设计一集成直流稳压电源

Question

1. 连续可调；2. 输出电流 ；3. 纹波电压： ；4. 电压调整率： ；5. 电流调整率： ；

Answer 1

集成直流稳压电源的设计
一、设计要求
电源变压器只做理论设计，合理选择集成稳压器，合理设置保护电路，完成全电路理论设计、安装调试、绘制电路图，自制印刷板。
主要技术指标
1、同时输出±15V电压、输出电流为2A。
2、输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于5×10-3；输出内阻小于0.1Ω。
3、加输出保护电路，最大输出电流不超过2A。
二、基本原理
1． 直流稳压电源的基本原理
直流稳压电源一般由电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如图1所示。各部分电路的作用如下：

图1 直流稳压电源基本组成框图
（1） 电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压ui。
（2）整流滤波电路
整流电路将交流电压ui 变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除纹波，输出直流电压Ui。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波、倍压整流滤波电路如图

（b）桥式整流电容滤波电路
各滤波电容C满足：RL1C=（3~5）T/2
式中T为输入交流信号周期；RL1为整流滤波电路的等效负载电阻。
（3） 三端集成稳压器
常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器（均属电压串联型），下面分别介绍其典型应用。
① 固定三端稳集成压器
正压系列：78XX系列，该系列稳压块有过流、过热和调整管安全工作区保护，以防过载而损坏。一般不需要外接元件即可工作，有时为改善性能也加少量元件。78XX系列又分三个子系列，即78XX、78MXX和78LXX。其差别只在输出电流和外形，78XX输出电流为1.5A，78MXX输出电流为0.5A，78LXX输出电流为0.1A。
负压系列：79XX系列与78XX系列相比，除了输出电压极性、引脚定义不同外，其他特点都相同。
② 可调式三端集成稳压器
正压系列：W317系列稳压块能在输出电压为1.25V~37V的范围内连续可调，外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内有过流、过热和安全工作区保护。最大输出电流为1.5A。
其典型电路如图7-2-4所示。其中电阻R1与电位器RP组成电压输出调节电器，输出电压U0的表达式为：
U0≈1.25(1+RP/R1)
式中，R1一般取值为（120~240Ω），输出端与调整压差为稳压器的基准电压（典型值为1.25V）。所以流经电阻R1的泄放电流为5~10mA/。
负压系列：W337系列，与W317系列相比，除了输出电压极性、引脚定义不同外，其他特点都相同。

图7-2-4 可调式三端稳压器的典型应用
2． 稳压电源的性能指标及测试方法
稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标。包括允许的输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标。用来衡量输出直流电压的稳定程度。包括稳压系数（或电压调整率）、输出电阻（或电流调整率）、温度系数及纹波电压等。测试电路如图7-2-6所示，可简述如下：

图7-2-6 稳压电源性能指标测试电路
⑴ 波电压
纹波电压是指叠加在输出电压U0上的交流分量。用示波器观测其峰-峰值。△Uopp一般为毫伏量级。也可以用交流电压表测量其有效值。但因△U0不是正弦波，所以用有效值衡量其纹波电压，存在一定误差。
⑵稳压系数及电压调整率
稳压系数：在负载电流、环境温度不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化。
电压调整率:输入电压相对变化±10%时的输出电压相对变化量,即
Ku=△U0/U0
稳压系数Su和电压调整率Ku均说明输入电压相对变化对输出电压的影响,因此只需测试其中之一即可.
⑶输出电阻及电流调整率
输出电阻：放大器的输出电阻相同,其值为当输入电压不变时,输出电压变化量与输出电流变化量之比的绝对值,即
ro＝|△U0|/|I0|
电流调整率:输出电流从0变到最大值ILmax时所产生的输出电压相对变化值,即
Ki=△U0/U0
输出电阻r0和电流调整率Ki均说明负载电流变化对输出电压的影响,因此也只需测试其中之一即可.
四.设计指导
直流稳压电源的一般设计思路为:由输出电压U0、电流I0确定稳压电路形式,通过计算极限参数(电压、电流和功率)选择器件;有稳压电路所要求的直流电压(Ui)、直流电流(Ii)输入确定整流滤波电路形式,选择整流二极管及滤波电容并确定变压器的副边电压Ui的有效值、电流Ii(有效值)即变压器功率.最后由电路的最大功耗工作条件确定稳压器、扩流功率管的散热措施.
下图为集成稳压电源的典型电路.其主要器件有变压器Tr、整流二极管VD1～VD4、滤波电容C、集成稳压器及测试用的负载电阻RL.

图7-2-7 集成稳压电源的典型电路

下面介绍这些器件的一般原则.
1.集成稳压器
稳压电路输入电压Ui的确定：
为保证稳压器在电网量低时仍处于稳压状态,要求
UI≥Uomax +(UI-U0)min
式中(UI-U0)min 是稳压器的最小输入输出压差,典型值为3V.按一般电源指标的要求,当输入交流电压220V变化±10%时,电源应稳压.所以稳压电路的最低输入电压
U1min≈[Uomax+(UI-U0)min]/0.9.
另一方面，为保证稳压器安全工作，要求 UI≤Uomin +(UI-U0)max 式中(UI-U0)max是稳压器允许的最大输入输出压差,典型值为35V.
2.电源变压器
确定整流滤波电路形式后,由稳压器要求的最低输入直流电压Uimin计算出变压器的副边电压Ui 、副边电流Ii.
五.按指标设计电路图

1. 器件选择
电路参数计算如下:
⑴确定稳压电路的最低输入直流电压Uimin
Uimin≈[Uomax+(Ui-U0)min]/0.9
代入各指标,计算得:
Uimin≥(15+3)/0.9=20V
取值为20V.
⑵确定电源变压器副边电压、电流及功率
Ui≥Uomax/1.1. I1≥Iimax
所以我们取I1为1.1A.UI≥20/1.1=18.2V ，变压器副边功率P2≥20W
变压器的效率 =0.7，则原边功率P1≥28.6W.由上分析,可选购副边电压为19V,输出1.1A,功率30W的变压器.
⑶选整流二极管及滤波电容
因电路形式为桥式整流电容滤波，通过每个整流哦极管的反峰电压和工作电流求出滤波电容值。已知整流二极管1N5401 ,其极限参数为URM=50V,ID=5A.
滤波电容：C1≈(3～5)T×Iimax/2U1min=(1650～2750)μF
故取2只2200μF/25V的电解电容作滤波电容。
2.压电源功耗估算
当输入交流电压增加10%时，稳压器输入直流电压最大，即
Uimax=1.1×1.1×19=22.99V
所以稳压器承受的最大压差为：22.99-5≈18V
最大功耗为：Uimax×Iimax=18×1.1=19.8W
故选用散热功率≥19.8W的散热器.
3.其他措施
如果集成稳压器离滤波电容C1较远时，应在W317靠近输入端处接上一只0.33μF的旁电路C2。接在调整端和地之间的电容C3，是用来旁电路电位器RP两端的纹波电压。当C3的电容电量为10μF时，纹波抑制比可提高20dB,减到原来的1/10.另一方面,由于在电路中接了电容C3,此时一旦输入端或输出端发生短路,C3中储存的电荷会通过稳压器内部的调整管和基准放大管而损坏稳压器.为了防止在这种情况下C3的放电电流通过稳压器,在R1两端并接一只二极管VD2.
W317集成稳压器在没有容性负载的情况下可以稳定的工作.但当输出端有500～5000pF的容性负载时,就容易发生自激.为了抑制自激,在输出端接一只1μF钽电容或25μF的铝电解电容C4.该电容还可以改善电源的瞬态响应.但是接上该电容后,集成稳压器的输入端一旦发生短路.C4将对稳压器的输出端放电,其放电电流可能损坏稳压器,故在稳压器的输入与输出端之间,接一只保护二极管VD1。
六.电路安装与指标测试
1.安装整流滤波电路
首先应在变压器的副边接入保险丝FU,以防电源输出端短路损坏变压器或其他器件,整流滤波电路主要检查整流二极管是否接反,否则会损坏变压器.检查无误后,通电测试(可用调压器逐渐将入交流电压升到220V),用滑线变阻器作等效负载,用示波器观察输出是否正常.
2.安装稳压电路部分
集成稳压器要安装适当散热器,根据散热器安装的位置决定是否需要集成稳压器与散热器之间绝缘,输入端加直流电压UI(可用直流电源作输入,也可用调试好的整流滤波电路作输入),滑线变阻器作等效负载,调节电位器RP,输出电压应随之变化,说明稳压电路正常工作.注意检查在额定负载电流下稳压器的发热情况.
3.总装及指标测试
将整流滤波电路与稳压电路相连接并接上等效负载,测量下列各值是否满足要求:
① UI为最高值(电网电压为242V), U0为最小值(此例为+5V),测稳压器输入、输出端压差是否小于额定值,并检查散热器的温升是否满足要求(此时应使输出电流为最大负载电流).
② UI为最低值(电网电压为198V), U0为最大值(此例为+15V)测稳压器输输出端压差是否大于3V,并检查输出稳压情况.
如果上述结果符合设计要求,便可按照前面介绍的测试方法,进行质量指标测试.
七、综合总结
通过本次设计,让我们更进一步的了解到直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标.也让我们认识到在此次设计电路中所存在的问题;而通过不断的努力去解决这些问题.在解决设计问题的同时自己也在其中有所收获.我们这次设计的这个直流稳压电源电路;采用了电压调整管(uA723)外加调整管(2SC3280)来实现电压的调整部分;还通过单片机(89C51)来实现电路的控制,也实现了扩充多功能;而稳流部分可调式三端稳压电源管来实现。
八、参考文献资料
◆<<电子线路基础>>,华东师范大学物理系万嘉若,林康运等编著,高等教育出版社.。
◆<<电子技术基础>>,华中工学院电子学教研室编,康华光主编,高等教育出版社。
◆<<电子线路设计>>,(第二版)华中科技大学谢自美主编,华中科技大学出版社。
图可能出不来，自己另外在百度上搜图。（我也是网上找的，修改了一下）

Answer 2

模电课程设计 ------集成直流稳压电源的设计一、设计目的： 通过集成直流稳压电源的设计，要求学会：1. 选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源；2. 掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测试方法。 二、设计要求 1. 电源变压器只做理论设计。2. 合理选择集成稳压器及扩流三极管。3. 保护电路拟采用限流型。4. 完成全电路理论设计、绘制电路图。5. 撰写设计报告。 三、设计原理 直流稳压电源一般由电源变压器T，整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如所示。各部分的作用如下： 1. 电源变压器电源变压器T的作用是将电网220V的交流电变换为整流滤波电路所需要的交流电压ui。变压器副边与原边的功率比为 2. 整流滤波电路整流电路将交流电压ui变换成脉动的直流电压。再经过滤波电路滤除纹波，输出直流电压Ui。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波、倍压整流滤波等。各滤波电容C满足：T为交流信号的周期；RL1为整流滤波电路的等效负载电阻。 3. 三端集成稳压器常用的集成稳压器有固定的三端稳压器与可调式的三端稳压器（均属于电压串联型）。固定三端集成稳压器：正压系列：78XX系列，输出电流为1.5A；78MXX系列为0.5A；78LXX系列为0.1A；负压系列：79XX系列通用电路：可调式三端集成稳压器：正压系列：W317系列：输出电压1.25~37V。最大输出电流为1.5A。负压系列：W337系列 通用电路：其中，电阻R1与电位器RP组成电压输出调节电路，输出的电压Uo的表达式为式中，R1一般取（120~240欧），输出端与调节压差为稳压器的基准电压（典型值为1.25V），所以流经电阻R1的泄放电流为5-10mA。 四、稳压电源指标与的性能测试方法 稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许的输入电压、输出电压、输出电流及输出电流调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数（或电压调整率）、输出电阻（或电流调整率）、温度系数及纹波电压等。1. 纹波电压：纹波电压是指叠加在输出电压Uo上的交流分量。用示波器观测其峰峰值，一般为毫伏量级。2. 稳压系数及电压调整率：稳压系数指的是在负载电流，环境温度不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化，即电压调整率指的是输入电压相对变化为±10%时的输出电压相对变化量，即 3. 输出电阻与电流调整率输出电阻指的是当输入电压不变时，输出电压变化量与输出电流变化量之比的绝对值。电流调整率指的是输出电流从0变化到最大值ILmax时所产生的输出电压相对变化值。五、设计指导 直流稳压电源的一般设计思路为：1. 由输出电压Uo、电流Io确定稳压电路形式；2. 通过计算极限参数（电压、电流、功耗）选择器件；3. 由稳压电路所要求的直流电压Ui、直流电流Ii输入确定整流滤波电路形式，选择整流二极管及滤波电容并确定变压器的副边电压Ui的有效值、电流Ii及变压器功率；4. 最后，由电路的最大功耗工作条件下确定稳压器、扩流功率管的散热措施。 重要器件的选择原则：稳压电路输入电压Ui的确定：为保证稳压器在电网电压低时仍处于稳压状态，要求其中 是稳压器的最小输入输出压差，典型值为3V。按一般电源指标的要求，党输入交流电压220V变化10%时，电源应稳压。所以稳压电路的最低输入电压为另一方面，为保证稳压器安全工作，要求 其中 是稳压器允许的最大输入输出压差，典型值为35V。电源变压器确定整流滤波电路形式后，由稳压器要求的最低输入直流电压Uimin计算出变压器的副边电压Ui和副边电流Ii。
六、★★★课程设计题目★★★ 设计一集成直流稳压电源性能指标要求：1. 连续可调；2. 输出电流 ；3. 纹波电压： ；4. 电压调整率： ；5. 电流调整率： ；提示：桥式整流电路；稳压器件W317；二极管IN5401；电解电容：2200uF/25V 思考：另外，如果要使 ，该如何设计？（集成稳压器的电流扩展）设计报告要求：1. 设计任务；2. 电路理论设计；3. 绘制电路图；4. 元器件的选择（可根据计算结果给出目标需求即可，但实际上并不能保证有相关器件存在，如果你能正确的给出合适的存在的器件更好）；5. 功耗估算；6. 安装与调试（由于属于设计期，并没有电路可安装或调试。但请根据你对于电路测试的理解来简单说说该如何安排安装次序以及测试规则）； 7. （非必要）其他保护/优化措施； 注意：1. 参数的计算需要计算过程；2. 报告A4纸质打印，请写上学号、班级、并签上你的大名。