电源模块教程

4.1 电源模块
电源是各种电子系统与设备的原动力，电源系统出故障，会使整个电子设备不能正常工作，因此电源性能的好坏直接影响到系统与设备工作质量和效率。

直流稳压电源是一种性能接近理想电压源的直流电源，分为线性稳压电源和开关稳压电源两大类，本节以线性稳压电源的设计为例来说明电源模块的设计。

4.1.1 设计目的及任务
设计目的：理解直流稳压电源各部分的工作原理及作用；熟悉常见的线性集成稳压电源芯片。

设计任务：设计一个交流输入8V 和15V ，直流输出+5V 、+12V 和-12V 的线性直流稳压电源。

功能指标：输出纹波电压小于5mV ，稳压系数小于310×5，输出内阻小于0.1欧。

设计要求：所设计的直流稳压电源应满足EDP 实验仪系统设计要求，并能与整个系统有效结合。

以下是一个线性直流稳压电源的设计范例及其相应电路的讲解，仅供参考。

4.1.2 线性直流稳压电源的基本原理
线性稳压电源是指调整管工作在线性状态下的直流稳压电源，该类电源的优点是稳定性高，纹波小，可靠性高。

1、线性直流稳压电源的组成
线性直流稳压电源通常由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路等几部分组成如图4.1.1所示。

图4.1.1 直流稳压电源结构框图
变压器的初级一侧一般为220V 交流电压，次级一侧电压可以根据所需直流电压的大小，通过选择适当的变压比来得到。

整流电路利用二极管的单向导电性将交流电变换成脉动直流电，利用滤波电路将脉动直流电压滤为较平滑的直流电压。

由于整流、滤波
电路输出的直流电压稳定性较差，当电网电压波动或负载变化时输出电压也随之而变化，采用稳压电路后，输出电压的稳定程度将大为提高。

2、线性直流稳压电源的原理图
集成稳压器的种类很多，作为小功率的线性直流稳压电源，应用最为普遍的是三端集成稳压器。

常用的三端集成稳压器有：78XX系列（正电压型），79XX系列（负电压型）（实际产品中，XX用数字表示，XX是多少，输出电压就是多少。

例如7805，输出电压为＋5V）；LM317系列（可调正电压型），LM337系列（可调负电压型）。

表4.1.1给出了78XX/79XX系列(摩托罗拉公司)部分产品的输出电压和输出电流。

表4.1.1 78XX/79XX系列部分产品的参数
型 号 输出电流(A) 输出电压(V)
78LXX 0.1 5、6、9、12、15、18、24
78MXX 0.5 5、6、9、12、15、18、24
78XX 1.5 5、6、9、12、15、18、24
79LXX 0.1 -5、-6、-9、-12、-15、-18、-24
79MXX 0.5 -5、-6、-9、-12、-15、-18、-24
79XX 1.5 -5、-6、-9、-12、-15、-18、-24 三端集成稳压器有三端固定集成稳压器和三端可调集成稳压器，如图4.1.2所示。

图4.1.2 三端固定式集成稳压器封装及管脚排列图
a) TO-92封装 b)TO-202封装 c)TO-220封装 d)TO-3封装
另外在使用78XX与79XX时要注意，采用TO-3金属外壳封装的78XX系列集成电路时，其金属外壳为地端；而同样封装的79XX系列的稳压器，金属外壳是负电压输入端。

因此，在由二者构成多路稳压电源时，若将78XX的外壳接印刷电路板的公共地，79XX的外壳及散热器就必须与印刷电路板的公共地绝缘，否则会造成电源短路。

4.1.3 设计内容
1、原理图及说明
EDP实验仪采用的线性直流稳压电源电路原理图如图4.1.3所示，输入220V的交流电压，经变压器T1后输出为8V的交流电压，经变压器T2后输出为15V的交流电压。

经整流、滤波、稳压后输出的是＋5V、＋12V和—12V的直流电压。

图4.1.3 线性直流稳压电源原理图
2、管脚定义
试验仪线性稳压电源模块接口定义如图4.1.4所示。

～8 V ～8 V
～8 V ～8 V
～15V ～15V
中心抽头
～15 ～15
+12V +12V
图4.1.4 线性稳压电源模块接口定义
3、调试步骤
1）、按照印制电路板焊接线性直流稳压电源模块电路板，焊接完毕，对照原理图认真检查一遍然后开始测试；
2）、打开实验仪主控开关，用万用表检测电源模块插孔交流电压的输出是否正确，如果一切正常便可以检测电源模块；
3）、关闭实验仪主控开关，插好刚焊接好的电源模块电路板，打开实验仪主控开关，观察电路板有无异味或异常响动，如果一切正常可以开始下一步的测试；
4）、用万用表按电源模块电路板引脚的定义，检测+5V、+12V、-12V输出是否正常；
5）、若+5V、+12V、－12V输出不正常，需要重新检查有无错焊、漏焊、虚焊，并重复3、4、5的步骤，直到输出正常，电源板的设计工作结束。

4、制作基本要求及注意事项
1）、区分电路板的元件面和焊接面；
2）、焊接元件：先焊小元件，先安装结构件；
3）、按要求安装左右插座引出插针并焊接；
• 所有插针全部与焊盘焊接不要遗漏
• 先焊少量插针确认安装到位后再焊其它插针
4）、安装集成线性稳压电路的散热片；
• 将稳压集成电路安装在散热片上
• 确认稳压电路安装位置
• 用螺钉将散热片固定在电路板上焊牢稳压集成电路引脚
5）、正确辨别电解电容的极性；
5、思考和发挥部分
1）、在测试时若无+5V直流电压输出，分析产生的原因，请画出故障诊断流程。

2）、在测试时若±12V输出不正常，分析产生的原因，请画出故障诊断流程。

3）、焊接时，若电解电容极性接反会出现称什么后果？
4.1.4 电子设计DIY
设计要求：参考上述线性稳压电源的电路原理图，在EDP试验仪的面包板上自行完成一个交流输入8V和15V，直流输出+5V、+12V和-12V的线性直流稳压电源，画出电路原理图并完成相应的硬件设计。

设计提示：
1）如果不用固定输出的稳压集成电路，试采用LM317或LM117可调稳压集成电路完成上述设计。

2）如果采用固定三端集成稳压器，请参考表4.1.1和相关的说明。

3）电路原理图可参照图4.1.3，试验仪面包板的引脚定义可参照图4.1.4。

图4.1.4：面包板定义。