直流稳压电源设计与调试

直流稳压电源设计与调试第一页，共34页。2主要内容1直流稳压电源分类简介2技术方案获取思路3自顶向下设计——线性稳压电源工作原理，方案设计与参数计算4自底向上设计5实验内容与测试步骤第二页，共34页。31直流稳压电源分类简介线性直流稳压电源：集成线性稳压电源价格便宜，纹波小，使用简单，适用于模拟放大电路。

缺点:重量、体积大效率较低，尤其大电流和低电压输出的情况，目前通常仅适用1安培以下电流的需要。开关直流稳压电源：又可分为AC/DC和DC/DC两类，价格便宜，市售广泛，效率高，体积小，重量轻，适用于数字电路，安培级或以上的应用。

缺点:纹波较大，电路结构相对复杂。直流电源的主要指标：输出电压、输出电流、脉动系数、效率、噪声特性等。第三页，共34页。典型直流稳压电源开关电源大功率线性电源大功率开关电源线性电源第四页，共34页。电源频域、噪声特性5开关电源线性电源back第五页，共34页。62技术方案获取思路1、从设计任务开始分析——自顶向下设计设计过程从输入输出参数开始，通过查找相关参考电路，通过设计、计算获得各元器件的组成和具体参数值。可能获得多种技术方案，需选择其中相对最优的一种。2、从关键器件开始分析——自底向上设计通过已知的关键器件及其典型外部电路获得基本电路，通过结合输入输出的参数补充完成完整电路。设计相对简单，方案也相对唯一，但过分依赖参考设计。back第六页，共34页。73自顶向下设计3.1线性直流稳压电源组成经文献检索：AC220V->DC12V的线性稳压电源基本结构组成框图：第七页，共34页。83.2

电路原理与设计设计项目：1.整流元件的参数选择；2.滤波电容的参数选择；3.三端稳压块的参数选择；4.电源变压器加工参数；重点项目：确定变压器次级绕组输出电压有效值（直接决定了电源的耗散功率、温度状况和体积大小）典型电路原理图第八页，共34页。3.3整流元件第九页，共34页。101）整流原理半波整流原理及参数计算依据桥式整流原理及参数计算依据二极管整流参数计算二极管平均整流电流ID（AV）二极管最大反向电压URM第十页，共34页。112）半波整流原理与参数设计平均输出电压U0（AV）整流管平均整流电流ID(AV)整流管最大反向峰值电压URM第十一页，共34页。123）桥式整流原理与参数设计平均输出电压U0（AV）整流管平均整流电流ID(AV)整流管最大反向峰值电压URM第十二页，共34页。133.4

滤波原理途径:安装滤波电容问题:半波整流经过滤波以后二极管的参数选择有什么不同？桥式整流经过滤波以后输出电压的平均值U0（AV）=？滤波电容C参数应如何选择？第十三页，共34页。141）半波整流滤波原理电容充电使二极管在整个半周内并不完全导通，它只在t3~t4内导通；最大整流电流（IF）：若电源在交流电的正半周任何时刻接通，由于电容两端的电压不能发生突变，将有很大的冲击电流流过，IF一般比额定电流大2至3倍，即：负载开路时，电容两端的电压将保持在交流电的峰值电压，二极管的反向峰值电压URM比原来的高出一倍，即：上述两式同样适合与桥式整流。第十四页，共34页。152）桥式整流滤波原理输出直流电压平均值近似计算：平均电压U0（AV）：滤波电容C：经验上：第十五页，共34页。163.5

三端稳压块——原理抑制负载电阻变化和电网波动使输出电压稳压原理:若调整管处于放大区时，电网电压的波动完全被调整管所吸收。三端稳压集成块输出稳定电压的必要条件:输入端与输出端的电压差必须大于调整管的饱和压降，即变压器的输出功率必须有一部分被消耗在调整管上。Uo↓→V-↓

→V0↑→Ue↑→Uo↑Uo↑→U-↑

→V0↓

→Ue↓→Uo↓第十六页，共34页。172）调整管输出特性在饱和压降范围以内调整管工作在线性区，无法稳定输出;一般器件饱和压降Vces至少2.5V；

低压降型饱和压降可小于0.3V。在实验中将测试调整管分别工作在放大区和饱和区时的输出电压特征。第十七页，共34页。183）集成线性稳压器三端稳压器种类： 正输出固定电压：78XX

负输出固定电压：79XXXX：05、06、08、09、10、12、15、18、24按电流大小表示：

78H12

对应电流为5A7812

对应电流为1A78M12

对应电流为0.5A

78L12

对应电流为0.1A第十八页，共34页。194）三端稳压器的引脚78XX的管脚：1－输入，2－地，3－输出79XX的管脚：1－地，2－输入，3－输出不同封装管脚不一，详见数据手册根据使用功率的不同选择不同的散热器，以螺丝固定与散热器，安装于板上第十九页，共34页。203.6

参数计算确定三端稳压集成块的输入直流电压UI；确定变压器次级绕组电压有效值U2；计算滤波电容C；计算整流二极管参数IF和URM确定二极管；最终可确定各器件的型号和技术要求

第二十页，共34页。211）

三端稳压块的输入直流电压UIΔU和UI可查数据手册确定，也可由实验测定。来自78系列数据手册第二十一页，共34页。222）

变压器次级绕组输出电压U2UI既是整流输出的平均电压，也是三端稳压集成块的输入电压：变压器参数：变比，副方电流：功率：在考虑一定的电压和功率冗余后通常按照副方电压和功率采购：典型的如15V/5W。第二十二页，共34页。233）计算滤波电容C放电时间常数大一些更为理想，但过大价格高其中R´L为三端稳压集成块的输入等效电阻负载大小决定了放电时间，最小电阻时电容的耐压范围：考虑到市电的波动也能可靠使用，电容耐压值不小于25V（25，40，50V均可）。第二十三页，共34页。244）整流二极管参数计算最大整流电流IF:最大反向峰值电压URM:确定二极管型号为1N4001（1A/50V）。第二十四页，共34页。4自底向上设计方法自底向上思路由关键器件确定其外围电路；根据+Vi的要求设计前级电路；选择变压、整流、滤波电路，设计过程同前。back第二十五页，共34页。线性稳压电源在光电仪器中的应用变压器稳压块第二十六页，共34页。5

实验内容与测试步骤实验目的：1、电路元器件参数对输出电压的影响测试半波整流/全波整流条件下，不同电容值，不同负载条件下的三端稳压块的输入和输出波形和有效值。*不同电容值和不同的负载决定不同的放电时间。2、确定U2、ΔU的最佳有效值通过改变市电电压U1等效改变U2，观察三端稳压器的稳压情况，并测试三端稳压器的ΔU*改变输入等同于改变U1和U2的变比。第二十七页，共34页。285.1实验调试电路J1整流选择1与2连接为半波整流2与3连接为桥式整流J2电容选择1与2连接为1100μF2与3连接为100μFJ3负载选择1与2连接为50Ω2与3连接为100Ω第二十八页，共34页。295.2实验步骤电源变压器的输入插头直接与电网电压220V连接，按表格中J1、J2、J3的不同设置，观察UA和UB的波形并测量它们的电压，试比较它们的特点。电源变压器的输入插头与自耦变压器（调压器）连接，由220V开始减小调压器的输出电压，即减小电源变压器的输出电压的有效值U2，同时观察A点和B点的电压波形变化，记录典型波形，并记录输出电压可恒定（12V）时最小压差。要求:合理使用万用表和示波器。第二十九页，共34页。305.2实验1—

电路结构参数对输出电压的影响

100μF

1100μF

100μF

1100μF整流方式电容容量负载电阻输入电压输出电压50Ω100Ω50Ω100Ω50Ω100Ω50Ω100Ω

半波整流

桥式整流第三十页，共34页。315.3实验2—

确定U2、

的最佳有效值

桥式下改变调压器的输出电压，可获得不同的电压波形：红线为三端稳压集成块的输入电压（UA）蓝线为三端稳压集成块的输出电压（UB）

调整管功耗较大调整管功耗处于调整管部分进入调整管完全进入最小状态饱和状态饱和状态back大于2.4V略大于2.4V略小于2.4V小于2.4V第三十一页，共34页。32思考题1、在半波与全波整流时，A点波形有何区别？为什么半波整流比全波整流效率高？2、稳压电压在满载情况下（50Ω），使用自耦变压器改变交流输入电压，确定电源变压器次级绕组交流有效值为何值时效率最高，且工作正常。在实用系统中是否可以采用输出电压稳定时所对应的最小有效值U2？3、设计一个DC-5V/1A的线性电源，其与