必須大于VImin 78系列，VImin7V，79系列，VImin-7V 6）輸出電流不能超過最大值

21、IOmax 7）加散熱片 ）金屬封裝和塑料封裝管腳定義不同， 使用時(shí)一定要先查手冊。參考電路參考電路34參考電路參考電路235調(diào)試步驟調(diào)試步驟1.1. 電源電路由于元件少，線路簡單，所以應(yīng)力電源電路由于元件少，線路簡單，所以應(yīng)力求保證連線正確求保證連線正確(1)(1)整流橋，要分清交流輸入端和直流輸出，否整流橋，要分清交流輸入端和直流輸出，否則會(huì)引起變壓器短路。則會(huì)引起變壓器短路。(2)(2)三端穩(wěn)壓器要檢查三個(gè)腳不能接錯(cuò)。三端穩(wěn)壓器要檢查三個(gè)腳不能接錯(cuò)。7878系列系列和和790790系列系列1 1，2 2腳連線剛好相反，切忌弄錯(cuò)。腳連線剛好相反，切忌弄錯(cuò)。(3)(3)濾波電解電容一定要分清

22、正負(fù)極性，濾波電解電容一定要分清正負(fù)極性，否則會(huì)否則會(huì)產(chǎn)生爆炸產(chǎn)生爆炸。一般是正端接高電位，負(fù)載接低。一般是正端接高電位，負(fù)載接低電位。電位。362.2.接通電源后，首先靜態(tài)幾分鐘，如無異常，無怪味，接通電源后，首先靜態(tài)幾分鐘，如無異常，無怪味，方可進(jìn)入正常測試。否則應(yīng)斷開方可進(jìn)入正常測試。否則應(yīng)斷開220V220V電源，排除故障。電源，排除故障。3.3.電路無故障，測量相應(yīng)點(diǎn)波形，一般為變壓器輸出或電路無故障，測量相應(yīng)點(diǎn)波形，一般為變壓器輸出或整流橋輸入交流波形及大小，整流濾波輸出或穩(wěn)壓器整流橋輸入交流波形及大小，整流濾波輸出或穩(wěn)壓器 輸入波形及電壓大小，最后輸出電壓大小及紋波電壓輸入波形及

23、電壓大小，最后輸出電壓大小及紋波電壓大小，測量時(shí)在額載荷下進(jìn)行，速度要快。大小，測量時(shí)在額載荷下進(jìn)行，速度要快。4.4.若要觀察濾波電容變化對輸出影響，可在斷開電源后若要觀察濾波電容變化對輸出影響，可在斷開電源后更換更換. .5. 如果負(fù)載變動(dòng)頻繁，在各輸出也可接如果負(fù)載變動(dòng)頻繁，在各輸出也可接- -個(gè)個(gè)1010010100的的電解容電解容 37測試內(nèi)容測試內(nèi)容1、 整流濾波電路測試整流濾波電路測試 按圖連接實(shí)驗(yàn)電路按圖連接實(shí)驗(yàn)電路并用示波器觀察并用示波器觀察u u2 2和和u uL L波形，波形， 1) 取RL240 ，不加濾波電容，測量直流輸出電壓UL及紋波電壓 L2) 2) 取取RLRL

24、240 240 ，C C470f 470f ，重復(fù)內(nèi)容，重復(fù)內(nèi)容1)1)的要求的要求3) 3) 取取RLRL120 120 ，C C470f 470f ，重復(fù)內(nèi)容，重復(fù)內(nèi)容1)1)的要求的要求38電 路 形 式 UL（V）L（V）uL波形RL=240RL=240C=47OfRL=120C=470f注意:每次改接電路時(shí)，必須切斷電源 392. 測量三路穩(wěn)壓電源的輸出電壓和最大輸出電流Iomax測試方法：各輸出端分別接負(fù)載電阻RL，測量各輸出電壓值VO。再使RL逐漸減小，直到VO的值下降5，此時(shí)流經(jīng)負(fù)載RL的電流即為IOmax(注:記下IOmax后迅速增大RL，以減小穩(wěn)壓電源的功耗)。403. 測量LM317的輸出電壓可調(diào)范圍 接入負(fù)載RL并調(diào)節(jié)RL，使輸出電流I0200mA。再調(diào)節(jié) 電位器RW， 測量輸出電壓可調(diào)范圍U0minU0max。驗(yàn)證 公式VO1.25(1+Rw/R1) 4.測量輸出電阻R0 輸出電阻R0：當(dāng)輸入電壓Ui（指穩(wěn)壓電路輸入電壓）保持不變，負(fù)載電流由空載變化到額定電流時(shí),而引起的輸出電壓變化，即 常數(shù)UIURIOOO41測量方法測量方法: 分別改變