集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與制作

一.設(shè)計(jì)要求1.初始條件：（）

集成穩(wěn)壓器選用

LM317

與

LM337

或其他芯片，性能參數(shù)和引腳排列請(qǐng)查閱集成穩(wěn)壓器手冊(cè)。（）

電源變壓器為雙

15Ｖ／25Ｗ。（）

其參考電路之一如圖

1

所示圖

連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓器參考電路原理圖2.1）輸出電壓

Vo：±1.25

-

±12V

連續(xù)可調(diào)。（2）最大輸出電流

Iomax=800mA（3）紋波電壓

ΔVop-p≤5mV（4）穩(wěn)壓系數(shù)

Sv≥3X103.1）依據(jù)已知設(shè)計(jì)條件確定電路形式。（2）計(jì)算電源變壓器的效率和功率。（3）選擇整流二極管及計(jì)算濾波電容（4）安裝調(diào)試與測(cè)量電路性能，畫出實(shí)際電路原理圖。（5）按規(guī)定的格式，寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告。二

.總體設(shè)計(jì)思路在本次課程設(shè)計(jì)中我準(zhǔn)備采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，集成穩(wěn)壓器選用

LM317

與LM337，電源變壓器選用雙

15Ｖ／25Ｗ。由于輸入電壓

壓

I

I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所組成。采用集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。集成穩(wěn)壓器的類型很多，在小功率穩(wěn)壓電源中，普遍使用的是三端穩(wěn)壓器。按輸出電壓類型可分為固定式和可調(diào)式，此外又可分為正電壓輸出或負(fù)電壓輸出兩種類型。本課程設(shè)計(jì)中采用三端可調(diào)穩(wěn)壓器

LM317

與

LM337。1.LM317

與

LM337

集成穩(wěn)壓器的特性簡(jiǎn)介電壓為

或。比較典型的產(chǎn)品有

和

等。其中

的輸出電壓范圍是

至

，

的輸出電壓范圍是

至

阻來(lái)設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。

內(nèi)置有過(guò)載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。特性簡(jiǎn)介可調(diào)整輸出電壓低到 1.2V。保證 1.5A 輸出電流。典型線性調(diào)整率 0.01%。典型負(fù)載調(diào)整率 0.1%。80dB 紋波抑制比。輸出短路保護(hù)。過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)。調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)三端晶體管封裝。電壓范圍輸入輸出最小壓差降為

0.2VLM317/LM337 1.25V 至 37V 連續(xù)可調(diào)。LM317

與

LM337

集成穩(wěn)壓器的特性滿足設(shè)計(jì)要求的輸出電壓

Vo：±1.25

-±12V

連續(xù)可調(diào)。封裝形式TO-220 塑料封裝，TO-3 鋁殼封裝，TO-202 塑料封裝，TO-39 金屬封裝圖

3

TO-220 塑料封裝圖圖

4

TO-3

鋁殼封裝圖圖

5

TO-39

金屬封裝圖一般應(yīng)用電路圖

是

、

組成可調(diào)輸出的電阻網(wǎng)絡(luò)。為了能使電路中的偏置電流和調(diào)整管的漏電流被吸收，所以設(shè)定

為

歐姆。通過(guò)

瀉放的電流為

。輸入電容器

用于抑制紋波電壓，輸出電容器

用于消震，緩沖沖擊性負(fù)載，保證電路工作穩(wěn)定。由于加外接保護(hù)電路

的存在，容易發(fā)生電容器發(fā)電而損壞穩(wěn)壓器。若有外接保護(hù)二極管

，電容器

放電時(shí)，

導(dǎo)通鉗位，使穩(wěn)壓器得到保護(hù)。

是為了防止調(diào)節(jié)端旁路電容器

放電時(shí)而損壞穩(wěn)壓器的保護(hù)二極管。旁路電容器

也是為了抑制波紋電壓而設(shè)置的。當(dāng)

為

時(shí)，能提高紋波抑制比

。圖

6 LM317

應(yīng)用電路圖圖

7 LM337

應(yīng)用電路圖1，2

腳之間為

1.25V

電壓基準(zhǔn)。為保證穩(wěn)壓器的輸出性能，R1

應(yīng)小于

240歐姆。改變

R2

阻值即可調(diào)整穩(wěn)壓電壓值。D1，D2

用于保護(hù)

LM317/337。這類穩(wěn)壓器是依靠外接電阻來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的,為保證輸出電壓的精度和穩(wěn)定性，要選擇精度高的電阻,同時(shí)電阻要緊靠穩(wěn)壓器，防止輸出電流在連線上產(chǎn)生誤差電壓。三端可調(diào)式穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路的輸出電壓為:LM317

的

V

=1.2V，I

=50mA，由于

I

<<I

，所以 2.穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)可以分為兩大類：一類是特性指標(biāo)，如輸出電壓、輸出電濾及電壓調(diào)節(jié)范圍；另一類是質(zhì)量指標(biāo)，反映一個(gè)穩(wěn)壓電源的優(yōu)劣，包括穩(wěn)定度、等效內(nèi)阻（輸出電阻）、紋波電壓及溫度系數(shù)等。3.串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的主要特點(diǎn)1．穩(wěn)定性好當(dāng)輸入電壓

Usr

（整流、濾波的輸出電壓）在規(guī)定范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，輸出電壓

Usc

的變化應(yīng)該很小一般要求

。由于輸入電壓變化而引起輸出電壓變化的程度，稱為穩(wěn)定度指標(biāo)，常用穩(wěn)壓系數(shù)

S

來(lái)表示：S的大小，反映一個(gè)穩(wěn)壓電源克服輸入電壓變化的能力。在同樣的輸入電壓變化條越小，電源的穩(wěn)定度越

件下，S

越小，輸出電壓的變化高。通常

S約為

。2.輸出電阻小負(fù)載變化時(shí)（從空載到滿載），輸出電壓

Usc

，應(yīng)基本保持不變。穩(wěn)壓電源這方面的性能可用輸出電阻表征。

rn

變化量之比。rn

反映負(fù)載變動(dòng)時(shí)，輸出電壓維持恒定的能力，rn

越小，則Ifz 變化時(shí)輸出電壓的變化也越小。性能優(yōu)良的穩(wěn)壓電源，輸出電阻可小到

1

歐，甚至0．01

歐。3.電壓溫度系數(shù)小當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，會(huì)引起輸出電壓的漂移。良好的穩(wěn)壓電源，應(yīng)在環(huán)境溫度變化時(shí)，有效地抑制輸出電壓的漂移，保持輸出電壓穩(wěn)定，輸出電壓的漂移用溫度系數(shù)

KT

來(lái)表示.4.輸出電壓紋波小所謂紋波電壓，是指輸出電壓中50

赫或

100

赫的交流分量，通常用有效值或峰值表示。經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓作用，可以使整流濾波后的紋波電壓大大降低，降低的倍數(shù)反比于穩(wěn)壓系數(shù)

S

。三.設(shè)計(jì)的主要思路無(wú)線電愛(ài)好者的需要。但是，這種電源還有許多“天生的”缺陷，要提高對(duì)性能的要求，就必須再做一些改進(jìn)。從以下四個(gè)方面對(duì)它的性能加以改善，便可做成一臺(tái)有實(shí)用價(jià)值的穩(wěn)壓電源了。這就是：增加放大環(huán)節(jié)，提高穩(wěn)定性，使輸出電壓可調(diào)；用復(fù)合管做調(diào)整管，使輸出電流增大；增加保護(hù)電路，使電源工作安全可靠。直流穩(wěn)壓電源主要由四部分組成：電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路。如圖

8

所示：1．電源變壓器：將電網(wǎng)交流電壓變?yōu)檎麟娐匪璧慕涣麟妷?，一般次?jí)電壓

u2

較小。2．整流電路：將變壓器次級(jí)交流電壓

u2

變成單向的直流電壓

u3諧波分量。3．濾波電路：濾除脈動(dòng)電壓

u3

u4隨電網(wǎng)電壓和負(fù)載電流的變化而變化。4．穩(wěn)壓電路：它能在電網(wǎng)電壓和負(fù)載電流的變化時(shí)，保持輸出直流電壓的穩(wěn)定。它是直流穩(wěn)壓電源的重要組成部分，決定著直流電源的重要性能指標(biāo)。圖

8 直流穩(wěn)壓電源四.單元電路的設(shè)計(jì)串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路所組成，各部分電路的形式與作用如下。1.電源變壓器電源變壓器的作用是將來(lái)自電網(wǎng)的交流電壓變換為整流電路所需要的交流電壓

。電源變壓器的效率為：

PP其中：

是變壓器副邊的功率，

是變壓器原邊的功率。一般小型變壓器的 效率如表

所示：表

小型變壓器的效率副邊功率

~

~

~

效率 因此，當(dāng)算出了副邊功率

后，就可以根據(jù)上表算出原邊功率。 設(shè)計(jì)要求的電源變壓器為雙

15Ｖ／25Ｗ。原邊輸入功率為P

。副邊輸出功率為P

I

因?yàn)樗x電源變壓器為雙

15Ｖ／25Ｗ，由表中數(shù)據(jù)可知

，則P

P

/

/

，所選

25W

符合要求。 電源變壓器的實(shí)際效率為

2.橋式整流電路,而是用四個(gè)二極管接成電橋形式，使在電壓

V

的正負(fù)半周均有電流流過(guò)負(fù)載，在負(fù)載形成單方向的全波脈動(dòng)電壓。圖

9 橋式整流電路主要參數(shù)：3.濾波電路整流電路輸出波形中含有較多的紋波成分，與所要求的波形相去甚遠(yuǎn)。所以通常在整流電路后接濾波電路以濾去整流輸出電壓的紋波。濾波電路常有電容濾波，電感濾波和

RC

濾波等。本設(shè)計(jì)中采用電容濾波電路圖

10 電容濾波電路圖

10

分別是橋式整流電容濾波電路和它的部分波形。這里假設(shè)

t<0

時(shí)，電容器

C

已經(jīng)充電到交流電壓

V

的最大值（如波形圖所示）。整流二極管

VL1~VL4

組成單相橋式整流電路，將交流電壓

U2

變成脈動(dòng)的直流電壓。再經(jīng)濾波電容濾除波紋

Ui.Ui

與交流電壓

U2

的關(guān)系為Ui=(1.1~1.2)U2每支整流二極管的最大反向電壓

Urm=

U2。通過(guò)每支整流二極管的平均電流I

。式中

R

為整流濾波電路的負(fù)載電阻，為電容提供放電回路，RC

放電時(shí)間常數(shù)應(yīng)該滿足

RC~

/.式中

T=20ms。4.電路參數(shù)設(shè)計(jì)（1）確定

R1、R2

的阻值。以

LM317

為例說(shuō)明。電路圖如下所示：圖

LM317

電路圖輸出電壓計(jì)算公式

帶入數(shù)據(jù)可得

（1）

（2）有（1）（2）可得：

取滑動(dòng)變阻器：

，

則

的阻值不是標(biāo)稱值，取標(biāo)稱阻值。（2）整流二極管及濾波電容的選擇整流二極管選

其極限參數(shù)為

,而

,因?yàn)?/p>

I

,而

,

,i

opp

mv,

o

I所以

所以

opp

i

濾波電容為

I

Io

F,電容

C

的耐壓應(yīng)大于

i i故取

只F

的電解電容相并聯(lián)作為濾波電容

。同理

的參數(shù)為

、

。 五.總體電路圖與工作原理1.總體電路圖圖

總體電路原理圖2.電路工作原理

三端可調(diào)穩(wěn)壓器的工作原理如下。輸出電壓取決于外接電阻

、可調(diào)電阻

的分壓比。

輸出端與調(diào)整端之間的電位差恒等于

，調(diào)整端

的電流極小，所以流過(guò)、

的

的電流要小于

，這就限制了電阻

的取值。此外，還應(yīng)注意：

在不加散熱片時(shí)的最大允許功耗為

。在加××

散熱板后，其最大允許功耗可達(dá)

15W

。六.電路的安裝與調(diào)試1.整流濾波電路的安裝首先應(yīng)在變壓器的副邊電壓接入保險(xiǎn)絲

FU，以防電源輸出端短路損壞變壓器或其他元件，整流濾波電路主要檢查整流二極管是否接反，否則會(huì)損壞變壓器。檢查無(wú)誤后，通電測(cè)試（可用調(diào)壓器逐漸將輸入交流電壓升到

），用滑線變阻器作等效負(fù)載，用示波器觀察輸出是否正常。2.穩(wěn)壓部分的安裝集成穩(wěn)壓器與散熱器之間絕緣，輸入端加直流電壓（可用直流電源作輸入，也出電壓隨之變化，說(shuō)明穩(wěn)壓電路正常工作。注意檢查在額定負(fù)載電流下的穩(wěn)壓器的發(fā)熱情況。3.組裝及指標(biāo)測(cè)試足設(shè)計(jì)要求：（）

為最高值，

為最小值，測(cè)穩(wěn)壓器輸入、輸出端壓差是否小于額（）

為最小值，

，并檢查輸出穩(wěn)壓情況。如果上