直流稳压电源09.05.25A.pps

1、多路輸出直流穩壓電源的設計長江大學電工電子實驗中心熊幫新2009.05.20多路输出直流稳压电源的设计多路输出直流稳压电源的设计学习目标：学会用集成稳压器或运算放大器构成直流稳压电源，掌握线性稳压电源的工程设计方法；学会用 ED A软件（Proteus）仿真稳压电源的工作状态；掌握稳压电源的安装、实验调试方法；研究提供电源质量指标的技术方案。多路輸出直流穩壓電源的設計長江大學電工電子實驗中心熊幫新2009.05.20一、设计任务与要求一、设计任务与要求 设计由集成稳压器或运算放大器构成的单路输入多路输出直流稳压电源；用 Proteus 软件绘制电原理图，并对所设计的电路进行仿真；实验测试电路的

2、性能指标。1.给定条件及具体要求 .输入交流电压:U=18V 10%(单路).输出直流电压:Uo1=15V,Uo2=1.55V（连续可调）Uo3=-6V,其中 Uo1独立输出，Uo2和 Uo3共地输出。.输出电流:I o1=500m A,I o2=100m A,I o3=-100m A.主要元器件：三端稳压器 7815、7812、LM 317，运算放大器 LM 324(单电源、四运放)，UA741（双电源、单运放）。大功率三极管;TI P41C(N O N),TI P42(PN P),负载电阻：100/1W。2.性能指标：.稳压系数：Su=(Uo/Uo)/(UI/UI)0.05 .具有电流过载

3、保护。多路輸出直流穩壓電源的設計長江大學電工電子實驗中心熊幫新2009.05.20二、课题分析及设计思路二、课题分析及设计思路 该课题的特点是只有一路交流输入，通过整流滤波后利用集成稳压该课题的特点是只有一路交流输入，通过整流滤波后利用集成稳压器可获得单路电压输出。其方案可直接用三端稳压器器可获得单路电压输出。其方案可直接用三端稳压器 78157815 如图如图 1 1，也可，也可以用以用 78127812、LM317LM317 实现可调输出如图实现可调输出如图 2 2 所示。所示。对于图对于图 2 2，其输出电压为，其输出电压为 Uo=U32(1+R2/R1)Uo=U32(1+R2/R1)课

4、题要求课题要求 Uo2Uo2 和和 Uo3Uo3 共地输出，通常只须将两电源串联即可，如图共地输出，通常只须将两电源串联即可，如图 3 3所示。但用三端稳压器构成的电源不能直接这样应用，因为它需要两路输所示。但用三端稳压器构成的电源不能直接这样应用，因为它需要两路输入的交流电源。图入的交流电源。图 4 4 是用三端稳压器构成的正负电源方案。是用三端稳压器构成的正负电源方案。由于课题给定一路交流输入，当负载接入（或不同），其电源要流经由于课题给定一路交流输入，当负载接入（或不同），其电源要流经稳压器基准回路，从而使输出电压不稳。解决问题的关键要将负载地与稳稳压器基准回路，从而使输出电压不稳。解决

5、问题的关键要将负载地与稳压器的地分离，并为各负载提供电流通路。电位分离技术可利用集成运放压器的地分离，并为各负载提供电流通路。电位分离技术可利用集成运放的虚短特性，将其接成电压跟随器即可。但由于运放输出电流有限，需要的虚短特性，将其接成电压跟随器即可。但由于运放输出电流有限，需要加电流扩展电路，图加电流扩展电路，图 5 5 是实现该思路的一种方案。是实现该思路的一种方案。多路輸出直流穩壓電源的設計長江大學電工電子實驗中心熊幫新2009.05.20在图 4的基础上，用 6V稳压二极管代替 7905后可作为图 5的基准源（见图 6）。但其电压稳定性还将受可调电源的影响。为了使输出电压有更好的稳压性

6、能，可将 Uo2和 Uo3的基准分离，稳压管采用恒流供电，如图 7所示。多路輸出直流穩壓電源的設計長江大學電工電子實驗中心熊幫新2009.05.20三、单元电路设计及元器件选择三、单元电路设计及元器件选择1.AC/D C变换器设计 AC/D C变换器是将交流 220V电压经变压器降压为所需的低压 U2，再经整流、滤波后成为稳压器的直流输入电压。电路如图 8所示。图中输出直流电压 UI 与交流电压 U2的有效值 U2之间的关系为 UI=（1.1-1.2）U2。电源变压器通常根据副边输出功率 P2来选择，一般通过选取 U2 UI m i n/1.1，I 2 I om ax 来确定。整流二极管应根据

7、其反向击穿电压 URM U2m，平均电流 I F I om ax 来选择。滤波电容可由下式估算：C=I ct/UI 式中，t 为电容 C的放电时间（t=T/2=0.01s），I c 为电容 C放电电流，可取 I c=I om ax，滤波电容 C的耐压值应大于 U2m。UI 为稳压器输入端的变化量，可由稳压系数 Su求得：UI=UoUI/UoSu 多路輸出直流穩壓電源的設計長江大學電工電子實驗中心熊幫新2009.05.20 （1）选电源变压器对于 LM 317：Vom ax+(Vi-Vo)m i n Vi Vom i n+(Vi-Vo)m ax 6V+3V Vi 3V+40V，9V Vi 43V

8、 副边电压 V2 Vi m i n/1.1=9/1.1V，取 V2=9V，副边电流 I 2I om ax，取 I 2=1A，则变压器副边输出功率 P2 I 2V2=9W，查表可得变压器的效率 =0.6 则原边输入功率 P1 P2/=15W。对于 78、79系列：15+(35)V Vi 15V+35V 副边电压 V2 Vi m i n/1.1=18/1.1V，取 V2=17V，副边电流 I 2I om ax，取 I 2=1A，则变压器副边输出功率 P2 I 2*V2=17W，查表可得变压器的效率 =0.7 P1 P2/=24W 综上两路考虑，为留有余地，选功率为 30W 的电源变压器多路輸出直流

9、穩壓電源的設計長江大學電工電子實驗中心熊幫新2009.05.20（2）滤波电容的选择滤波电容 C可由纹波电压 VO P-P和稳压系数 SV确定已知 VO=15V，Vi=18V，VO P-P=5m V，SV 5 10，由式 Sv=(Vo/Vo)/(Vi/Vi)Vi=VoppVi/VoSv=1.2V得电容 C=I ct/Vi=833uF取 C=1000uFt 为电容 C的放电时间，t=T/2=0.05S 为电容 C的放电电流，可取滤波电容的耐压值应大于同理对于 317，C=1333uF，可取 1000uF 与 470uF 并联耐压值大于 2V2=9 1.414=12.75V4.选择整流二极管及滤波

10、电容整流二极管 D选 1N 4001或 1N 4002 其极限参数为:VRM 50V，I F=1A 满足 VRM 2V2 I F I om ax 的条件如果负载变动频繁，在 7815输出也可接-10 100 的电解容 多路輸出直流穩壓電源的設計長江大學電工電子實驗中心熊幫新2009.05.202.D C/D C变换器（稳压电路）设计 一般稳压电路通常选用三端集成稳压器，常用的产品有固定正电压输出 78XX系列，负电压输出 79XX系列；输出连续可调的有 LM 317(正)、LM 337(负)系列。应用该类稳压器时，其输入 UI 与输出电压 Uo之间的压差不低于 3 5V。LM 317、LM 3

11、37的最小输出电压 U32=1.25V，R1中的电流一般为 5 10m A，R1的取值可取 120 240。其封装见图 9.若采用图 7和图 5实现正负电源时，LM 317的输入电压应大于 Uo2+Uo3+3=5+6+3=14V,集成运放应选用单电源运放如 LM 324,6V基准电源可采用温度特性好的稳压管，恒流源的设计要使 Uo2在整个调节范围内，其电流保持不变，因此利用+15V稳压器的输出作为恒流管的偏置和电源。在图 7中，设恒流源的电流 I c=I w，则 Uo2的最大调节范围为 Uo2=I w R2=Uo2-1.25选定稳压管工作电流 I w后就可以确定 R2的值。而 I w可由偏置电

12、阻 R3设定。多路輸出直流穩壓電源的設計長江大學電工電子實驗中心熊幫新2009.05.20 在图 5中，Q 3、Q 4和 RI 构成限流保护电路。取样电阻 RI 可由 Ube/1.2I om ax=R来确定。可取 Ube=0.5V作为限流保护电路的初始值。功放管 Q 1、Q 2的选择按照功率放大器的设计原则进行。即功放管的最大功率 PCM0.2Pom，最大电流 I CM I om ax。管子 的选择应使运放有足够的驱动能力。即 I om ax/I oh，式中 I oh为运放的额定输出电流。本课题给定的功放管 TI P41C(N PN)、TI P42C(PN P)，其相关参数如下：30，I CM

13、=6A,PCM=2W(如加散热片 PCM=65W),VCEO=100V。功率放大器的偏置电阻 R3的选择对电源的稳定性有重要影响，当 Uo2在最低电压输出，且为 RL2提供最大电流 I om ax 时，R3的电压为 UR3=Uo2m i n-Ube-URI=1.5-0.7-0.5=0.3V,因此，R3的选择应有足够的电流保证 Q 1的驱动和 D 2的正常偏置，即：R3 UR3m i n/(I B3+I D 2);但在 Uo2m ax 最大时，I D 2将过大。为保证 I D 2不受 Uo2影响，可将 R3、Q 1接入+15V。为了提高电源的稳定性，运放的电源最好也采用+15V的稳压电源供电。L

14、M 317中 R1和 RW 的选取：为保证稳压器空载时也能正常工作，要求流过 R1的电流不能太小，一般可取 I R1=5 10m A，故 R=VREF/I R1=120240取 R1=240，输出电压 Vo=1.25(1+Rw/R1)，因最大输出电压为 6V，所以 RW 取 1K 可调即可，电路中 Ci 的作用，抵消线路的电感效应，防止自激 一般为 0.1uF0.33uF.CO的作用,滤除输出端的高频信号,改善负载的瞬态响应一般为 0.1uF-1uF多路輸出直流穩壓電源的設計長江大學電工電子實驗中心熊幫新2009.05.20四、电路仿真四、电路仿真 用 Proteus 软件绘制电源理图，并对所

15、设计的电路进行仿真，模拟电路的实际工作状态。通过仿真测试，了解所设计的电路是否满足各项性能指标要求。仿真内容主要有以下几个方面：1.测试主要元器件的静态电流和电压；2.测试 Uo2和 Uo3额定(Uo2=5V;Uo6=-6V)时的稳压系数 Su（RL=100）;3.测试 Uo2和 Uo3的限流（RL=50）;4.仿真分析整流电路的输入、输出波形及电源的输出纹波。电路通过仿真后，确定实验前的元件参数。多路輸出直流穩壓電源的設計長江大學電工電子實驗中心熊幫新2009.05.20五、调试步骤五、调试步骤 1.电源电路由于元件少，线路简单，所以应力求保证连线正确 (1)整流桥，要分清交流输入端和直流输

16、出，否则会引起变压器短路。(2)三端稳压器要检查三个脚不能接错。78系列和 790系列 1，2脚连线刚好相反，切忌弄错。(3)滤波电解电容一定要分清正负极性，否则会产生爆炸。一般是正端接高电位，负载接低电位。2.接通电源后，首先静态几分钟，如无异常，无怪味，方可进入正常测试。否则应断开 220V电源，排除故障。3.电路无故障，测量相应点波形，一般为变压器输出或整流桥输入交流波形及大小，整流滤波输出或稳压器 输入波形及电压大小，最后输出电压大小及纹波电压大小，测量时在额载荷下进行，速度要快。4.若要观察滤波电容变化对输出影响，可在断开电源后更换.5.如果负载变动频繁，在各输出也可接-个 10 100 的电解容 多路輸出直流穩壓電源的設計長江大學電工電子實驗中心熊幫新2009.05.20六、测试内容六、测试内容 1.1.变压器交流电压的测量变压器交流电压的测量(单独测量单独测量)1)测量 21-22的电压 V12。2)测量 22-23的电压 V23。3)测量 31-32的电压 V32。2.整流滤波电路测试(用第三绕组 8V)1)取 RL 100 ，不加滤波电容，测量直流输出电压 VL 及纹