直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)(包括原理設(shè)計(jì)方法調(diào)試步驟)概要

1、直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)(包括原理、設(shè)計(jì)方法及調(diào)試步驟)大綱直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)(包括原理、設(shè)計(jì)方法及調(diào)試步驟)大綱直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)(包括原理、設(shè)計(jì)方法及調(diào)試步驟)大綱直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)習(xí)小功率直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與調(diào)試方法。2掌握小功率直流穩(wěn)壓電源有關(guān)參數(shù)的測(cè)試方法。二預(yù)習(xí)要求1依照直流穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)要求，依照教材中介紹的方法，設(shè)計(jì)出滿足技術(shù)指標(biāo)要求的穩(wěn)壓電源。依照設(shè)計(jì)與計(jì)算的結(jié)果，寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告。2擬定出實(shí)驗(yàn)方案，選擇實(shí)驗(yàn)用的儀器設(shè)備，三實(shí)驗(yàn)原理小功率穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個(gè)部分組成，如圖1所示。+電源+整流+濾波+穩(wěn)壓+u1u2u3uIU0_變壓器_

2、電路_電路_電路_（a）穩(wěn)壓電源的組成框圖u1u2u3uIU00t0t0t0t0tb）整流與穩(wěn)壓過(guò)程圖1穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與穩(wěn)壓過(guò)程1電源變壓器電源變壓器的作用是將來(lái)自電網(wǎng)的220V交流電壓u1變換為整流電路所需要的交流電壓u2。電源變壓器的效率為：P2P1其中：P2是變壓器副邊的功率，P1是變壓器原邊的功率。一般小型變壓器的效率如表所示：表1小型變壓器的效率10VA1030VA3080VA80200VA副邊功率P21效率0.60.70.80.85因此，當(dāng)算出了副邊功率P2后，就可以依照上表算出原邊功率P1。2整流和濾波電路在穩(wěn)壓電源中一般用四個(gè)二極管組成橋式整流電路，整流電路的作用是將

3、交流電壓u2變換成脈動(dòng)的直流電壓u3。濾波電路一般由電容組成，其作用是把脈動(dòng)直流電壓u3中的大部分紋波加以濾除，以獲取較圓滑的直流電壓UI。UI與交流電壓u2的有效值U2的關(guān)系為：UI(1.11.2)U2在整流電路中，每只二極管所承受的最大反向電壓為：URM2U2流過(guò)每只二極管的平均電流為：IR0.45U2IDR2其中：R為整流濾波電路的負(fù)載電阻，它為電容C供應(yīng)放電通路，放電時(shí)間常數(shù)RC應(yīng)滿足：(35)TRC2其中：T=20ms是50Hz交流電壓的周期。3穩(wěn)壓電路由于輸入電壓u1發(fā)生顛簸、負(fù)載和溫度發(fā)生變化時(shí)，濾波電路輸出的直流電壓UI會(huì)隨著變化。因此，為了保持輸出電壓UI牢固不變，還需加一級(jí)

4、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）發(fā)生變化時(shí)，能使輸出直流電壓不受影響，而維持牢固的輸出。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外面元件所組成。采用集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電源擁有性能牢固、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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，寬泛使用的是三端穩(wěn)壓器。按輸出電壓種類可分為固定式和可調(diào)式，其他又可分為正電壓輸出或負(fù)電壓輸出兩各種類。（1）固定電壓輸出穩(wěn)壓器常有的有CW78（LM78）系列三端固定式正電壓輸出集成穩(wěn)壓器；CW79（LM79）系列三端固定式負(fù)電壓輸出集成穩(wěn)壓器。三端是指穩(wěn)壓電路只有輸入、輸出和接地三個(gè)接地端子。型號(hào)中最后兩位數(shù)字表示輸出電壓的牢

5、固值，有5V、6V、9V、15V、18V和24V。穩(wěn)壓器使用時(shí)，要求輸入電壓UI與輸出電壓Uo的電壓差UI-Uo2V。穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流Io=8mA。當(dāng)Uo=518V時(shí)，UI的最大值UImax=35V；當(dāng)Uo=1824V時(shí)，UI的最大值UImax=40V。它們的引腳功能及組成的典型穩(wěn)壓電路見(jiàn)附錄圖A所示。（2）可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器是指輸出電壓能夠連續(xù)調(diào)治的穩(wěn)壓器，有輸出正電壓的CW317系列（LM317）三端穩(wěn)壓器；有輸出負(fù)電壓的CW337系列（LM337）三端穩(wěn)壓器。在可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器中，穩(wěn)壓器的三個(gè)端是指輸入端、輸出端和調(diào)治端。穩(wěn)壓器輸出電壓的可調(diào)范圍為Uo=1.23

6、7V，最大輸出電流Iomax=1.5A。輸入電壓與輸出電壓差的贊同范圍為：UI-Uo=340V。三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器的引腳及其應(yīng)用電路見(jiàn)附錄圖B。三穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法：2穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，是依照穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo、輸出電流Io、輸出紋波電壓Uop-p等性能指標(biāo)要求，正確地確定出變壓器、集成穩(wěn)壓器、整流二極管和濾波電路中所用元器件的性能參數(shù)，從而合理的選擇這些器件。穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)能夠分為以下三個(gè)步驟：1）依照穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo、最大輸出電流Iomax，確定穩(wěn)壓器的型號(hào)及電路形式。2）依照穩(wěn)壓器的輸入電壓UI，確定電源變壓器副邊電壓u2的有效值U2；依照穩(wěn)壓電源的最大輸出電流I0max，確定

7、流過(guò)電源變壓器副邊的電流I2和電源變壓器副邊的功率P2；依照P2，從表1查出變壓器的效率，從而確定電源變壓器原邊的功率P1。爾后依照所確定的參數(shù)，選擇電源變壓器。3）確定整流二極管的正向平均電流ID、整流二極管的最大反向電壓URM和濾波電容的電容值和耐壓值。依照所確定的參數(shù)，選擇整流二極管和濾波電容。設(shè)計(jì)舉例：設(shè)計(jì)一個(gè)直流穩(wěn)壓電源，性能指標(biāo)要求為：Uo3V9V,Iomax80mA0,紋波電壓的有效值Uo5mV,穩(wěn)壓系數(shù)Sv3103設(shè)計(jì)步驟：1）選擇集成穩(wěn)壓器，確定電路形式集成穩(wěn)壓器采用CW317，其輸出電壓范圍為：Uo1.237V，最大輸出電流Iomax為1.5A。所確定的穩(wěn)壓電源電路如圖2所

8、示。D63CW3172保險(xiǎn)絲D1D41CR1D5u1D2D3C1CoUo220Vu2C2RW圖2輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電源圖2中，取C1=0.01F，C2=10F，C0=1F，R1=200，RW=2k，二極管用IN4001在圖2電路中，R1和Rw組成輸出電壓調(diào)治電路，輸出電壓Uo1.25(1RwR1)，R1取120240，流過(guò)R1的電流為510mA。取R1240，則由Uo1.25(1Rw/R1)，可求得：Rwmin210，Rwmax930，故取Rw為2k的精美線繞電位器。2）選擇電源變壓器3由于CW317的輸入電壓與輸出電壓差的最小值UIUominV，輸入電壓與輸出電3壓差的最大值UIUomax4

9、0V，故CW317的輸入電壓范圍為：Uomax(UIUo)minUIUomin(UIUo)max即9V3VUI3V40V12VUI43VU2UImin1211V，取U212V1.11.1變壓器副邊電流：I2Iomax0.8A，取I21A，因此，變壓器副邊輸出功率：P2I2U212W由于變壓器的效率0.7，因此變壓器原邊輸入功率P2W，為留有余P117.1地，采用功率為20W的變壓器。3）采用整流二極管和濾波電容由于：UUV，。RM2221217I0max0.8AIN4001的反向擊穿電壓URM50V，額定工作電流ID1AI0max，故整流二極管采用IN4001。依照U09V,UI12V,U0p

10、p5mV,Sv3103，和公式U0UIIo常數(shù)SvU0UIT常數(shù)可求得：UIUoppUI0.00512VU0Sv931032.2因此，濾波電容：IctI0maxT0.811C25020.003636F3636uFUIUI2.2電容的耐壓要大于2U221217V，故濾波電容C取容量為4700F，耐壓為25V的電解電容。4四穩(wěn)壓電源的安裝與調(diào)試按圖3所示安裝集成穩(wěn)壓電路，爾后從穩(wěn)壓器D6的輸入端加入直流電壓UIV，調(diào)治RW，若3212輸出電壓也跟著發(fā)生變化，說(shuō)明穩(wěn)壓電路工作正常。CW317用萬(wàn)用表測(cè)量整流二極管的正、反向電阻，正1R1D5確判斷出二極管的極性后，按圖4所示先在變壓器UICUo的副邊

11、接上額定電流為1A的保險(xiǎn)絲，爾后安裝整C1Co流濾波電路。安裝時(shí)要注意，二極管和電解電容C2RW的極性不要接反。經(jīng)檢查無(wú)誤后，才將電源變壓器與整流濾波電路連接，通電后，用示波器或萬(wàn)用表圖3穩(wěn)壓電路檢查整流后輸出電壓UI的極性，若UI的極性為負(fù)，（其中：D5、D6為IN4001型二極管，則說(shuō)明整流電路沒(méi)有接對(duì)，此時(shí)若接入穩(wěn)壓電路，就會(huì)損壞集成穩(wěn)壓器。因此確定UI的極性為正后，斷開(kāi)電源，按圖2所示將整流濾波電路與穩(wěn)壓電路連接起來(lái)。爾后接通電源，調(diào)治RW的值，若輸出u1電壓滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，說(shuō)明穩(wěn)壓電源中各220V級(jí)電路都能正常工作，此時(shí)就可以進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試。C1=0.1F，C2=10F，C0=1F

12、）D1D4D2D3CUIu2圖4整流濾波電路五穩(wěn)壓電源各項(xiàng)性能指標(biāo)的測(cè)試1輸出電壓與最大輸出電流的測(cè)試測(cè)試電路如圖5所示。一般情自耦變壓器Io電流表況下，穩(wěn)壓器正常工作時(shí)，其輸出被測(cè)I電流Io要小于最大輸出電流Iomax，220V穩(wěn)壓UoV電壓表RL取I00.5A，可算出RL=18，電路工作時(shí)RL上耗資的功率為：PLUoIo90.54.5W故RL取額定功率為5W，阻值為圖5穩(wěn)壓電源性能指標(biāo)的測(cè)試電路18的電位器。測(cè)試時(shí)，先使RL18，交流輸入電壓為220V，用數(shù)字電壓表測(cè)量的電壓值就是Uo。5爾后慢慢調(diào)小RL，直到Uo的值下降5%，此時(shí)流經(jīng)RL的電流就是Iomax，記下Iomax后，要馬上調(diào)大

13、RL的值，以減小穩(wěn)壓器的功耗。2穩(wěn)壓系數(shù)的測(cè)量按圖5所示連接電路，在U1220V時(shí)，測(cè)出穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo。爾后調(diào)治自耦變壓器使輸入電壓U1242V，測(cè)出穩(wěn)壓電源對(duì)應(yīng)的輸出電壓Uo1；再調(diào)治自耦變壓器使輸入電壓U1198V，測(cè)出穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo2。則穩(wěn)壓系數(shù)為：UoSvUo220Uo1Uo2U1242198UoU13輸出電阻的測(cè)量按圖5所示連接電路，保持穩(wěn)壓電源的輸入電壓U1220V，在不接負(fù)載RL時(shí)測(cè)出開(kāi)路電壓Uo1，此時(shí)Io1=0，爾后接上負(fù)載RL，測(cè)出輸出電壓Uo2和輸出電流Io2，則輸出電阻為：Uo1Uo2Uo1Uo2RoIo2Io2Io14紋波電壓的測(cè)試用示波器觀察Uo的峰

14、峰值，（此時(shí)Y通道輸入信號(hào)采用交流耦合AC），測(cè)量Uop-p的值（約幾mV）。5紋波因數(shù)的測(cè)量用交流毫伏表測(cè)出穩(wěn)壓電源輸出電壓交流重量的有效值，用萬(wàn)用表（或數(shù)字萬(wàn)用表）的直流電壓檔測(cè)量穩(wěn)壓電源輸出電壓的直流重量。則紋波因數(shù)為：輸出電壓交流重量的有效值輸出電壓的直流重量六實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1設(shè)計(jì)一個(gè)輸出電壓連續(xù)可調(diào)的穩(wěn)壓電源，性能指標(biāo)為：（1）輸出電壓U0（312V）；最大輸出電流I0max100mA=（2）負(fù)載電流I080mA（3）紋波電壓Uopp5mV（4）穩(wěn)壓系數(shù)Sv51032依照教材中所介紹的方法，設(shè)計(jì)滿足以上性能指標(biāo)的穩(wěn)壓電源，計(jì)算出穩(wěn)壓電源中6各元件的參數(shù)，安裝和調(diào)試電路。3在保證電路正常工

15、作后，測(cè)出穩(wěn)壓電源的性能參數(shù)U0min、U0max、I0max、Sv、R0、Uopp和。七實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1列出設(shè)計(jì)題目和技術(shù)指標(biāo)要求。2列出設(shè)計(jì)步驟和電路中各參數(shù)的計(jì)算結(jié)果。3畫(huà)出標(biāo)有元件值的電路圖。4列出性能指標(biāo)的測(cè)試過(guò)程5整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并與理論值進(jìn)行比較。附錄：1固定式三端穩(wěn)壓器的引腳圖及典型應(yīng)用電路CW78XX1CW78XX3CW79XX123UIC12CoUo123UIC11CoUo2CW79XX3Ui地Uo地UiUo（a）CW78系列的引腳圖及應(yīng)用電路（b）CW79系列的引腳圖及應(yīng)用電路（其中：C1=0.33F,Co=0.1F，C1、（其中：C1=2.2F，CO=1F）Co采用漏電流小

16、的鉭電容）圖A固定式三端穩(wěn)壓器的引腳圖與應(yīng)用電路說(shuō)明：穩(wěn)壓器輸入端的電容C1用來(lái)進(jìn)一步除掉紋波,其他，輸出端的電容Co與C1起到了頻率補(bǔ)償?shù)淖饔茫芊婪蹲约ふ袷?，從而使電路牢固工作?可調(diào)式三端穩(wěn)壓器的引腳圖及其典型應(yīng)用電路在圖B(a)中，R1與Rw組成輸出電壓3CW3172調(diào)治電路，輸出電壓Uo1.25(1+Rw/R1)，CW3171R1D5R1的值為120240，流經(jīng)R1的泄放電123UIC1CoUo流為510mA。Rw為精美可調(diào)電位器。電RWC2容C1能夠進(jìn)一步除掉紋波，電容C1與CoarjUoUi還能夠起到相位補(bǔ)償作用，以防范電路產(chǎn)生（a）CW317系列引腳圖及應(yīng)用電路自激振蕩。電容C

17、2與Rw并聯(lián)組成濾波電其中：C1=0.01F，C2=10F，CO=1F，路，電位器Rw兩端的紋波電壓經(jīng)過(guò)電容C2R1=200，RW=3k，D5用IN4001旁路掉，以減小輸出電壓中的紋波。二極RW管D5的作用是防范輸出端與地短路時(shí)，因CW337C2電容C2上的電壓太大而損壞穩(wěn)壓器。123UIC1CoUo1R1D5arjUoUI3CW33727（b）CW317系列引腳圖及應(yīng)用電路其中：C1=0.1F，C2=10F，CO=1F，R1=200，RW=3k，D用IN4001圖B可調(diào)三端式集成穩(wěn)壓器附：1集成穩(wěn)壓器的采用：采用cw7812、cw7912和cw317cw7812：正穩(wěn)壓器，最大輸入電壓為35v，最小輸入電壓為14.5v；當(dāng)