直流稳压电源的设计说明

4.4设计项目

4.4.1集成直流稳压电源的设计

一、实验目的

通过集成直流稳压电源的设计、安装和调试，要求学会：

（1）选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源；

（2）掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。

二、设计任务

1.集成稳压电源的主要技术指标

（1）同时输出 1.5V

±电压、输出电流为2A。

（2）输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于3

⨯；输出内阻小于0.1Ω。

510

（3）加输出保护电路，最大输出电流不超过2A。

2．设计要求

（1）电源变压器只做理论设计。

（2）合理选择集成稳压器及扩流二极管。

（3）保护电路拟采用限流型。

（4）完成全电路理论设计、安装调试、绘制电路图，自制印刷板。

（5）撰写设计报告、调试总结报告及使用说明书。

三、基本原理

1.直流稳压电源的基本原理

直流稳压电源一般由电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路组成，基本框图如图4.5所示。各部分电路的作用如下：

图4.5 直流稳压电源基本组成框图

（1）电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所

需要的交流电压1u 。

变压器副边与原边的功率比为

21P P η=

式中，η为变压器的效率。

（2）整流滤波电路

整流电路将交流电压1u 变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除纹波，输出直流电压1U 。

常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波、倍压整流滤波电路如图4.6（a ）、（b ）及（c ）所示。

（a ）全波整流电容滤波电路 （b ）桥式整流电容滤波电路 （c ）二倍压整流滤波电路

图4.6 几种常见整流滤波电路

各滤波电容C 满足：

()

13~52

L T R C = 式中T 为输入交流信号周期；1L R 为整流滤波电路的等效负载电阻。 （3）三端集成稳压器

常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器（均属电压串联型），下面分别介绍其典型应用。

① 固定三端集成稳压器

正压系列：78XX 系列，该系列稳压块有过流、过热和调整管安全工作区保护，以防过载而损坏。一般不需要外接元件即可工作，有时为改善性能也加少量元件。78XX 系列又分三个子系列，即78XX 、78MXX 和78LXX 。其差别只在输出电流和外形，78XX 输出电流为1.5A ，78MXX 输出电流为0.5A ，78LXX 输出电流为0.1A 。

负压系列：79XX 系列与78XX 系列相比，除了输出电压极性、引脚定义不同

外，其他特点都相同。

78XX 系列、79XX 系列的典型电路如图4.7（a ）、（b ）、（c ）所示。

（a ）正电压输出 （b ）负电压输出

（c ）正、负电压输出

图4.7 固定三端稳压器的典型应用

② 可调式三端集成稳压器

正压系列：W317系列稳压块能在输出电压为1.25~37V V 的范围内连续可调,外接元件只需一个固定电阻和一只电位器.其芯片内也有过流、过热和安全工作区保护。最大输出电流为1.5A 。

其典型电路如图4.8所示。其中电阻1R 与电位器RP 组成电压输出调节电器，输出电压o U 的表达式为：

11.251o Rp U R ⎛⎫≈+ ⎪⎝⎭

式中，1R 一般取值为（120~240Ω），输出端与调整压差为稳压器的基准电

（1）可调正压输出 （2）可调负压输出

图4.8 可调式三端稳压器的曲型应用

压（典型值为1.25V ），所以流经电阻1R 的泄放电流为5~10mA 。

负压系列：W337系列，与W317系列相比，除了输出电压极性、引脚定义不同外，其他特点都相同。

③ 集成稳压器的电流扩展

若想连续取出1A 以上的电流，可采用图4.9所示的加接三极管增大电流的方法。图中1VT 称为扩流功率管，应选大功率三极管。2VT 为过流保护三极管，

正常工作时该管为截止状态。三极管1VT 的直流电流放大倍数β必须满足10I I β≥。另外，1I 的最大值由1VT 的额定值决定，如需更大的电流，可把三极管接成达林顿方式。

（1）正压系列电流扩展电路 （2）负压系列电流扩展电路

图4.9 输出电流扩展电路

可以得出输出电流为：

1L O I I I =-

但这时，三端稳压器内部过流保护电路已失去作用，必须在外部增加保护电路，这就是2VT 和2R 。当电流i I 在2R 上产生的电压降达到2VT 的2BE U 时，2VT 导通，于是向1VT 基极注入电流，使1VT 关断，从而达到限制电流的目的。保护电路的动作点是：

1max max 22i BE I I U R ≈=

三极管的2BE U 具有负温度系数，设定2R 数值时，必须考虑此温度系数。 以上通过采用外接功率管1VT 的方法，达到扩流的目的，但这种方法会降低稳压精度，增加稳压器的输入与输出压差，这对大电流的工作的电源是不利的。

若希望稳压精度不变，可采用集成稳压器的并联方法来扩大输出电流，具体电路形式请参考有关电源类资料。

2.稳压电源的性能指标及测试方法

稳压电源的技术指标分两种：一种是特性指标，包括允许的输入电压、输出电压、输出电流及输出电阻调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数（或电压调整率）、输出电阻（或电流调整率）、温度系数及纹波电压等。测试电路如图4.10所示。这些质量指标的含义，可简述如下：

图4.10 稳压电源性能指标测试电路

（1）纹波电压

纹波电压是指叠加在输出电压

o

U上的交流分量。用示波器观测其峰-峰值，opp

U

∆一般为毫伏量级。也可以用交流电压表测量其有效值，但因

o

U

∆不是正弦波，所以用有效值衡量其纹波电压，存在一定误差。

（2）稳压系数及电压调整率

稳压系数：在负载电流、环境温度不变的情况下，输入电压的相对变化，即

o o

u

I I

U U

S

U U

∆

=

∆

电压调整率：输入电压相对变化为10%

±时的输出电压相对变化量，即

o

u

o

U

K

U

∆

=

稳压系数

u

S和电压调整率

u

K均说明输入电压变化对输出电压的影响，因此只需测试其中之一即可。