线性稳压电源设计

1、线性稳压电源设计 稳压电源设计方法 在电子电路中，通常需要直流电源供电。直流稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压Uo、输出电流Io、输出纹波电压Uop- p 等性能指标要求，确定出变压器、集成稳压器、整流二极管和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合理地选择这些器件。1 设计步骤：稳压电源设计分三个步骤：一是根据稳压电源的输出电压Uo、最大输出电流Iomax，确定集成稳压器的型号及电路结构形式。二是根据稳压器的输入电压UI，确定电源变压器二次绕组电压的有效值U2；根据稳压电源的最大输出电流I0max，确定流过电源变压器二次绕组的电流I2 和电源变压器二次绕组的功率P2；根据P2，查出变压器

2、的效率（见表1），从而确定电源变压器原边的功率P1。然后根据所确定的参数，选择电源变压器。三是确定整流二极管的正向平均电流IF、整流二极管承受的最大反向工作电压URM和滤波电容的电容量和耐压值。根据所确定的参数，选择整流二极管和滤波电容。2 线性稳压电路的组成各个部分功能 稳压电源原理图：1.1 电源变压器电源变压器的作用是将220 V交流电网电压u1 变换为整流电路所需要的交流电压u2。电源变压器的效率为：=P2 /P1，其中：P2 是变压器副边的功率，P1 是变压器原边的功率。表小型变压器的效率副边功率P2<10VA1030VA3080VA80200VA效率0.60.70.80.85

3、 算出了副边功率P2 后，可根据表1 算出原边功率P2。由P1、P2 及u2值即可选择电源变压器。1.2 整流电路整流电路的作用是将交流电压u2 变换成单向脉动的直流电压u3，在直流稳压电源中常采用桥式整流电路。滤波电路 经整流后的直流输出电压脉动性很大，不能直接使用。为了减少其交流成分，通常在整流电路后接有滤波电路。滤波电路的主要任务是将整流后的单向脉动直流电压中的纹波滤除掉，使其变成平滑的直流电。在小功率电路中常采用电容滤波电路，将滤波电容C 直接并联在负载RL 两端，就可组成电容滤波电路。由于电容的储能作用，使得输出直流电压波形比较平滑，脉动成分降低，输出直流电压的平均值增大。采用电容滤

4、波电路可以得到脉动性很小的直流电压。1.3 稳压电路稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，从而维持稳定的输出。稳压电路的类型很多，通常采用集成稳压器。在小功率稳压电源中，经常使用的是三端集成稳压器。集成稳压器的类型很多，按输出电压类型不同可分为固定式和可调式，按输出电压极性不同可分为正电压输出和负电压输出两种类型。2 各部分设计2.1 变压器的选择： 根据所需的U2及功率，由上表1和变压器电压计算公式可以选择合适的变压器。2.2 整流电路利用二极管的单向导电性，将大小和方向都随时间变化的工频交流电变换成单方向的脉动直流电的过程称为整流。有半

5、波整流和全波整流两种：(1)半波整流：变压器的次级绕组与负载相接，中间串联一个整流二极管，就是半波整流。利用二极管的单向导电性，只有半个周期内有电流流过负载，另半个周期被二管所阻，没有电流。变压器中有直流分量流过，降低了变压器的效率；整流电流的脉动成分太大，对滤波电路的要求高。只适用于小电流整流电路。仿真波形图2.3 滤波电路 (1)电容滤波将滤波电容C 直接并联在负载RL 两端，就可组成电容滤波电路。采用电容滤波电路可以得到脉动性很小的直流电压，但输出电压受负载变动的影响较大，其主要用于要求负载电流较小，负载基本不变的场合。 （2）电感滤波电感滤波电路利用电感器两端的电流不能突变的特点，把电

6、感器与负载串联起来，以达到使输出电流平滑的目的。从能量的观点看，当电源提供的电流增大（由电源电压增加引起）时,电感器L把能量存储起来；而当电流减小时，又把能量释放出来，使负载电流平滑，所以电感L有平波作用。 图2-7 电感滤波电路优点：整流二极管的导电角大，峰值电流小，输出特性较平坦。缺点：存在铁心，笨重、体积大，易引起电磁干扰,一般只适应于低电压、大电流的场合。仿真图：LM317：2.4 稳压电路为了维持输出电压UI稳定不变，还需加一级稳压电路。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。也可以自己设计。如图，右半部分为稳压电路的基本组成。一般来说，线性稳压电源由调整管、参考电压、取样电

7、路、误差放大电路等几个基本部分组成。另外还可能包括一些例如保护电路，启动电路等部分2.5 实际电路设计一例集成直流稳压电源（输出5V可调）电路原理及元件选择：D1-D4构成整流电路，整流二极管选用IN4001，其极限参数为Vrm>50V，If=1A。C1,C2 构成滤波电路，取C1为4700UF，耐压值为5V。稳压管LM317，应适当接散热片。2脚，3脚接一二极管构成反馈，型号IN4001。RP1和R1构成电压调节电路，RP1选4.7K，R1选150欧，由Uo1.25（1R2/R1）能保证在5V可调。D5的的作用是防止输出端与地短路时，损坏稳压器。变压器由J1两端接入，选择输出30V。图2-10 电路原理图电路原理图如图2-10所示：下面是电路仿真图：如图所示，图中没有使用变压器，而是直接给出了适合的交流电源，当我们把电位器调向最大时，电压表显示的电压为3.78v，当调向零时，电压表显示1v多，虽有少量误差，但总体与设计相符。散热设计 安装风扇3 小结线性稳压电路设计的各个部分设计都很重要，对整个电源的性能都起到了关键性的作用，尤其是稳压部分，这部分的好坏是整个电源可行与否的关键。每个功能电路都有很多方案可以选择，在符合设计需求的条件下，如何选择最好的设计方案使我们所追求的。参考文献：1. 模拟集成电路基础，李金平，董在望北京交通大学出版社；2. 模拟