集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與制作

集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)和制作一.設(shè)計(jì)要求初始條件：(1)集成穩(wěn)壓器選用 和 或其他芯片，性能參數(shù)和引腳排列請查閱集成穩(wěn)壓器手冊。(2)電源變壓器為雙V/W。(3)其參考電路之一如圖所示圖1±1.25V-±15V連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓器參考電路原理圖主要性能指標(biāo)：()輸出電壓：土土連續(xù)可調(diào)。()最大輸出電流()紋波電壓A W()穩(wěn)壓系數(shù)三設(shè)計(jì)要求：()依據(jù)已知設(shè)計(jì)條件確定電路形式。()計(jì)算電源變壓器的效率和功率。()選擇整流二極管及計(jì)算濾波電容()安裝調(diào)試和測量電路性能，畫出實(shí)際電路原理圖。()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 和3電源變壓器選用雙 5/W。由于輸入電壓U1發(fā)生波動(dòng)、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，為了維持輸出電壓UI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）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 和3和 集成穩(wěn)壓器的特性簡介三端可調(diào)穩(wěn)壓器的輸出電壓可調(diào)，穩(wěn)壓精度高，輸出波紋小。其一般的輸出電壓為1.25?35V或-1.25?-35V。比較典型的產(chǎn)品有LM317和LM337等。其中LM317的輸出電壓范圍是1.2V至37V，LM337的輸出電壓范圍是-1.2V至-37V，負(fù)載電流最大為1.5A。它的使用非常簡單，僅需兩個(gè)外接電阻來設(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。LM317/LM337內(nèi)置有過載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。特性簡介可調(diào)整輸出電壓低到 2保證輸出電流。典型線性調(diào)整率 .典型負(fù)載調(diào)整率°紋波抑制比。輸出短路保護(hù)。

過流、過熱保護(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至 連續(xù)可調(diào)。和 集成穩(wěn)壓器的特性滿足設(shè)計(jì)要求的輸出電壓o±± 連續(xù)可調(diào)。封裝形式金屬塑料封裝， 鋁殼封裝， 塑料封裝，金屬封裝TO-202塑料封裝]INPUT]OUTPUTJADJTO-202塑料封裝]INPUT]OUTPUTJADJ頂視圖圖 塑料封裝圖3鋁殼封裝圖鋁殼封裝圖3鋁殼封裝圖鋁殼封裝圖TO-39金屬封裝底視圖圖金屬封裝圖一般使用電路圖6是三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器的一般使用電路。電路中的R1、R2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R1為120~240歐姆。通過R1瀉放的電流為5~10mA。輸入電容器C1用于抑制紋波電壓，輸出電容器C2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C2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D2,電容器C2放電時(shí)，D1導(dǎo)通鉗位，使穩(wěn)壓器得到保護(hù)。D1是為了防止調(diào)節(jié)端旁路電容器C3放電時(shí)而損壞穩(wěn)壓器的保護(hù)二極管。旁路電容器C3也是為了抑制波紋電壓而設(shè)置的。當(dāng)C3為10uF時(shí)，能提高紋波抑制比15dB。LM317D2*4001VinLM317TVoutVin+Voait+■ClELECi==iECTRO2C3GNDRI200DI7遵cil?*ELECTRO2R2POT2圖 使用電路圖LM337-VinD2——H4ULHLM337T-VoutVin-VooitD2*4001VinLM317TVoutVin+Voait+■ClELECi==iECTRO2C3GNDRI200DI7遵cil?*ELECTRO2R2POT2圖 使用電路圖LM337-VinD2——H4ULHLM337T-VoutVin-Vooit+■ClELECTRO2C3RI200DI4001q=F=>ELECTR02R2POT2GND圖 使用電路圖i腳之間為 電壓基準(zhǔn)。為保證穩(wěn)壓器的輸出性能，應(yīng)小于歐姆。改變阻值即可調(diào)整穩(wěn)壓電壓值。，用于保護(hù) 。這類穩(wěn)壓器是依靠外接電阻來調(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)壓器的典型使用電路的輸出電壓為

%=弓/+等+/喃氏=噎”+卷+5%的. ，由于，所以穩(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。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 （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bUscx1（V壓 的變化應(yīng)該很小一般要求。工。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)來表示：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 件下，越小，輸出電壓的變化越小，電源的穩(wěn)定度越「等步％;如高。通常約為］。S— — _B——及Use輸出電阻小 加負(fù)載變化時(shí)（從空載到滿載），輸出電壓，應(yīng)基本保持不變。穩(wěn)壓電負(fù)載變化時(shí)（從空載到滿載），輸出電壓，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。輸出電阻（又叫等效內(nèi)阻）用 表示，它等于輸出電壓變化量和負(fù)載電流變化量之比。 7女反映負(fù)載變動(dòng)時(shí)，輸出電壓維持恒定的能力， 越小，則變化時(shí)輸出電壓的變化也越小。性能優(yōu)良的穩(wěn)壓電源，輸出電阻可小到歐，甚至0歐。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)來表示輸出電壓紋波小所謂紋波電壓，是指輸出電壓中赫或赫的交流分量，通常用有效值或峰值表示。經(jīng)過穩(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)。三設(shè)計(jì)的主要思路上一小節(jié)介紹的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，用做一種簡單的穩(wěn)壓電源，可以滿足一般無線電愛好者的需要。但是，這種電源還有許多“天生的”缺陷，要提高對性能的要求，就必須再做一些改進(jìn)。從以下四個(gè)方面對它的性能加以改善，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璧慕涣麟妷海话愦渭夒妷狠^小。2整流電路：將變壓器次級交流電壓變成單向的直流電壓，它包含直流成份和許多諧波分量。3濾波電路：濾除脈動(dòng)電壓中的諧波分量，輸出比較平滑的直流電壓。該電壓往往隨電網(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)。電網(wǎng)凹J電源U2

電壓「變壓器L電網(wǎng)凹J電源U2

電壓「變壓器L整流U3濾波IJ4穩(wěn)壓U5負(fù)載電路電路電路圖直流穩(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，各部分電路的形式和作用如下。電源變壓器電源變壓器的作用是將來自電網(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：n二n二1其中：P是變壓器副邊的功率，P是變壓器原邊的功率。一般小型變壓器的2 1效率如表1所示：表1小型變壓器的效率副邊功率P2<10VA10?30VA30?80VA80?200VA效率n0.60.70.80.85因此，當(dāng)算出了副邊功率尸后，就可以根據(jù)上表算出原邊功率P。2 1設(shè)計(jì)要求的電源變壓器為雙V/W。原邊輸入功率為P=25w。1副邊輸出功率為P>IU=0.8義15=12w2 22因?yàn)樗x電源變壓器為雙 V/W,由表中數(shù)據(jù)可知月=0.7，則P=P/叩=12/0,7=17,1w，所選符合要求。1 2電源變壓器的實(shí)際效率為“二P=12X100%=48%P251橋式整流電路橋式整流屬于全波整流，它不是利用副邊帶有中心抽頭的變壓器而是用四個(gè)二極管接成電橋形式，使在電壓的正負(fù)半周均有電流流過負(fù)載，在負(fù)載形成單方向的全波脈動(dòng)電壓。圖橋式整流電路主要參數(shù)：―廣等等~回濾波電路整流電路輸出波形中含有較多的紋波成分，和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，電感濾波和濾波等。本設(shè)計(jì)中采用電容濾波電路

圖 電容濾波電路圖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)時(shí)，電容器已經(jīng)充電到交流電壓的最大值（如波形圖所示）。整流二極管 組成單相橋式整流電路，將交流電壓變成脈動(dòng)的直流電壓。再經(jīng)濾波電容濾除波紋 和交流電壓的關(guān)系為每支整流二極管的最大反向電壓 m2。通過每支整流二極管的平均電流i=。DR式中為整流濾波電路的負(fù)載電阻，為電容提供放電回路，放電時(shí)間常數(shù)應(yīng)該滿足>（3~5）T/2式中0電路參數(shù)設(shè)計(jì)（）確定、的阻值。以 為例說明。電路圖如下所示:

VmD2——M4001LM317rVoutVin+VoaitClELECi==iECTRO21—1§RIVmD2——M4001LM317rVoutVin+VoaitClELECi==iECTRO21—1§RI200DI)￡4口口1?*ELECTRO2C3R2POT2GND圖11 電路圖輸出電壓計(jì)算公式TOC\o"1-5"\h\z帶入數(shù)據(jù)可得 1.25x+— （）有（）（）可得：R=8.6R2 1取滑動(dòng)變阻器： R=1kQ,則R=116Q2 1R=116Q的阻值不是標(biāo)稱值，取標(biāo)稱阻值200Q。1（）整流二極管及濾波電容的選擇整流二極管選1N4001,其極限參數(shù)為U>50y，而2UU2=21.21y,因?yàn)镾=^UO.,/^U^，而U=12y,U=15y,AU =5m,S=3x10一3VU:U O i op-p VAUU515所以AU=—op^p-^=——乂 =2.08ViUS123

OV濾波電容為C=-Lt-=Iomax=3846NF，電容C的耐壓應(yīng)大于弋2U=21.21vTOC\o"1-5"\h\zAU AU 2i i故取2只2200nF/25V的電解電容相并聯(lián)作為濾波電容。同理LM337的參數(shù)為r=1kq、r=120Q。3 4五總體電路圖和工作原理總體電路圖圖12總體電路原理圖電路工作原理LM317三端可調(diào)穩(wěn)壓器的工作原理如下。輸出電壓取決于外接電阻R1、可調(diào)電阻R2的分壓比。LM317輸出端和調(diào)整端之間的電位差恒等于1.25V，調(diào)整端1的電流極小，所以流過R1、R2的電流幾乎相等（約幾毫安電流），通過改變電位器的阻值就能改變輸出電壓。LM317三端可調(diào)穩(wěn)壓器為了保持輸出電壓的穩(wěn)定性，要求流經(jīng)R1的電流要小于5mA，這就限制了電阻R1的取值。此外，還應(yīng)注意：LM317在不加散熱片時(shí)的最大允許功耗為2W。在加200mmX200mmX4mm散熱板后，其最大允許功耗可達(dá)15W。六電路的安裝和調(diào)試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按反，否則會(huì)損壞變壓器。檢查無誤后，通電測試（可用調(diào)壓器逐漸將輸入交流電壓升到220V），用滑線變阻器作等效負(fù)載，用示波器觀察輸出是否正常。穩(wěn)壓部分的安裝集成穩(wěn)壓器要安裝適當(dāng)?shù)纳崞?，根?jù)散熱器的安裝的位置決定是否需要集成穩(wěn)壓器和散熱器之間絕緣，輸入端加直流電壓（可用直流電源作輸入，也可用調(diào)試好的整流濾波電路作輸入），滑線變阻器作等效負(fù)載，調(diào)節(jié)電位器，輸出電壓隨之變化，說明穩(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。組裝及指標(biāo)測試將整流濾波電路和穩(wěn)壓電路相連接并接上等效負(fù)載，測量下列各值是否滿足設(shè)計(jì)要求：（1）Ui為最高值，Uo為最小值，測穩(wěn)壓器輸入、輸出端壓差是否小于額定值，并檢查散熱器的溫升是否滿足要求（此時(shí)應(yīng)使輸出電流為最大負(fù)載電流）。（2）Ui為最小值，Uo為最大值，測穩(wěn)壓器輸入、輸出端壓差是否大于3V，并檢查輸出穩(wěn)壓情況。如果上述結(jié)果符合設(shè)