直流稳压电源的设计安装调试参考资料.docx
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直流稳压电源的设计安装调试参考资料
第一章 直流稳压电源的设计、安装、调试
直流稳压电源是各种电子产品中不可缺少的一部分，它的质量直接关系到仪器的质量，因此掌握稳压电源的设计与制作，对以后的实际工作是很有意义的。
下面介绍小功率稳压电源的设计方法与制作过程。
直流稳压电源，顾名思义，即电源的输出为稳定的直流电压。
因此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。
现在，随着集成电路的发展，集成稳压器的种类越来越多，应用也越来越广泛，在许多场合我们都偏爱于用集成稳压器为核心加上一些外围元件来构成稳压单元。
用集成稳压器作稳压单元的电源叫做集成稳压电源，它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，因此具有良好的发展前景。
由于集成稳压器的出现，稳压电源的设计大为简化。
通过对本章内容的学习与实践，要求大家学会选择变压器、整流二极管（或整流桥）、滤波电容及集成稳压器等器件来设计直流稳压电源，掌握稳压电源的主要性能参数及测试方法，熟悉从理论设计到制作出成品的全过程。
第一节直流稳压电源
一直流稳压电源的结构与原理
不论用分立元件构成稳压器，还是用集成稳压器，一个完整的直流稳压电源分为变压、整流、滤波和稳压四个部分。
其框图及对应的特征波形如图1－1－1所示
变压是利用电源变压器将电网220V的交流电压U1变换成整流滤波电路所需要的交流电压U2。
当用11的变比来变压时，通常称为信号隔离。
整流是利用二极管的单向导电作用，构成单相半波、全波、桥式或倍压整流电路，或利用其它半导体器件，如SCR可控硅等，将双向的交流电压U2变成单向脉动直流电压。
滤波是利用电容、电感等储能元件的平波作用构成滤波电路滤除纹波，输出较平滑的直流电压U4。
稳压电路的作用是提高输出直流电压UO的带负载能力和稳定性，分立元件稳压电路和集成电路常采用串联负反馈式。
图1－1－2给出了一种较简单的电路。
RL是负载电阻，R1、R2是取样电阻，BG1、BG2组成差分式比较放大器，D提供比较放大器的基准电压，BG3是稳压器的调整管，当输出电压UO发生变化时，变化的量由差动放大器与基准电压进行比较，并将变化量送至调整管，此时，调整管的Uce3作相应的变化，从而使输出电压UO达到稳压效果。
设RL变动使U0升高，其稳压过程如下：
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1－1－3所示
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
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1－1－4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。
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。
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Ci可以进一步滤除纹波，输出端接电容C0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。
（c）79⨯⨯系列7的典型应用电路
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是它们的引脚功能及构成的典型稳压电路。
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。
1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。
⑴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
式中：
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。
⑵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。
⑶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
式中：
TA－工作的环境温度
TiM－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PM＜PCM。
⑷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。
⑸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。
2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。
⑴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。
⑵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。
⑶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。
⑷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。
⑸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。
型号
输出电压
输入电压
Ｕimax
Ｕimin
CW7805
5
10
35
7
CW7806
6
11
35
7
CW7809
9
14
35
11
CW7812
12
19
35
14
CW7815
15
23
35
18
CW7818
18
26
35
21
CW7824
24
33
40
27
第三节（集成）直流稳压电源设计
所谓设计就是
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