可调直流稳压电源设计

图1 稳压电源工作流程图
2.2 可调直流稳压电源的工作原理方框图
直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、消振、稳压、保护、可调七个环节来完成的〔如图2所示〕。

图2可调直流稳压电源方框图
(1)电源变压器。

电源变压器，是降压变压器，它将市电220V交流电压变换成符合需要的较低的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定〔如图3所示〕。

图3 电源变压器
(2)整流电路。

整流电路是利用二极管的单向导电性，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电，它由VD1，VD2，VD3，VD4构成单相全波整流电路，电路如图4所示。

在u2的正半周内，二极管VD1、VD3导通，VD2、VD4截止；u2的负半周内，VD2、VD4导通，VD1、VD3截止。

正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的，电路的输出波形如图5所示。

图4 整流电路图 图5 整流波形图 在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即 。

电路中的每只二极管承受的最大反向电压为 (U2是变压器副边电压有效值)。

在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以到达使输出波形根本平滑的目的。

选择电容滤波电路后，直流输出电压：Uo=0.9U2，直流输出电流：Io=0.9
2L U R 〔Io 是变压器副边电流的有效值〕。

(3)滤波电路。

滤波电路它可以将整流电路输出电压中的交流成分大局部加以滤除，从而得到比拟平滑的直流电压，它由1C 等外围元器件构成。

(4) 稳压电路。

三端可调稳压器LM317:
三端可调稳压器因具有稳定度高、适应性强、使用方便的优点，得到广泛应用。

稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化,其主要由三段集成稳压块LM317组成〔如图6所示〕。

图6 稳压电路图
(5)保护电路。

LM317稳压块的输入端②脚与输出端③脚连接的二极管VD5用于防止输入端电压突然降低或输出端电压突然升高，输出电容放电时对LM317的冲击，从而起到保护稳压集
成电路的作用〔如图7所示〕。

图7 保护电路图
2.3 设计方法简介
根据设计所要求的性能指标，选择三端集成稳压器。

因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器。

可调式集成稳压器，常见主要有LM317、CW317、CW337等。

317系列稳压器输出连续可调的正电压，337系列稳压器输出连可调的负电压，可调范围为6V-13V，最大输出电流为1.5A。

稳压内部含有过流、过热保护电路，具有平安可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点。

其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。

图8 LM317的管脚功能图图9 LM317外形图本设计中采用LM317集成稳压块，其管脚功能图如图8所示，外形图如图9所示。

三、集成可调直流稳压电源的设计过程
3.1 集成可调直流稳压电源电路图的设计
(1)确定目标。

设计整个系统是由那些模块组成，各个模块之间的信号传输，并画出直流稳压电源方框图。

(2)设计分析。

根据设计需要的功能，来选择各单元电路所用电路模形。

(3)参数选择。

根据设计指标的要求，来确定各单元电路中符合参数要求的元器件。

(4)总电路图。

连接各单元电路形本钱设计的整体电路图。

3.2 集成可调直流稳压电源电路的识图
如图10所示的集成可调直流稳压电源电路，它是采用三端集成可调稳压芯片LM317构成的输出电压可调的稳压电源电路，该电路的电源变压电路、整流电路、滤波电路、保护电路与分立元器件稳压电路作用相同，两者仅是稳压电路局部不一样。

读识该电路图时，应先对三端集成稳压电路有一个初步的了解：
LM317集成块的简介 LM317是一块可调式三端集成稳压器，其外形及引脚如下列图所示，是一种正端输出型，最大输入电压为40V，输出电压可从1.25V—37V连续可调，最大输入电流为1.5A，最大功耗为15W，其稳压性能优于固定式稳压器。

LM317采用三端引脚方式，其各引脚功能如下列图所示，图11是其内部电路方框图，其内主要由基准电压电路、误差放大电路，电压调整电路，保护电路等组成，其内部电路的工作原理与分立元器件的稳压电路根本相同。

图11 LM317内部电路方框图
3.3 本设计中稳压电路的组成及工作原理
如图10所示的集成可调直流稳压电源电路的输出电流为0.5Ａ，输出电压为2V-28V
图12 集成可调直流稳压电源电路印制电路板图
(1)印制电路板的制版要求。

印制电路板的制版，也就是已经有了电路原理图而没有印制电路板图，需要根据自己所设计的电路原理图来进行印制电路板的设计。

印制电路板的制版设计是否合理，不仅要保证原器件之间的连接准确无误，工作中无自身干扰，还要尽量做到元器件布局合理，焊装维修方便，整齐美观，牢固可靠。

(2)元器件的布局要求。

①按信号流程安排。

原器件在印制电路板上尽量按信号传递的流程来排列，采用这种方式后与电路原理图核对起来比拟方便，在此设计中对于同一单元电路的元器件应尽可能排列在一起。

②以核心元器件为中心安排。

通常应以单元电路的核心元器件为中心进行安排，一般均以三极管，集成电路为中心元器件，依据他们个引脚的位置来安排其他元器件。

〔在此设计中应以三端集成稳压块为核心元器件〕
③以便于前后级电路的连接来安排。

为了便于电路的前后级连线尽可能地短，在进行整体布局时，可将前级的输出端与后级的输入端尽可能的靠近，但同时也要考虑整个电路板的输入端与输出端与其它电路之间的连接要方便。

④以电路板上的原器件排列均匀、整齐、紧凑来安排。

除了某些工作频率很高的元器件，为了缩短连线，可以按不同的方向排列，也应尽量减少印制电路板引出线的总数，以减少飞线和接点的数目，提高设计产品的可靠性。

(3)特殊元器件位置确实定。

①发热元器件。

对于耗散功率比拟大、容易发热的元器件〔如大功率电阻器、晶体管、集成块等〕应尽量安装在印制板的上部或通风良好的地方，并尽可能的远离其它
T1 变压器-- 220V/16~18V 1 由实际需要选择VD1-VD6 二极管1N4001-1N4007 耐压大于50V 6 符合要求可代用C1 电解电容CD10/CD11 2200~3300uF/25V 1 在允许范围可代用C2 纸介电容CJ10/CJ11 0.22 uF/160V 1 在允许范围可代用C3 电解电容CD10/CD11 10 uF/25V 1 在允许范围可代用C4 电解电容CD10/CD11 100 uF/25V 1 在允许范围可代用C5 电解电容CD10/CD11 0.1uF 1
R1 电阻器RJ/RT/RTX 2K 1 误差允许+/-20% R2 电阻器RJ/RT/RTX 120Ω 1 误差允许+/-20% R3 电阻器RJ/RT/RTX 10K 1 误差允许+/-20% RP 电位器WH7-B1 2K 1 WH型号可代用
IC1 稳压块LM317 1.25~37V可调 1 LM337，CW317可代
-- -- 1 普通发光二极管IED 发光二极
管
PL 插针-- -- 3 普通插头
集成电路可调直流稳压电源电路元器件清单
4.2 所需设备
电源变压器、示波器、万用表〔模拟或数字〕、集成块(LM317)等〔如图13所示〕。

图13 集成可调直流稳压电源所需设备及仪器图
〔3〕输出电流。

将电源的输出电压调到12V，然后接上一只满足额定电压的音箱，让其正常工作，然后用万用表的两表笔去测量流过音箱的电流值，等万用表的读数稳定后读出的电流值就是此时电源的输出电流〔因所接的负载不同而输出电流也不同〕。

〔4〕输出电压调节范围。

将万用表的档位拨到50V直流档，然后用红表笔接电源输出端的正端，黑表笔接电源输出端的负端，然后调节调压旋钮记录旋钮打到不同位置使得电压值，最后记下调压的范围值〔2V-28〕，那么此范围就是该电源的输出电压调节范围。

〔5〕电压调整率〔稳压系数〕的测量。

当输入电压不变，负载电流从零变化到额定值时，输出电压的相对变化，通常用百分数表示:dU=(Uo-U)/Uo (Uo: 空载时输出电压 U: 变压器热平衡后的满载电压，即设计电压)。

〔6〕电流调整率〔输出电阻〕测量。

它是指输入电压不变时，负载电流Io变化引起输出电压的相对变化量，即:
SI = × 100%
保持VI 不变，改变RL使Io=100mA，测量相应的Vo变化量即得。

〔7〕纹波系数〔纹波电压〕的测量。

纹波电压就是交流成分的峰峰值，我们在制作直流稳压电源时，纹波电压越小越好。

测量时可以把一个大功率电阻直接接在电源的正负端，通过示波器的探头连到示波器，将DC-地-AC置于AC档，荧光屏上就会出现交流纹波，该交流纹波的幅度越小，说明直流电源的直流特性越好。

应该注意的问题是，示波器应该有良好的接地，另外，示波器探头地线也会带来很大的纹波，精确测量纹波时应选用电缆直接接到示波器上。

在额定负载电流下，输出纹波电压的有效值U与输出直流电压Uo之比，既Y=U/Uo x100%。

六、集成可调直流稳压电源设计过程中的考前须知
6.1 正确控制输入电压范围
LM317稳压块昰一种半导体器件，其内部的晶体三极管也有一定的耐压值，所以输入电压不应大于稳压块的最大输入电压。

6.2 防止引脚接错
LM317稳压块的三个引脚接错就容易损坏。

因此在调试、使用时，各引脚均应在连接良好的情况下才可以通电。

其接地端〔也就是调整端〕不能悬空，以防止稳压器内部。