《专业综合实训与考证》单元三 端直流稳压电源安装与调试

《专业综合实训与考证》单元三

直流稳压电源安装与调试单元内容工作任务1三端集成线性稳压电源安装与调试1工作任务2开关稳压电源安装与调试

2稳压电源是各种电子电路和电子设备的动力源。电子电路及电子设备对电源的基本要求就是电源的输出电压或输出电流要稳定。直流稳压电源是一种将交流电转换为平滑稳定的直流电的能量变换器。过去常采用分立元件来构成稳压单元，当性能指标要求较高时，电路结构往往比较复杂，给使用和维修带来许多不便。目前常用的直流稳压电源分为线性电源和开关电源两大类。线性稳压电源亦称串联调整式稳压电源。用集成稳压器为核心加上一些外围元件来构成的稳压单元，具有一般集成电路体积小、重量轻、安装和调试方便、可靠性高等优点。线性稳压电源中的稳压大多由三端集成稳压器来实现，通过其将不稳定的直流电压转换成稳定的直流电压输出。三端集成稳压器一般可分为固定式输出和可调式输出两种类型。线性稳压电源稳压性能好，输出纹波电压很小，但它必须使用笨重的工频变压器，并且调整管的功率损耗较大，致使电源的体积和重量大、效率低。而开关电源内部的关键元器件工作在高频开关状态，它本身消耗的能量很低，电源效率可达80～90%，比普通线性稳压电源提高近一倍。因此，它具有高效率、高可靠性、体积小、重量轻的特点，它代表着稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品。由TOP系列三端单片开关电源集成电路构成的多路电压输出的开关电源电路简单可靠，即便是初学者也能轻易组装成功，同时还可以根据本文的一些图表资料设计出不同规格的开关电源。单元三

直流稳压电源安装与调试单元目标能熟悉具有放大环节的简单串联型稳压电路的工作原理和电压调整范围，集成稳压电路使用方法，普通二极管的主要应用电路；会理解三端固定集成稳压器的电路结构；TOP系列开关稳压集成电路结构及PWM控制方式的特点；会画出单相桥式整流电路滤波电路输出波形，三端固定、可调集成稳压器输出电路和基于TOP系列芯片的开关型集成稳压电路图；会计算单相桥式整流电路及其电容滤波电路输出电压和输出电流；会分析单相桥式整流电容滤波电路中的故障原因。任务描述工作任务1三端集成线性稳压电源的安装与调试稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压、输出电流、输出纹波电压等性能指标要求，正确地确定出变压器、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，从而合理的选择这些器件。在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。常见的有CW78（LM78）系列三端固定式正电压输出集成稳压器；CW79（LM79）系列三端固定式负电压输出集成稳压器。可调式三端集成稳压器是指输出电压可以连续调节的稳压器，有输出正电压的CW317系列（LM317）三端稳压器。工作任务1三端集成线性稳压电源的安装与调试任务目标熟悉三端集成稳压电路应用电路结构和特点。能理解集成稳压电源的原理和元器件参数对电路的影响。掌握稳压电源的设计、组装和调试方法。任务分析三端集成稳压器件应用电路简单，外围元件很少，使用甚为方便，但要注意使用方面的几个问题。一个由于集成稳压器件内部电路较复杂，放大级数多，开环增益高，工作于闭环深度负反馈状态，应采用适当补偿相位的措施。为防止自激振荡，在集成稳压器件输入输出两端增设抑振旁路电容（选用涤纶、独石或钽电解电容）；二是虽然三端稳压器件都具有过流、过热及调整管安全工作区等保护功能，但在稳压器的输出电压Uo高于Ui输入电压7V以上时，会发生调整管e结击穿或烧断现象。为防止稳压器件损坏，解决的办法是在稳压器件的输入和输出端间跨接一只保护二极管，若发生输出电压Uo＞Ui输入电压的情况时，Uo将通过该二极管向稳压电路的输入端放电，从而避免调整管被烧坏。同时要防止输入电压过高和散热器面积不够的情况。

任务分析在采用W317、W337的稳压电路中，一般均在公共端设置了纹波抑制电容（通常10μF左右），以提高输出电压的纹波抑制比。为防止稳压器输出端对地短路，还设置了另一个二极管，以提供纹波抑制电容放电通路，保护W317。若纹波抑制电容用1～2μF或该电容两端电压小于7V，二极管可以省去不用。工作任务1三端集成线性稳压电源的安装与调试当输入滤波电容断路，在电源情况下Ui＞Uo，若关断电源，由于没有输入滤波电容，Ui很快消失，Uo因有输出端大电容存在而仍较高，此时Uo＞Ui，且Uo通过调整管放电。当输入端窜入能量较大的负向干扰脉冲时，也将造成Uo＞Ui。考虑到L78××系列（三端固定式线性集成稳压块）和LM317（三端可调集成稳压块）应用广泛，下面就以这两种三端稳压器件来组装一个直流稳压电源，可作为后期制作的电子产品和控制设备的电源使用。一、集成稳压器的认识与检测任务实施工作任务1三端集成线性稳压电源的安装与调试TO-220塑料封装（国内s-7），最大允许功耗PDM=10W（不加散热器时1W）；TO-3金属壳封装（国内F-2），最大允许功耗PDM=20W（不加散热器时2W）。1、78系列三端集成稳压器的检测检测时可应用电阻测量法，即用万用表电阻挡测量3个管脚之间的电阻值（用万用表R×1k挡），可粗略判断出被测集成稳压器的好坏。由于集成稳压器的品牌及型号众多，其电参数具有一定的离散性。通过测量集成稳压器各引脚之间的电阻值，也只能估测出集成稳压器是否损坏。若测得某两脚之间的正、反向电阻值均很小或接近0Ω则可判断该集成稳压器内部已击穿损坏。若测得两脚之间的正、反向电阻值均为“∞”，则说明该集成稳压器内部已开路损坏。若测得集成稳压器的阻值不稳定，随温度的变化而改变，则说明该集成稳压器的热稳定性能不良。下面是用MF47型万用表R×1k挡测定的数据：用红表笔接7815的散热板（带小圆孔的金属片），黑表笔分别接另外三个引脚，测出的阻值分别为34kΩ、0、11kΩ。这样即可判断出：0Ω的引脚为公共端（地、接机壳），34kΩ（阻值最大）的引脚为输入端，11kΩ的引脚为输出端（不同的电表，不同的厂家产品，测出的数值可能有出入，但基本规律不变。78系列产品输入端为15~45kΩ，输出端为4~12kΩ）。也可采用电压测量法，此时需在被集成稳压器的电压输入端与接地端之间加上一个直流电压（正极接输入端）。此电压应比被测稳压器的标称输出电压高3V以上（例如，被测集成稳压器是7805，加的直流电压就为+8V），但不能超过其最大输入电压。即使测量集成稳压器的电阻值正常，也不能确定该稳压器就是完好的，还应进一步测量其稳压值是否正常。若测得集成稳压器输出端与接地端之间的电压值输出稳定，且在集成稳压器标称稳压值的±5%范围内，则说明该集成稳压器性能良好。2、17/37系列三端集成稳压器的电阻检测法17/37系列集成稳压器也可采用万用表R×1k挡测得其3个管脚间阻值。若被测集成稳压器的电阻值与下表中电阻值相差较大，则说明该集成稳压器有问题。3、集成稳压器的散热问题散热条件影响输出负载电流的大小。要想取得大的电流输出，就必须保证78××有良好的散热条件，当输出电流较大时，应配上散热片，保证热稳定及可靠性。78××在给负载输送功率的同时，本身也在消耗一部分功率，消耗的功率就直接表现为器件的结温升高。当结温升高到一定程度（7805为150℃）以后，就会进入过热保护状态，停止输出造成电控出现停机现象，并影响其性能。二、直流稳压电源电路组装与调试1、直流稳压电源电路原理分析由电源变压器（次级三抽头）降压来的正弦交流电经D1、D2全波整流，C1电容滤波后，分别送往3个固定集成稳压块7805、7809、7824和1个可调集成稳压块LM317，可输出单独的固定5V、9V、24V和1.25～37V可调电压。直流稳压电源电路原理图2、元器件清单及万用表检测。

3、电路组装的方法和注意事项按照清单表述，参照直流稳压电源的印制板图装接元器件，并焊接。（1）连接电源变压器并束扎，焊接电源连线时，套上热缩管或用绝缘胶布绝缘；（2）连接指针式直流电压表，作为可调电压的指示。可将塑料轴旋转电位器（RP065型）改成多圈式精密可调电位器（WXD型）。将其安装在电路板外围，其连线顺势延长并束扎。注意：在安装时，要尽量使滤波电容和0.33μF电容靠近稳压器，这样可以有效地防止瞬态过电压。另外，三端集成稳压器与散热板间的螺丝固定要拧紧、牢靠。4、电路调试方法简介（1）稳压电源输出电压的可调范围为UOmin~UOmax。输入端接220V交流电压，输出端接万用表或数字万用表，调节电路中RP1的大小，使其值为最大和最小，测出对应的输出电压UOmin和UOmax。（2）最大输出电流IOmax。指稳压电源正常工作的情况下能输出的最大电流，用IOmax表示。稳压电源的输入端接220V的交流电压，将稳压电源的输出电压调到10V，然后在稳压电源的输出端接滑线变阻器RL，RL的值应调到1kΩ以上。用万用表或数字万用表测出对应的UO。然后逐渐减小RL的值，直到UO的值下降5%，此时流经负载RL的电流就是IOmax。记下IOmax后应迅速增大RL的值，以减小稳压电源的功耗。任务拓展：多重保护稳压电源电路安装一、多重保护稳压电源电路分析1.交流输入部分（1）D1~D4完成整流作用。（2）C1初级滤波作用。多重保护稳压电源电路原理图任务拓展：多重保护稳压电源电路安装2．串联稳压电路（1）采样电路R5、RP1、R6组成串联分压电路，完成稳压部分的采样。（2）基准电压电路R4提供称击穿电流给VD5产生稳定电压，在VT3的E极形成基准电压。（3）放大采样后的电压与VD5的参考电压比较后，产生误差信号提供给VT1放大后推动VT2。（4）调整电路调整管VT2串联在初级滤波与负载电路之间，由VT1提供的放大信号调整VT2内部的导通程度从而分担不同电压，保证输出电压的稳压。任务拓展：多重保护稳压电源电路安装3．欠压保护电路交流输入的电压经过S1送给R7/RP2/R8组成的分压采样电路，如果TP7的电压低于过设定的低保护电压阀值，则VT6截止，VT7导通，VT8和VT9截止，VT10和VT11组成的复合管导通，有电流通过继电器吸合动作，断开负载R26的供电，保护负载的安全，并且红色LED1亮警示。4．过压保护电路交流输入的电压经过S1送给R9/RP3/R10组成的分压采样电路，如果TP8的电压低于过设定的高保护电压阀值，则VT4导通，VT5截止，VT8和VT9截止，VT10和VT11组成的复合管导通，有电流通过继电器吸合动作，断开负载R26的供电，保护负载的安全，并且红色LED1亮警示。任务拓展：多重保护稳压电源电路安装5．开机延时供电保护电路开机瞬间C4的电压为0V而且不能突变，VT8和VT9截止，VT10和VT11组成的复合管导通，有电流通过继电器吸合动作，负载R26的无供电，保护负载的安全，并且红色LED1亮警示。开机后电源通过R20/RP4/R21对C4的进行充电，当C4两端的电压超过一定值时(TP10的电压超过7.2V)，VT8和VT9导通，VT10和VT11组成的复合管截止，无电流通过继电器释放动作，正常供电去负载R26，绿色LED2亮表示工作正常。任务拓展：多重保护稳压电源电路安装多重保护稳压电源电路双面板PCB图二、电路安装按照多重保护稳压电源电路清单检查套件序号 名称 型号与规格 数量 序号 名称 型号与规格 数量1 D1~D4、VD10 1N4007 5 25 电阻R13 10kΩ0.25W 12 VD5、VD9 2CW156V2 2 26 电阻R14 3.3kΩ0.25W 13 VD6、VD7、VD8 1N4148 3 27 电阻R15 5.1kΩ0.25W 14 发光二极管LED2 Φ5绿色 1 28 电阻R16 10kΩ0.25W 15 发光二极管LED1 Φ5红色 1 29 电阻R17 3.3kΩ0.25W 16 电位器RP1 1kΩ蓝白 1 30 电阻R18 10kΩ0.25W 17 电位器RP2 1kΩ精密可调 1 31 电阻R19 100k0.25W 18 电位器RP3 100kΩ精密可调 1 32 电阻R20 100kΩ0.25W 19 电位器RP4 500kΩ蓝白 1 33 电阻R21 100Ω0.25W 110 电阻R1 2kΩ0.25W 1 34 电阻R22 10kΩ0.25W 111 电阻R2 100kΩ0.25W 1 35 电阻R23 10kΩ0.25W 112 电阻R3 47kΩ0.25W 1 36 电阻R24 1kΩ0.25W 113 电阻R4 270Ω0.25W 1 37 电阻R25 1kΩ0.25W 114 电阻R5 470Ω0.25W 1 38 电阻R26 300Ω5W水泥 115 电阻R6 820Ω0.25W 1 39 电容C1 470μF50V 116 电阻R7 10kΩ0.25W 1 40 电容C2 10μF50V 117 电阻R8 200Ω0.25W 1 41 电容C3 470μF50V 118 电阻R9 3.9kΩ0.25W 1 42 电容C4 100μF50V 119 电阻R10 1kΩ0.25W 1 43 电容C5 0.01μF63V 120 电阻R11 3.3kΩ0.25W 1 44 继电器JK1 12V 121 电阻R12 200Ω0.25W 1 45 PBC板子 8*150mm 122 三极管VT2 TIP41C 1 46 JP1、JP2 2位插座 223 三极管VT1、VT3~VT11 SC9014 10 47 S1S2 2位跳线带短路帽 自制24 散热片 1 48 绝缘固定柱 白色 4在万能板上安装多重保护稳压电源电路电路功能实现：（1）具有整流、滤波、稳压功能，输出稳压电压由RP1控制。（2）过压与欠压保护功能。（3）开机延时供电，防止浪涌电压冲击负载。减少损失。任务评价就三端集成稳压直流电源电路，参照单元二“分级评议步骤及内容”，填写任务评价表。工作任务1三端集成线性稳压电源的安装与调试相关知识一、直流稳压电源电路分析直流稳压电源结构图和稳压过程：变压器将工频交流电变换为所需的交流电压，经整流电路整流后得到单向脉动直流电，滤波电路将单向脉动直流电中的脉动成分滤除，送入到稳压电路进行稳压，在负载上将得到稳定的直流电压。相关知识1、全波整流电路单相全波整流电路波形图根据图3-16（b）可知，全波整流电路的输出，与桥式整流电路的输出相同。输出平均电压为相关知识流过负载的平均电流为二极管所承受的最大反向电压单相全波整流电路的脉动系数S与单相桥式整流电路相同。相关知识2、滤波电路滤波的基本概念：滤波电路系利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波功能。电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。（1）电容滤波电路单相桥式电容滤波整流电路在负载电阻上并联了一个滤波电容C。1）滤波原理。若电路处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压u2给电容器C充电。此时C相当于并联在u2上，所以输出波形同u2

，是正弦形。所以，在t1到t2时刻，二极管导电，C充电，uC=uL按正弦规律变化；t2到t3时刻二极管关断，uC=uL按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。相关知识需要指出的是，当放电时间常数RLC增加时，t1点要右移，t2点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小；反之，RLC减少时，导通角增加。显然，当RL很小，即IL很大时，电容滤波的效果不好。相关知识反之，当RL很大，即IL很小时，尽管C较小，RLC仍很大，电容滤波的效果也很好。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。相关知识2）电容滤波的计算。电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。工程上有详细的曲线可供查阅。一般常采用以下近似估算法：一种是用锯齿波近似表示，即另一种是在RLC=(35)T/2的条件下，近似认为UL=UO=1.2U2。（或者，电容滤波要获得较好的效果，工程上也通常应满足RLC≥6~10。）3）外特性。整流滤波电路中，输出直流电压UL随负载电流IO的变化关系曲线见图。（2）电感滤波电路利用储能元件电感器L的电流不能突变的性质，把电感Ｌ与整流电路的负载RL相串联，也可以起到滤波的作用。当u2正半周时，D1、D3导电，电感中的电流将滞后u2。当负半周时，电感中的电流将经由D2、D4提供。因桥式电路的对称性和电感中电流的连续性，4个二极管D1、D3；D2、D4的导通角都是180°。3、串联反馈式稳压电路的工作原理稳压电路概述：引起输出电压变化的原因是负载电流的变化和输入电压的变化。负载电流的变化会在整流电源的内阻上产生电压降，从而使输入电压发生变化。线性串联型稳压电源的工作电流较大，输出电压一般可连续调节，稳压性能优越。目前这种稳压电源已经制成单片集成电路，广泛应用在各种电子仪器和电子电路之中。典型的串联反馈式稳压电路，由基准电压、比较放大、调整、取样几个部分组成。分立元件构成的串联反馈式直流稳压电路如图3-27所示。（1）输入电压变化，负载电流保持不变输入电压UI增加，必然会使输出电压UO有所增加，输出电压经过取样电路取出一部分信号Uf与基准源电压UREF比较，获得误差信号ΔU。误差信号经放大后，用UO1去控制调整管的管压降UCE增加，从而抵消输入电压增加的影响。UI↑→UO↑→Uf↑→UO1↓→UCE↑→UO↓（2）负载电流变化，输入电压保持不变负载电流IL增加，必然会使输入电压UI有所减小，输出电压UO必然有所下降，经过取样电路取出一部分信号Uf与基准源电压UREF比较，获得的误差信号使UO1增加，从而使调整管的管压降UCE下降，从而抵消因IL增加，使输入电压减小的影响。

IL↑→UI↓→UO↓→Uf↓→UO1↑→UCE↓→UO↑（3）输出电压调节范围的计算可知Uf≈UREF；显然，调节RW可以改变输出电压。稳压电路的保护环节：串联型稳压电源的内阻很小，如果输出端短路，则输出短路电流很大。同时输入电压将全部降落在调整管上，使调整管的功耗大大增加，调整管将因过损耗发热而损坏，为此必须对稳压电源的短路进行保护。过载也会造成损坏。保护的方法有反馈保护型（又分截流型和限流型）和温度保护型。温度保护型系利用集成电路制造工艺，在调整管旁制作PN结温度传感器。当温度超标时，启动保护电路工作，工作原理与反馈保护型相同。二、三端集成稳压器三端集成稳压器系将串联稳压电源和保护电路集成在一起的器件。集成稳压器有输入端、输出端和公共端，称为三端集成稳压器。要特别注意不同型号、不同封装的集成稳压器，它们3个电极的位置是不同的，要查手册确定。三端集成稳压器输出电压：军品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-55℃～150℃；工业品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-25℃～150℃；民品级多为塑料封装，工作温度范围0℃～125℃。CW7800系列集成稳压器规格：“78T00”中“T”表示输出电流3A；“78H00”中“H”表示输出电流5A；“78P00”中“P”表示输出电流10A。78系列的内部结构内部结构框图。三端固定输出集成稳压器的典型应用电路。三端固定输出集成稳压器的典型应用电路。三端可调输出集成稳压器的典型应用电路图中C1防自激振荡。C2系防高频噪声。图中，LM317是常见的可调集成稳压器，最大输出电流为2.2A，输出电压范围为1.25～37V（可连续高精度微调），其接法如下：①、②脚之间为1.25V电压基准，为保证稳压器的输出性能，图中，R1应小于240Ω。改变R2阻值即可调整稳压值，UO=（1+R2/R1）1.25。D1、D2用于保护LM317。下图电路在前置级音响电路、精密电路、电子制作等对电源要求较高（高精度）的场合，由于其内阻小，电压稳定，噪音极低，输出纹波小（输出端仅用100μF），能有效的保证NE5532、NE5535等音响电路的高度稳定工作，提高瞬态特性和高频特性，实际使用效果比78xx、79xx等稳压模块好。三、线扎加工方法和绑扎工艺所谓扎线，就是把导线捆扎起来，这样做一方面可以将连线整齐地归纳在一起，少占空间；另一方面也有利于稳定质量。a.扎线要领：导线的确认；不能将力量集中在一根线上；不能扎得太松。b.扎线用品:捆扎线、扎线带、线卡。c.制造要领：要求线端留有一定的长度，应从线端开始扎线；重点在于走线和外观应排列整齐，而且有棱有角；防止连线错误时，按各分支扎线；扎线的间距标准为50mm，可根据连线密度及分支数量改变。①要求线端留有一定的长度，应从线端开始扎线。②重点在于走线和外观时，应排列整齐，而且要有棱有角。③要求防止连线错误时，按各分支扎线。④扎线的间距标准为50mm，可根据连线密度及分支数量改变。

在复杂的电子产品中，分机之间、电路之间的导线很多。为了使配线整洁，缩短配线距离，减少占用空间，并使电气性能稳定可靠，通常将这些互连导线绑扎在一起成为线扎（线把、线束）。1、对线扎的要求1）绑入线扎中的导线应排列整齐，不得有明显的交叉和扭转。2）导线端头应打标记或编号，以便在装配、维修时容易识别。3）扎线要用绳或线扎搭扣绑扎，但不宜绑得太松或太紧。绑得太松会失去线扎的作用，太紧又可能损伤导线的绝缘层。4）线扎结与结之间的间距要均匀，间距的大小要视线扎直径的大小而定，一般间距取线扎直径的2～3倍。在绑扎时还应根据线扎的分支情况适当增加或减少结扎点。5）线扎分支处应有足够的弧过渡，以防止导线受损。通常弯曲半径应比线扎直径大两倍以上。6）对需要经常移动位置的线扎，在绑扎前应将线束拧成绳状，并缠绕聚氧乙烯胶带或套上绝缘套管，然后绑扎好。7）打结时系结不应倾斜，也不能系成椭圆形，以防止把导线中的芯线拉断。8）为了美观，结扣一律打在线束下面。9）绑扎时不能用力拉线扎中的某一根导线，以防止把导线中的芯线拉断。2、线扎制作方法线扎制作过程如下：剪裁导线及线端加工→导线端头印标记→制作配线板→排版→扎线。扎线方法较多，主要有粘合剂结扎、线扎搭扣绑扎、线绳绑扎等。3、绑扎线规范要求（1）扎点整齐，紧锁，将导线扎长成整齐，紧靠的束把。（2）线把有形有序，接扎牢固，线扎定后余部割断。（3）当有导线分股时，两侧都要有扎线绑扎。（4）导线绑扎要求布线合理，布线绑线美观。任务描述工作任务2开关稳压电源的安装与调试在对线性稳压集成电路与开关稳压集成电路的应用特性进行比较的基础上，简单介绍了TOP222（三端PWM/MOSFET二合一集成控制器件TOPswitch系列）及其在开关电源设计中的应用，给出了以TOP222模块构成的开关稳压电源电路。稳压电路的设计方案及元器件参数的计算方法。任务目标理解开关型稳压电源的结构组成；会设计与安装TOP系列集成稳压电源电路。工作任务2开关稳压电源的安装与调试任务分析传统开关电源设计一般均采用分立的MOSFET功率开关和多引脚的PWM集成控制器，电路的结构非常复杂，系统的稳定性不够理想，分立的MOSFET功率开关对开关电源的效率亦有限制。90年代以来，出现了将开关电源中最重要的两个部分——PWM集成电路和MOSFET功率开关，集成在同一块芯片上，构成PWM/MOSFET二合一集成芯片的趋势，二合一集成控制芯片的问世，降低了开关电源设计的复杂性，减少了开关电源设计所需的时间。单片开关电源原理框图。工作任务2开关稳压电源的安装与调试任务分析交流220V市电经电源噪声滤波器LF（抗EMI电磁干扰）后再通过桥式整流器直接整流。电源滤波器的作用一方面是滤除由电网传来的杂波电压，净化输入电源，另一方面也阻止高频开关电源的振荡电压窜入电网，干扰其它电器。市电整流和电容滤波后，变成近300V的直流电压供给TOPSwitch—Ⅱ器件，TOPSwitch—Ⅱ构成DC/DC变换电路，它将输入的直流高压变成脉宽可调的高频脉冲电压，经高频变压器降压后再进行半波整流和滤波，变成所需要的直流电压输出。在单端反激式开关电源中，高频开关变压器既是储能元件又是传递能量的主体，设计难度较大，是一个十分关键的环节。设计的主要参数包括变压器变比n，初、次级绕组匝数NP、NS和反馈绕组匝数NF等。任务实施工作任务2开关稳压电源安装与调试一、由TOP222P（DIP-8封装）芯片构建的开关电源电路分析如图3-39所示。电路中使用两片集成电路：TOP222P型三端单片开关电源(U1)，PC817型线性光耦合器(U2)。热敏电阻RT1是为了防止上电时电容电流的冲击（软启动），起EMC（电磁兼容）作用。交流电源经过4个二极管和C4整流滤波后产生直流高压Ui，给高频变压器T1的一次绕组供电。设置R1、C3和D5组成的钳位电路是为了防止电路过冲和产生寄生振荡。D5能将漏感产生的尖峰电压钳位到安全值，并能衰减振铃电压。D5应选用1A／1000V的UF4007型超快恢复二极管（实际电路只用了1N4007）。二次绕组电压通过D1、C1、L1、C5整流滤波，获得12V输出电压Uo。电源输出电压Uo值是由DZ1稳定电压、光耦中发光管的正向压降UF、R2、R5上的压降这三者之和来设定的。改变高频变压器的匝数比和DZ1的稳压值，还可获得其他输出电压值。R4和LED还为12V输出提供一个假负载，用以提高轻载时的负载调整率，改善轻载时的稳压性能。反馈绕组电压经D7和C8整流、滤波后，供给TOP222P所需偏压。由R2和DZ1来调节控制端电流，通过改变输出占空比达到稳压目的。当输出电压升高时，R2两端电压也升高，光耦合器二极管导通，导致TOP222的MOS管关闭，即占空比减小，输出电压降低。同理，输出电压降低时，TOP222的MOS管占空比增加，使得输出电压增加。由于电路AC220V输入端没有共模扼流圈（抗干扰电路），会有由开关变压器一次绕组接D端的高压开关波形所产生的共模泄漏电流。C6为隔离保护电容，用于滤掉由一次、二次绕组耦合电容引起的干扰。C7不仅能滤除加在控制端上的尖峰电流，而且决定自启动频率，它还与R2、R3一起对控制回路进行补偿。二、小功率开关电源的安装与调试参照下表，清点TOP222P小功率开关电源电路套件元器件数量。目检光电耦合器和集成电路的外观及表面印字是否清晰。用万用表检测开关变压器等常用元器件的质量。按照下图所示的小功率开关电源PCB图插接元件。该电路板尺寸为65×40mm。调试要求：电压输出12V/1A，负载调整率8%。注意事项：如有电磁兼容性要求，则需外接电源干扰抑制器。该电路设计可靠，只要电路板及元器件安装无误，接通AC220V电源后，即可正常工作，可稳定输出+12V电压。任务评价工作任务2开关稳压电源的安装与调试就TOP系列小功率开关电源电路，参照单元二“分级评议步骤及内容”，填写任务评价表。在万能板上插接下图所示TOP开关电源电路，布置好元件位置，并焊接连线。图3-42电路与图3-40相比，绝大部分电路设置和参数没有改变。只是在基准电压和反馈电路改由常用的三端稳压器TL431（装接时最好采用TO-92封装形式）来完成，用来代替电阻和稳压管形式。在反馈电路的应用中，运用采样电压通过TL431限压，再通过光电耦合器PC817把电压反馈到TOP222P的控制端C端。由于TL431具有体积小、基准电压精密可调，输出电流大等优点，所以用TL431还可以制作多路输出稳压电源电路。TL431通过电路取样电阻来检测输出电压的变化量ΔU，然后将采样电压送入TL431的输入控制端，与TL431的2.5V参考电压进行比较，输出电压UK也发生相应变化，从而使线性光电耦合器中的发光二极管工作电流发生线性变化，光电耦合器输出电流也相应变化。任务拓展经过光电耦合器和TL431组成的外部误差放大器，调节TOP222P控制端C的电流IC，调整占空比D（IC与D成反比），从而使输出电压变化，达到稳定输出电压的目的。电路中，C9为TL431的频率补偿电容，可以提高TL431的瞬态频率响应。R5为光电耦合器的限流电阻，R5的大小决定控制环路的增益。相关知识一、小功率开关电源相关器件1、TOP222PTOPSwitchⅡ系列器件（产品分类及最大输出功率POM见表3-4）包括TOP221～TOP227，其内部结构如图3-43所示。美国功率集成公司为TOPSwitchⅡ器件提供了多种封装方式，其中8脚的PDIP封装方式内部的引线框，可使用6个管脚将热量直接从芯片传送到电路板上，从而节省了使用散热器的成本。相关知识（1）控制极C：占空比控制误差放大器输入端和反馈电流输入脚。启动时由内部高压电流源提供内部偏置电流；在正常工作时，流入反馈控制电流。同时用作电源旁路电容器和自动启动/补偿电容器的接入点。（2）源极S：在TO-220封装中，既是MOSFET管的源极接点，也是开关电源初级回路的公共点和参考点。（3）漏极D：MOSFET管漏极接入点。在启动时，提供内部偏置电流。TOPSwitchⅡ的特点：（1）TOPSwitchⅡ系列芯片将脉宽调制（PWM）控制系统的全部功能集成到三端芯片中。内含脉宽调制器、功率开关场效应管（MOSFET）、自动偏置电路、保护电路、高压启动电路和环路补偿电路，通过高频变压器使输出端与电网完全隔离，真正实现了无工频变压器、隔离式开关电源的单片集成化，使用安全可靠。TOP222P内部结构（2）输入交流电压和频率的范围极宽。作固定电压输入时可选110V/115V/230V交流电，允许变化±15%；在宽电压范围输入时，适配85V～265V交流电，但POM值要比前者降低40%。（3）TOPSwitchⅡ只有3个引出端，可以同三端线性集成稳压器相媲美，能以最简方式构成无工频变压器的反激式普通型和精密型开关电源。开关频率的典型值为100kHz，允许范围是90kHz～110kHz，占空比调节范围是1.7%~67%。（4）外围电路简单，成本低廉。芯片本身功耗很低，电源效率可达80%左右。2、PC817PC817光电耦合器广泛用在电脑终端机、测量仪器、家用电器（如风扇，加热器）等电路之间的信号传输，使之前端与负载完全隔离，目的在于增加安全性，减小电路干扰，简化电路设计。紧凑型双列直插封装，PC817为单通道光耦。光耦的基本结构是将光发射器(红外LED)和光敏器(硅光电探测敏感器件)的芯片封装在同一外壳内，并用透明树脂灌封充填作光传递介质，通常将光发射器的管脚作输入端，光敏器的引脚作为输出端，当输入端加电信号时，光发射器发出的光信号通过透明树脂光导介质投射到光敏器后，转换成电信号输出，实现了以光为媒介的电→光→电信号转换传输，并在电气上是完全隔离的。四脚型光电耦合器PC817引脚判别方法：在光电耦合器内部，包含一只发光二极管和一只光敏三极管。（1）判断发光二极管的管脚。

用MF47万用表R×1kΩ挡，对四只管脚中任意两脚进行正反向测量，如果有一次表针指数为无穷大，但表笔互换后有30kΩ左右的电阻值，此时黑表笔所接的管脚即为发光二极管的正极，红表笔所接的管脚为发光二极管的负极。

（2）判断光敏三极管的集电极与发射极。

光电耦合器中的光敏三极管通常为NPN型，它与普通的NPN型硅三极管有许多相似的地方。用万用表R×10kΩ挡，对PC817剩余的两脚进行测量。如果有一次电阻为无穷大，而交换表笔后有250kΩ左右的电阻值，那么此时黑表笔所接的管脚即为光电三极管的发射极，红表笔所接的管脚则为光电三极管的集电极。

至于多脚型光耦合管的管脚排列，应首先将所有发光二极管的管脚判别出来，然后再确定对应的光敏三极管的管脚。普通光电耦合器只能传输数字信号（开关信号），不适合传输模拟信号。线性光电耦合器是一种新型的光电隔离器件，能够传输连续变化的模拟电压或电流信号，这样随着输入信号的强弱变化会产生相应的光信号，从而使光敏晶体管的导通程度也不同，输出的电压或电流也随之不同。PC817光电耦合器不但可以起到反馈作用还可以起到隔离作用。3、开关电源高频变压器由TOP222P单片构成的小功率开关电源的高频变压器的尺寸及参数见图3-47。该高频变压器采用EE19-04磁芯和骨架，NP、NS、NF分别代表初级、次级和反馈级的绕组。绕制时，初级绕组必须绕在最里层。其优点之一是能缩短每匝导线的长度，减小初级绕组的分布电容；优点之二是初级绕组能被其他绕组所屏蔽，可降低初级绕组对相邻元件的电噪声。另外，初级绕组的起始端应接到的漏极端，利用初级绕组的其余部分和其他绕组将它屏蔽，减小从初级耦合到其他地方的电磁干扰。初级绕组最好设计成两层或两层以下以降低初级分布电容和漏感。在初级各层之间加一绝缘层，能将分布电容减小到原来的1/4左右。漏电感会导致MOSFET关断时产生感应电压。反馈绕组绕在最外层，此时反馈绕组与次级绕组的耦合最强，对输出电压的变化反应得更灵敏，能提高调整度。另外还能减小反馈绕组与初级绕组的耦合程度以及反馈输出的峰值充电效应，也有助于提高稳压性能。在初、次级之间增加屏蔽层，可减小初、次级之间共模干抚的容性耦合。

电源电路使用到的高频开关变压器（卧式）的尺寸4、TL431并联稳压集成电路TL431广泛用于单片精密开关电源或精密线性稳压电源中。此外，TL431还能构成电压比较器、电源电压监视器、延时电路、精密恒流源等。TL431大多采用DIP-8或TO-92封装形式，引脚排列分别如图3-48所示。图中，A为阳极，使用时需接地；K为阴极，需经限流电阻接正电源；UREF是输出电压Uo的设定端，外接电阻分压器；NC为空脚。TL431性能：输出电压连续可调达36V，工作电流范围宽达0.1～100mA，动态电阻典型值为0.22Ω，输出杂波低。其最大输入电压为37V，最大工作电流为150mA，内基准电压为2.5V，输出电压范围为2.5～30V。Uo=Vref(1+R1/R2)(Vref=2.5V)。R3是IKA的限流电阻。其稳压原理为：当Uo上升时，取样电压UREF（图3-48（c）中Vref）也随之升高，使UREF>Vref，比较器输出高电平，使VT导通，Uo开始下降。反之，Uo下降会导致UREF下降，从而UREF<Vref，使比较器再次翻转，输出变成低电平，VT截止Uo上升。这样的循环下去，从动态平衡的角度来看，就迫使Uo趋于稳定，从而达到了稳定的目的，并且UREF=Uref。二、开关电源概述开关电源通常由六大部分组成。输入电路包含有低通滤波和一次整流环节。220V交流电直接经低通滤波和桥式整流后得到未稳压的直流电压。功率因数校正电路的作用是提高功率因数，它的形式是保持输入电流与输入电压同相。功率因数校正的方法有无源功率因数校正和有源功率因数校正两种。所谓有源功率因数校正（ActivePowerFactorCorrection，APFC），是指电源在校正过程中常采用三极管和集成电路。功率转换有电子开关和高频方波脉冲电压产生电路。输出电路用于将高频方波脉冲电压经整流滤波后变成直流电压输出。控制电路是将输出电压经过分压、采样后，与电路的基准电压进行比较、放大，得到