1、192实验九 直流稳压电源的设计一实验目的1学习小功率直流稳压电源的设计与调试方法。2掌握小功率直流稳压电源有关参数的测试方法。二预习要求1根据直流稳压电源的技术指标要求，按照教材中介绍的方法，设计出满足技术指标要求的稳压电源。根据设计与计算的结果，写出设计报告。2制定出实验方案，选择实验用的仪器设备，三实验原理小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图1 所示。+ 电 源 + 整 流 + 滤 波 + 稳 压 +u1 u2 u3 uI U0_ 变压器 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _（a）稳压电源的组成框图u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0
2、t 0 t 0 t （b）整流与稳压过程图 1 稳压电源的组成框图及整流与稳压过程1931电源变压器 电源变压器的作用是将来自电网的 220V 交流电压 u1 变换为整流电路所需要的交流电压 u2。电源变压器的效率为： 12P其中： 是变压器副边的功率， 是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表2P11 所示：表 1 小型变压器的效率副边功率 2VA0VA30VA80VA20效率 0.6 0.7 0.8 0.85因此，当算出了副边功率 后，就可以根据上表算出原边功率 。2P1P2整流和滤波电路在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压 u2变换成脉动的直流电压
3、 u3。滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压 u3 中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压 UI。U I 与交流电压 u2 的有效值 U2 的关系为：2).1(I在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为： 2RM流过每只二极管的平均电流为：UID245.0其中：R 为整流滤波电路的负载电阻，它为电容 C 提供放电通路，放电时间常数 RC应满足： 2)53(TR其中：T = 20ms 是 50Hz 交流电压的周期。3稳压电路由于输入电压 u1 发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压 UI 会随着变化。因此，为了维持输出电压 UI 稳定不变，还需加一级稳压电
4、路。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等 优点。194集成稳压器的类型很多，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。（1） 固定电压输出稳压器常见的有 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。三端是指稳压电路只有输入、输出和接地三个接地端子。型号中最后两位数字表
5、示输出电压的稳定值，有5V、6V、9V、15V、18V 和 24V。稳压器使用时，要求输入电压 UI 与输出电压 Uo 的电压差 UI - Uo 2V。稳压器的静态电流 Io = 8mA。当 Uo = 5 18V 时，U I 的最大值 UImax= 35V；当 Uo=18 24V 时，U I 的最大值 UImax = 40V。它们的引脚功能及组成的典型稳压电路见附录图 A 所示。（2）可调式三端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；有输出负电压的 CW337 系列（LM337）三端稳压器。在可调式三端集成稳压器中
6、，稳压器的三个端是指输入端、输出端和调节端。稳压器输出电压的可调范围为 Uo=1.2 37V，最大输出电流 Iomax =1.5A。输入电压与输出电压差的允许范围为：UI -Uo = 3 40V。三端可调式集成稳压器的引脚及其应用电路见附录图 B。三稳压电源的设计方法：稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压 Uo、输出电流 Io、输出纹波电压 U op-p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。稳压电源的设计可以分为以下三个步骤：1） 根据稳压电源的输出电压 Uo、最大输出电流 Iomax，确定稳压器的型号及电路形式
7、。2） 根据稳压器的输入电压 ，确定电源变压器副边电压 u2 的有效值 U2；根据稳压I电源的最大输出电流 I0max，确定流过电源变压器副边的电流 I2 和电源变压器副边的功率 P2；根据 P2，从表 1 查出变压器的效率 ，从而确定电源变压器原边的功率 P1。然后根据所确定的参数，选择电源变压器。3） 确定整流二极管的正向平均电流 ID、整流二极管的最大反向电压 和滤波电容RMU195的电容值和耐压值。根据所确定的参数，选择整流二极管和滤波电容。设计举例：设计一个直流稳压电源，性能指标要求为：,80,93maxAIVUoo 纹波电压的有效值 稳压系数 5U310vS设计步骤：1）选择集成稳
8、压器，确定电路形式集成稳压器选用 CW317，其输出电压范围为： ，最大输出电流VUo72.为 1.5A。所确定的稳压电源电路如图 2 所示。 maxoID6 3 CW317 2 保险丝 D1 D4 1C R1 D5 u1 D2 D3 C1 Co Uo 220V u2 C2RW 图 2 输出电压可调的稳压电源图 2 中，取 C1 = 0.01F，C 2 =10F，C 0 = 1F，R 1 = 200，R W = 2k，二极管用 IN4001在图 2 电路中， 和 组成输出电压调节电路，输出电压 ，Rw )1(25.1Uwo取 ，流过 的电流为 。取 ，则由 ，1R401mA52401 /R可求
9、得： ， ，故取 为 的精密线绕电位器。 minw93maxwk2）选择电源变压器由于 CW317 的输入电压与输出电压差的最小值 ，输入电压与输出VoI3min电压差的最大值 ，故 CW317 的输入电压范围为：VUoI40axaxminminmax )()( oIoIo U即 V39I12， 取 Vin1mV12变压器副边电流： ，取 ，AIo8.0ax2I因此，变压器副边输出功率： WUP2196由于变压器的效率 ，所以变压器原边输入功率 ，为留有余7.0 WP1.721地，选用功率为 的变压器。W23）选用整流二极管和滤波电容由于： ， 。VURM1722AI8.0maxIN4001
10、的反向击穿电压 ，额定工作电流 ，故整流二极管RM50max01IID选用 IN4001。根据 ，300 ,12,9 vpI SV和公式 常 数常 数oITIvUS0可求得： VUvIpoI 2.1395.0所以，滤波电容：uFTItCIIc 360.2.58max0 电容的耐压要大于 ，故滤波电容 C 取容量为 ，耐压VU172470为 的电解电容。V25四稳压电源的安装与调试按图 3 所示安装集成稳压电路，然后从稳压器 D6的输入端加入直流电压 ，调节 RW，若 3 2VUI12输出电压也跟着发生变化，说明稳压电路工作正常。 CW317用万用表测量整流二极管的正、反向电阻，正 1 R1 D
11、5确判断出二极管的极性后，按图 4 所示先在变压器 UI C Uo 的副边接上额定电流为 1A 的保险丝，然后安装整 C1 Co流滤波电路。 安装时要注意，二极管和电解电容 C2 RW197的极性不要接反。经检查无误后，才将电源变压器与整流滤波电路连接，通电后，用示波器或万用表 图 3 稳压电路检查整流后输出电压 UI 的极性，若 UI 的极性为负，（其中：D 5、D 6 为 IN4001 型二极管，则说明整流电路没有接对，此时若接入稳压电路， C1 = 0.1F，C 2 =10F，C 0 =1F）就会损坏集成稳压器。因此确定 UI 的极性为正后，断开电源，按图 2 所示 D1 D4将整流滤波
12、电路与稳压电路连接起来。然后接通电源，调节 RW 的值，若输出 u1 D2 D3 C UI 电压满足设计指标，说明稳压电源中各 220V u2 级电路都能正常工作，此时就可以进行各项指标的测试。图 4 整流滤波电路五稳压电源各项性能指标的测试1输出电压与最大输出电流的测试测试电路如图 5 所示。一般情 自耦变压器 Io 电流表况下，稳压器正常工作时，其输出 被测 I电流 要小于最大输出电流 ， 220V 稳压 Uo V 电压表 RLoImaxoI取 ，可算出 RL=18， 电路 A.0工作时 上消耗的功率为：LWIUPo5.49故 取额定功率为 5W，阻值为 图 5 稳压电源性能指标的测试电路
13、R18 的电位器。测试时，先使 ，交流输入电压为 220V，用数字电压表测量的电压值就是18LUo。然后慢慢调小 ，直到 Uo 的值下降 5%，此时流经 的电流就是 ，记下LRmaxoI后，要马上调大 的值，以减小稳压器的功耗。maxIR2稳压系数的测量按图 5 所示连接电路， 在 时，测出稳压电源的输出电压 Uo。然后调节自V201耦变压器使输入电压 ，测出稳压电源对应的输出电压 Uo1 ；再调节自耦变压器41使输入电压 ，测出稳压电源的输出电压 Uo2。则稳压系数为：VU981198oov UUS211982403输出电阻的测量按图 5 所示连接电路，保持稳压电源的输入电压 ，在不接负载
14、RL 时测出V201开路电压 Uo1，此时 Io1=0，然后接上负载 RL，测出输出电压 Uo2 和输出电流 Io2，则输出电阻为： 2121oooIIU4纹波电压的测试用示波器观察 Uo 的峰峰值，（此时 Y 通道输入信号采用交流耦合 AC），测量 U op-p的值（约几 mV）。5纹波因数的测量用交流毫伏表测出稳压电源输出电压交流分量的有效值，用万用表（或数字万用表）的直流电压档测量稳压电源输出电压的直流分量。则纹波因数为： 输 出 电 压 的 直 流 分 量 效 值输 出 电 压 交 流 分 量 的 有六 实验内容：1设计一个输出电压连续可调的稳压电源，性能指标为：（1）输出电压 U0=
15、（ ）；最大输出电流V123mAI10ax（2）负载电流 mAI8（3）纹波电压 po5（4）稳压系数 310vS2按照教材中所介绍的方法，设计满足以上性能指标的稳压电源，计算出稳压电源中各元件的参数，安装和调试电路。3在保证电路正常工作后，测出稳压电源的性能参数 、 、 、 、min0Uax0maIvS、 和 。0RpoU七实验报告要求1991列出设计题目和技术指标要求。2列出设计步骤和电路中各参数的计算结果。3画出标有元件值的电路图。4列出性能指标的测试过程5整理实验数据，并与理论值进行比较。附录：1固定式三端稳压器的引脚图及典型应用电路CW78XX 1 CW78XX 3 CW79XX1
16、2 3 UI C1 2 Co Uo 1 2 3 UI C1 1 Co Uo2 CW79XX 3Ui 地 Uo 地 Ui Uo（a） CW78 系列的引脚图及应用电路 （b） CW79 系列的引脚图及应用电路（其中：C 1 = 0.33F,Co = 0.1F ，C 1、 （其中： C1 = 2.2F，C O = 1F）Co 采用漏电流小的钽电容）图 A 固定式三端稳压器的引脚图与应用电路说明：稳压器输入端的电容 C1 用来进一步消除纹波,此外，输出端的电容 Co 与 C1 起到了频率补偿的作用，能防止自激振荡，从而使电路稳定工作。2可调式三端稳压器的引脚图及其典型应用电路在图 B (a)中，R
17、1 与 Rw 组成输出电压 3 CW317 2 调节电路，输出电压 Uo1.25 (1 + Rw / R1 )， CW317 1 R1 D5R1 的值为 120 240，流经 R1 的泄放电 1 2 3 UI C1 Co Uo流为 5 10mA。R w 为精密可调电位器。电 RW C2容 可以进一步消除纹波，电容 C1 与 Co arj Uo Ui 1C还能起到相位补偿作用，以防止电路产生 （a） CW317 系列引脚图及应用电路自激振荡。电容 C2 与 Rw 并联组成滤波电 其中：C 1= 0.01F，C 2 =10F，C O =1F，路，电位器 Rw 两端的纹波电压通过电容 C2 R1 =200，R W =3k，D 5 用 IN4001旁路掉，以减小输出电压中的纹波。二极 RW管 D5 的作用是防止输出端与地短路时，因 CW337 C2 电容 C2 上的电压太大而损坏稳压器。 1 2 3 UI C1 Co Uo 1 R1 D5 200arj Uo UI 3 CW337 2 （b） CW317 系列引脚图及应用电路其中：C 1= 0.1F，C 2 =10F，C O =1F，R1=200，R W =3k，D 用 IN4001图 B 可调三端式集成稳压器
