04直流稳压电源Word格式.docx
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电
路
基
准
电
压
R1
RL
Uo
Ui
Ｕi
BG2
R2
BG1
Re
－
D
_
图２－１－２
UoUb1Uc1Ub3 Uce3Uo
这个稳压原理我们可以通过下面的简单例子加以说明。
电路如图２－１－３所示
图２－１－３
Uo
RL
Rx
Ui
此时
RL为负载电阻，当Ui变化时，调RX改变其分压即可保持Uo不变。
上例中BG3的Uce3变化起到了这个作用，只是它利用的是三极管自身的调整功能。
二、直流稳压电源的技术指标及测试方法
一台集成直流稳压电源，技术指标如下：
直流输出电压Uo可调范围（Uomin~Uomax）
最大输出电流Iomax
输出端纹波电压Uo
稳压系数Sv
输出动态电阻Ro
前两个指标是稳压电源的特性指标，它决定了电源的适用范围，同时也决定了稳压器的特性指标及如何选择变压器、整流二极管和滤波电容等。
而后三个指标为稳压电源的质量指标（含温度系数）。
1.最大输出电流
最大输出电流是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。
一般情况下的工作电流Io<
Iomax，稳压电路内部应有保护电路，以防止Io>
Iomax或者输出端与地短路时损坏稳压器。
2.直流输出电压Uo
直流输出电压是指稳压电源的输出电压，也即是稳压器的输出电压，用Uo表示。
采用图2－1－４所示电路可同时测量Uo与Iomax。
测试过程是：
先调节输出端的负载电阻，使
、交流输入电压为220v，此时数字电压表的测量值即为Uo，再使RL逐渐减小，直到Uo的值下降5％，此时负载RL中的电流即为Iomax（记下Iomax后迅速增大RL，以减小稳压器的功耗）。
3.纹波电压Uo
纹波电压是指叠加在输出电压Uo上的交流分量。
可以采用示波器直接观测其峰－峰值，因Uop-p一般为mv级，所以示波器Ｙ轴偏转因数选择开关应打在mV/cm档。
也可用交流毫伏表测量其有效值Uo。
因为Uo不是正弦波，所以用有效值衡量其纹波电压，存在一定误差。
Uo的大小主要取决于滤波电容、负载电阻及稳压系数等。
被测
稳压
电源
+
滑
线
变
阻
器
电流表
A
电压表
_
~220V
自耦变压器
v
图２－１－４
4.稳压系数Sv
Sv是衡量稳压器稳压效果最主要的指标，它是指当负载电流Io和环境温度都保持不变时输入电压Ui的相对变化所引起的输出电压的相对变化，即
SV越小越好。
Sv的测量电路仍如上图，其过程为：
先调节自耦变压器，例如使Ui＝242v，测量此时对应的输出电压Uo1，再调节自耦变压器，使Ui=198v，测量此时对应的输出电压Uo2，然后再测出Ui＝220v时对应的输出电压Uo，则稳压系数Sv为
5.输出动态电阻Ro
Ro是指在环境温度T，输入电压Ui等条件保持不变的条件下，由于负载电流Io变化引起的Uo变化，即
Ro越小，Uo的稳定性越好，它主要是由稳压器的内阻所决定的。
仍用上图电路测试，但须注意RL不能取得太小，一定要满足
，否则会因输出电流过大而损坏稳压器。
第二节集成稳压器
所谓集成稳压器就是利用半导体集成技术将稳压电路中的无源元件与有源元件都制作在一个半导体芯片或绝缘基片上，这就是稳压电路的集成化。
一、基本稳压器介绍
常见的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。
（1）固定式三端稳压器
常见产品有CW78、CW79（国产），LM78、LM79（美国），78系列稳压器输出固定的正电压，如7805的输出为+5V，79系列稳压器输出固定为负电压，如7905输出为－5V，其封装为三个管脚单列直插式（输入、输出、公共端），不需要外接元件，使用起来十分方便。
它们的引脚功能及构成的典型电路如图２－２－１所示。
其中输入端接电容
3
1
123
Co
Ci
2
0.1F
CW78
0.33F
Ui地Uo
CW78
2.2F
1F
CW79
地UiUo
CW79
图２－２－１
Ci可以进一步滤除纹波，输出端接电容Co能消除自激振荡，确保电路稳定工作。
Ci、Co最好采用漏电流小的钽电容，如果采用电解电容，电容量要比图中数值增加10倍。
CW317
123
Adj
UoUi
（2）可调式三端稳压器
可调式三端稳压器输出连续可调的直流电压，常见产品有CW317、CW337（国产），LM317、LM337（美国）。
317系列稳压器输出连续可调的正电压，337系列稳压器输出连续可调的负电压，可调范围为1.2～37v,最大输出电流Iomax为1.5A。
稳压器内部含有过热、过流保护电路，具有安全可靠、使用方便、性能优良等特点。
CW317与CW337系列引脚功能相同，图２－２－２是它们构成的典型稳压电路。
VD2
CW317
R1
RP1
VD1
220
1
0.1
10F
0.01F
C2
VD
CW337
220
R1
图２－２－２
其中R1与RP1组成电压输出调节电路，输出电压Uo的表达式为
式中：
R1＝120～240，流经R1的泄放电流为5～10mA，RP1为精密可调电位器，电容C2与RP1并联组成滤波电路，减小输出的纹波电压，二极管VD1的作用是防止输出端对地短路时，C2上的电压损坏稳压器，二极管VD2的作用与VD1相同，当RP1上电压低于7v时可省略VD2，317是依靠外接电阻给定输出电压的，所以，R1应紧接在稳压输出端和调整端之间，否则输出端电流大时，将产生附加压降，影响输出精度。
二、如何看集成稳压器的规格表
对于集成稳压器的使用者，除了解其工作原理外，还应该懂得如何选择合适的稳压器，如何合理地应用稳压器，使它既能安全可靠的工作又能满足工作的需要。
所谓规格表也就是集成稳压器的主要技术指标，或称主要参数表。
表中列有各种电气特性及其最大额定值等，因此集成稳压器的规格表对于使用者显得很重要，这里我们主要介绍一些最大额定值和某些电气特性。
（一）最大额定值
最大额定值是为保证集成稳压器的寿命和可靠性，绝对不可超过的额定值。
它由构成的材料、制造工艺、设计条件等决定，随生产厂家和集成稳压器种类的不同而不同。
1.最大输出电流Iomax
它是指集成稳压器允许输出最大电流的极限值。
最大输出电流Iomax与最大负载电流ILmax不同，ILmax是指稳压器在正常工作时的最大输出电流，为了保证稳压器的安全，ILmax应小于Iomax。
同时特别要注意最大输出电流Iomax往往由调整管的最大消耗功率PDmax来决定，即
Ui为稳压器的输入电压；
Uo为稳压器的输出电压。
最大消耗功率PDmax与所加的散热片大小有关。
由上面分析看出并非说最大输出电流为600mA的集成稳压器就可输出600mA的负载电流，因此使用时还必须注意其他最大额定值才行。
2.最大输入电压Uimax
它是指集成稳压器的输入端允许加的最大电压。
它与集成稳压器的击穿电压有关。
使用时超过最大输入电压值会使稳压器损坏。
3.最大耗散功率PCM
耗散功率即指调整管所消耗的功率。
可以表示为
PCM=（Ｕi-Ｕo）Io
当稳压器内的电路基片的温度达到某一界限值（150C左右）时，所消耗的功率称为最大耗散功率，即
TA－工作的环境温度
TjM－允许的最高结温（150C左右）
Rth－器件在规定散热条件下的热阻。
集成稳压器正常工作时应该使PMPCM。
4.工作温度Topr
工作温度是当其他条件如输入电压、输出电流及耗散功率等均在规格值内使用时，为保证其电气特性而规定的环境温度。
如Topr=-30～75C,即表示环境温度在30～75C之间其电气特性均可获得保证。
5.保存温度Tstg
保存温度是指集成稳压器不工作的状态，若保存于此温度范围，特性不会劣化，保存温度上限就是电路基片之最高耐久温度。
（二）电气参数
这是表征集成稳压器的技术性能的参数，这里仅举一些较重要的加以说明。
1.电压调整率Sv
当输出电流和环境温度保持不变时，只考虑由于输入电压改变Ui所引起输出电压的相对变化量与输入电压变化量Ui的百分比。
即
该参数能衡量稳压器对应于输入电压的变化而维持输出电压不变的能力。
2.电流调整率Si
当输入电压和环境温度保持不变时，改变输出电流而引起输出电压的变化量Uo与输出电压Uo的百分比，即
该参数用于考核器件对应于负载变化而维持输出电压不变的能力。
3.纹波抑制比SR
当直流输入和输出条件保持不变，测得输入的纹波电压峰－峰值Uip-p与输出纹波电压峰－峰值Uop-p。
纹波抑制比定义为
单位（dB）
该参数用于考核稳压器对于输入端引入交流纹波电压的抑制能力。
4.最小输入输出电压差（Ui-Uo）min
是指为了保证集成稳压器正常工作而必须具有的输入电压和输出电压的最小差值。
如果输出电压已定，那么这个指标是要求保证输出电压正常时所需要的最低输入电压Uimin。
如果输入电压低于此值，不但稳定性能变差，而且输出电压的纹波也会增大。
5.最小输出电流Iomin
为了保持稳压器的正常调节功能，对它的输出最小电流也有个限度值，低于这个值，稳压器将失去正常调整而失控。
为了满足这一要求，要求最小负载电流ILmin必须大于Iomin。
必要时可在输出端加泄放电阻。
表2·
1给出了CW7800系列稳压器的几个主要参数。
表2·
1CW7800输出固定电压值
型号
输出电压
输入电压
Ｕimax
Ｕimin
CW7805
5
10
35
7
CW7806
6
11
CW7809
9
14
11
CW7812
12
19
CW7815
15
23
18
CW7818
26
21
CW7824
24
33
40
27
三、集成稳压器的扩展应用
1.扩展固定式三端稳压器的输出电路
图2－2－3是用78集成稳压器组成扩展输出的应用线路，图中电阻R的阻值由外接功率管的Ube值和稳压器的输出电流来决定。
式中Ir是流入集成稳压器的电流，Ibg是流过外接功率管的集电极电流，Ube对PNP管可按0.3v计算。
图２－２－３
图２－２－４
IR
IBG
Vi
Ir
D2
2CP
Vo
C3
50
R
min
D1
3DD15
C1
0.33
W78
BG
图2－2－4给出了78集成稳压器组成扩展输出电流的另一种应用线路。
2.扩展可调式三端稳压器的输出电流
图２－２－５
图２－２－６
Io
R3
R5
2k
R4
120
7
6
F007
ADj
R2
w317
I1
IL
+Vo
240
4.7k
0.2
10
BG2
3CG21
15
BG1
3DD5B
317
图2－2－5所示电路为317集成稳压器输出电流扩展的应用电路。
BG1与BG2组成复合管，可扩展输出电流。
R1，R2，R3是偏置电阻。
如图中参数可使输出电流达到2A。
图2－2－6是另外一种应用电路。
3.扩展稳压器的输出电压
图2－2－7是用三端可调式集成稳压器317组成提高输出电压的应用线路。
增加图中R2的阻值，可提高输出电压。
应用时要注意R2的功耗。
按图中参数设置输出电压为＋150v。
Io>
5mA
图２－２－７
+150v
250v
85.7k
720
U<
35v
DW
+160v
317
4.稳压器构成的恒流源电路
图２－２－９
5v
IQ
W7805
图２－２－８
337Uo
Ui
集成稳压器除了作恒压源外，还可构成恒流源电路，图2－2－8为337稳压器构成的恒流源电路，输出电流Io由R1的取值决定一般R1取为（0.8～120），则Io为10mA～1.5A。
该电路可以用来对电池充电。
图2－2－9给出了由7805构成的恒流源，其恒流输出为
第三节（集成）直流稳压电源设计
所谓设计就是根据给定的技术指标确定电路形式，选择所需元器件的参数及型号，然后安装调试。
本课题采用集成稳压器设计直流稳压电源，因此设计工作的主要内容是选择变压器、整流二极管、集成稳压器及滤波电容。
设计原则是从后往前逐级推进。
一、集成稳压器
集成稳压器的输出电压Uo应与稳压电源要求的输出电压的大小及范围相同，最大负载电流ILmax应小于稳压器的最大允许电流Iomax，稳压器的输入电压Ui的范围为
Uomax+（Ui-Uo）minUiUomin+（Ui-Uo）max
式中，Uomax－最大输出电压
Uomin－最小输出电压
（Ui-Uo）min－稳压器的最小输入输出压差
（Ui-Uo）max－稳压器的最大输入输出压差
二、电源变压器
由于变压器电流不是正弦波，含有许多谐波分量，这些高次谐波电流只能产生功率损耗，不能产生整流器所需要的直流输出功率，所以，变压器的伏安值大于整流器输出功率。
通常根据变压器副边输出功率P2来选择（或自绕）变压器，考虑到变压器的效率，一般有P2U2I2，其中U2为变压器副边输出电压，
I2为变压器副边输出电流。
当变压器有n个副边绕组时，副边功率P2为各副边绕组功率之和。
P2（U2I2）1＋（U2I2）2＋＋（U2I2）n
一般小型变压器的效率如表所示
副边功率P2
10VA
10～30VA
30～80VA
80～200VA
效率
0.6
0.7
0.8
0.85
根据
就可以算出变压器原边的功率P1。
变压器的额定功率为
考虑到副方线圈后接桥式整流器和电容滤波器作为后级负载，变压器有一个利用系数，一般输出直流电压Ui（就是稳压器输入电压）与变压器副边电压U2的关系为
Ui＝（1.1～1.2）U2
此时，若U2太小，则稳压器不能正常工作；
若U2太大，则增大了稳压器的功耗，容易损坏稳压器，一般取副边电压
副边电流I2Iomax
三、整流二极管和滤波电容
1.整流二极管
整流二极管的反向击穿电压URM应满足
URM
U2
其额定工作电流应满足IFIomax。
亦可选择相应的整流桥代替分立的四个整流二极管，使用起来更为方便。
2.滤波电容
滤波电容可以用两种方法确定。
方法一：
由公式
式中，Uip-p－稳压器输入端纹波电压的峰－峰值
t－电容C放电时间。
t=T/2=0.01s（T=0.02s,f=50HZ）
IC－电容C放电电流，可取IC＝Iomax
滤波电容C的耐压值应大于
U2，一般取UC=1.1
U2。
方法二：
当满足RLC（3～5）T/2时，电容C放电曲线比较平坦，负载中的纹波成分较小，滤波电容C可按下式计算：
C（3～5）
RL－整流滤波输出负载电阻
T－交流电压的周期
IL－整流滤波输出电流，IL＝1.1Iomax
四、设计举例
技术设计要求：
Ｕｏ=+3v+9V,Iomax=800mA
Ｕ5mV,Sv
18
5w
2CP11
R2
T
设计步骤
一、选择集成稳压器，确定电路形式
根据技术要求，查有关手册，选可调式三端稳压器CW317（LM317），其特性参数为：
Uo=1.2～37V,Iomax=1.5A,（Ui-Uo）min=3,
（Ui-Uo）max=40V,均满足性能指标要求。
稳压电源电路确定如下：
输出调节电路中固定电阻Ｒ１取240，此时
电位器Ｒ2选取4·
7k精密线绕电位器。
二、选电源变压器
通常根据变压器的副边输出功率P2来选购变压器，变压器的额定工作电流应大于Iomin。
变压器的输出电压Ｕ2则要由稳压器的正常工作电压范围和稳压电源输出电压来确定。
因
则9+3Ｕi3+40
12VＵi43V
考虑到后接桥式整流器和电容滤波器时变压器的利用系数，变压器副边输出电压Ｕ２与稳压器输入电压Ｕi的关系为
Ｕi=（1.1～1.2）Ｕ2
或
取
I2Iomax=0.8AI2=1A
变压器副边输出功率Ｐ2Ｕ2Ｉ2=11w
考虑到小型变压器效率
，查表得=0.7
则变压器原边功率
由上分析，Ｕ2=12v,I2=1A,为留有余地，变压器功率取20W。
三、选整流二极管及滤波电容
1）整流二极管VD2的反向击穿电压ＵRM应满足
ＵRM
Ｕ2即ＵRM15.4v
整流二极管VD2的额定工作电流应满足
IFIomax即IF0.8A
查手册选取1N4001，其ＵRM50v,IF=1A满足要求。
2）滤波电容C的容量估算
式中，Ic--电容C放电电流，可取Ic=Iomax=0.8A
t--电容C放电时间，一般取t=T/2=0.01s
已知Uo=9,Ui=12,Uop-p=5mv,
则C=3636F
ＲL--整流滤波输出负载电阻
IL--整流滤波输出电流
IL=1.1Iomax=1.10.8=0.88A
滤波电容耐压Uc=
U2=1.41411=15.5v
故选择2只2200F/25v电容并联。
第四节直流稳压电源的制作
理论设计出的原理图,并不能直接应用于实际，还必须制出成品，这涉及到印制电路板的设计、制作，以及电路元件的安装、电路调试等的问题。
一、选择印制板
印制板有单面印制板、双面印制板和多层印制板。
所谓单面印制板，是指在厚度为1-2mm的绝缘基板上，一个表面敷有铜箔，通过印制和腐蚀的方法，在覆铜的一面制成印制电路。
实际中具体要使用哪一种印制电路板，可根据原理线路的复杂程度选择。
工程上通常用Tango3软件包绘制印制电路图。
二、合理布线
印制电路板上元器件的安置与布线是否合理，对电路性能的影响非常大。
安置与布线不合理，可能会引起电路中各处的信号相互耦合（电的、磁的、热的），使电路工作不稳定，轻则噪声明显增大，严重时会引起振荡，使电路不能正常工作。
所以一定要重视元器件的安置与布线工作，其一般原则如下:
1.根据电原理图中所有元器件的形状与电路板的面积，合理布置元器件
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