电源设计

若选用整流桥，整流管所承受的反向电 压 2U 2 ，U2为变压器输出的有效值。 整流桥选用2A、~40V的桥堆就满足要求。
+
D4 D1 D? ui t
~Ui
D2 D3
Uz Bridge1 图3.4.7.2 整流电路图
uz t
图3.4.7.3整流电路波形图
整流后再加滤波器，以减少纹波的脉动。 根据负载电流的大小，确定选用R、C型还 是LC滤波器。 常用的电源滤波电路是无源滤波器。 （2）滤波器的设计 1）采用L、C的计算 电感滤波的原理：是由它产生的反电势 来阻止电流的变化，从而使交流难以通过电 感而只有直流到达负载。 它适应于负载电流较大的情况下采用。
ui0 u2
M
(1).变压器的输入与输出 变压器输出由直流负载需要确定。确定输出 后输入就容易确定了。
1).根据输出电压，确定其实需负载电流IL ： ∵ Uo=1.25~30V；Io=1A； 假设取输出电流为负载电流的110%， 即裕量为10%，得Io=1.1IL ∴IL=0.9 Io=0.9 A.（实带负载能力） 2).稳压输入端(整流输出、滤波后)： ∵Ui= Uo+UR；（UR为稳压器自身的压降,它 与变压器自身的电阻和流过它的电流有关. 稳压器自身需要0.1 Io） ∴Ii=1.1Io
T τ = R L C ≥ (3 ~ 5) 2
T为交流电压周期。 根据已知条件就可求出滤波电容值。 RLC越大滤波越平滑。
电容滤波电路图。
Uz
D1-4 C1 Ui T U2 Bridge1 C2 Uia Cap Pol2 100pF Ri RL
图3.4.7.5 整流电容滤波电路图
3．稳压电路的设计 根据设计输出的要求，输出电压为可调 节型，需选择可调式三端集成稳压电路。根 据设计指标要求，输出只有正输出，范围为 1.25~30V。可选用LM317可调三端集成稳压 电路。 LM317可调三端集成稳压电路参数与电路图 1）电路符号： U?1
VR R1 ,则加在整个负载 R1上的压降为 I R 2 R1 = R2
上的电压为:
VR R1 R1 VR + R1 = VR (1 + ) = 1.25(1 + ) R2 R2 R2
R1 输出表达式： U 0 = 1.25(1 + ) R2
图中: C3用以滤除R1上的纹波. 鉴于Ui或Uo短路时，C3会经过LM317内部放电而 损坏芯片，电路中增加了D2二极管为C3提供泄放回 路。 C3取经验值100µf/63V。 C4采用钽电容能防止输出端产生自激振荡,如选用电解 电容则每1µf钽电容增加22µf的容值. C4取经验值 470µf/63V。 D1、D2为保护二极管，防止输入端发生短路时容性负 载上积存的电荷向稳压器放电。 D1输入端发生短路 时保护二极管、D2输出端发生短路时保护二极管。 选用1N4001型整流二极管，其最高反向电压 URM=100V，额定整流电流1A。
3.4.7 模拟电路设计实例
设计实例1
可调稳压电源的设计
1.任务： 设计一个输入为交流电源220V，输出电 压为1.25~30V，输出电流为1A的可调稳压电 源。 2.设计指标（参数）： 1). 输入电压220V； 2). 输出电压：Uo=1.25~30V； 3). 输出电流：Io=1A； 4). 输出纹波：Uo≤10mV。
2. 整流电路与滤波器的设计。 (1)整流电路的设计 整流、滤波参数的计算， 根据负载的要 求，整流电路的二极管的工作电流必须大于 稳压管的工作电流。 因此整流电流Iz=I2=1.21A， 整流电路采用桥式整流电路。 因稳压三端的工作电流为：1.1A， 若选用二极管进行整流，则可选择IN4001 或IN4004、 IN4007都可满足要求。
3). 变压器的输出电压(付边电压)的有效值U2： 根据全波整流原理，整流输出电压的平均值为：
1 Ua = 2× 2π
∫
π
0
U m sin ωtdωt =
Um
π
×2 =
2U 2
π
× 2 = 0.9U 2
式中 U m = 2U 2 ， Um为电源输出的峰值。 整流输出、滤波后 ★如果是空载,则整流输出Ui’可达到:
3 1 OUT ADJ LM317T IN 2
2）LM317是美国国家半导体公司的三端可调 稳压集成电路，是一种使用极为广泛的一类 串联集成稳压器。 3）LM317的输出范围：1.25~37V，负载最 大电流1.5A。 4）它的使用非常的简单，仅需两个外接电阻 来设置输出电压。
5）其典型电路： 右图中：R1、R2组成 采样电阻。 R2的取值有两种： ①当R2=240 时，R1 Ui 选择6.8K 可变电阻； ②当R2=120 时，R1 选择3.4k 可变电阻； 这两种参数的取法都 可以得到输出具有 1.25~37V的调节范围。
D1IN4004
U1 3 OUT ADJ LM317T 1 IN 2 R2 120/240 D2 IN4004 Uo
C4 1000µF/63v
C2 100pF R1 3.4k/6.8k C3 100µF/63
图3.4.7.6稳压电路图
LM317的输出端和调节端之间具有很强的维 持电压VR=1.25V不变的能力，在两端之间介 入一个固定电阻R2，于是R2中流过一个恒流 电流IR2，该电路将经过电阻R1流回电源,于是
如取:C2=2200µf/63V时，则
L1 = 268 268 268 = = = 0.31( H ) 2 2 2 −6 ω C2 (2π 2 f ) C2 (6.28 × 2 × 50) × 2200 × 10
2）电容滤波的原理：由于输出电压的变化对C的充放 电需要一定时间，如果该时间比电压的变化周期大 得多，则电容的输出就平滑了电压的波动。它适应 于负载电流较小的情况下采用。 为了得到平滑负载电压，一般取
U i = U m = 2U 2
'
★当带负载后,其输出大于整流输出电压的平均 值Ua,而小于Um. 即:0.9U2＜Ui＜ 2U 2 工程上常取:Ui=1.1~1.2U2 Ui稳压输入端(整流输出、滤波后) 则:变压器的输出电压(付边电压)的有效值U2
U0 +UR U2 = 1.2
4).变压器输出电流有效值I2: I2=1.1Ii=1.1×1.1Io=1.21Io 根据输出电压：Uo=1.25~30V； 输出电流：Io=1A； 则 U +U
IN4004 U1 OUT ADJ LM317T 1 IN 2 R1 120/240 D2 IN4004 P? RL C4 Uo 1K Rp 3.4k/6.8k C3 10µF/50v 1000µF/50v k1 SW-SPST 1 2 3 MHDR1X3 out
1000µf/63v
图3.4.7.7 可调稳压电路图
设计过程： 设计过程：
稳压电源的电路原理框图及其工作原理
电 源 变 压 器 整 流 电 路 滤 波 电 路
+ +
~220V
~U2
Ui
-
稳 压 电 路
负
Uo
-
载
图3.4.7.1稳压电源的电路框图
工作原理：
一.设计 1.电源变压器、整流电流的选择及计算 变压器是将工频电源（50Hz，220V）变成 低压交流电压，以便用于整流、稳压。 变压器的电路符号：
正弦交流信号经全波整流后，在电阻负 载时，其展开傅氏变换展开式：
4 4 4 UZ = Um( − cos 2ωt − cos 4ωt − cos 6ωt − L) 15π 35π π 3π 2
式中 U m = 2U 2 ------整流输出基波幅值； 2U m ------整流后输出平均值，即直流分量U2； π 4U -----整流后二次谐波分量幅值； 3π
选用电阻R1、R2时，宜选用误差为±1%或 ±5%的精密金属膜电阻，以保证输出电压有 较高的准确度和稳定性。 4.设计电源的注意事项: 1)如有正、负输出的电源，它们的变压器不 能同时有共用端； 2)计算出的参数必须以实验确定最终结果； 3)负载的过流与短路问题。 5.调试
设计的电路图
D1
L 0.68H 3 T P1 3 2 1 MHDR1X3 ~220v U2 Uz Trans CT C1 104 D1-4 C2 Ui
D1-4 C1 Ui T U2 Bridge1
C2 Uia Cap Pol2
Ri
按设计指标要求输出纹波Uom=10mV。在电 路中一般输出的纹波已将输入端的纹波降低 了10倍。因此，Uiaw=10Uom=100mV。 根据上图电路，并假定整流电路和电感的内 阻为零，可得：
U iaw ZC 2 U Za U Za = ≈ Z L1 + Z C 2 1 − ω 2 L1C2
D1-4
图3.4.7.4整流电感电容滤波电路图
图中Ri为稳压调节器的 等效电阻。 Uia=40V Iia=1.1Io=1.1A 整流输出后接并联 电容C1和串联电感L. 电容C1作为高频滤波, 按经验值取0.1µF.在 电源滤波参数计算时, 可以忽略不计.电源 滤波主要由L1和C2起 作用.
Uz
L Inductor Iron 10mH
求得:Um=(3.14×40)/2=62.8V代入
U iaw
4U m 1 =− cos 2ωt 2 3π 1 − ω L1C2
4 × 62.8 1 0.1V = − 2 3 × 3.14 1 − ω L1C 2
1 − ω L1C 2 = −267
2
ω L1C 2 = 268
2
L1C2 =
268
ω
2
m
2).4次谐波后的分量的值已很小，可以忽略不 计 则整流输出的脉动系数：
4U m 3π = 4 = 0.667 S= 2U m 6