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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、__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其中
(1)电源变压器是降压变压器,他将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压,并送给整流电路,变压器的变化由变压器的副边变压确定
(2)整流电路利用单向导电元件,把50HZ的正弦交流电变换成脉动的直流电
(3)滤波电路可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除,从而得到比较平滑的直流电压
(4)稳压电路稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定,不随交流电网电压和负载的变化而变化整流电路常采用二极管单项全波整流电路,电路如图2所示在U2的正半周内,二极管D
1、D2导通,D
3、D4截止U2的负半周内D3D4导通,D1D2截止正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL,且方向是一致的电路图的输出波形如图3所示
三、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)根据设计所需要的性能指标,选择集成三端稳压器因为需要输出电压可调,所以选择三端可调式集成稳压器可调式集成稳压器,常见主要有__
317、__
337、LM
317、LM337317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
1.2V~37V,最大输出电流为
1.5A稳压内部含有过流、过流保护电路,具有安全可靠,性能优良不宜损坏使用方便等优点其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源LM317系列和LM337系列的引脚功能相同,管脚图和典型电路图如图4和图5所示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电流调整率:输出电流从0变到最大值IL__x时所产生的输出电压相对变化值即输出电阻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.元件选择
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、电流及功率所以我们取I1为
1.1A.,变压器副边功率变压器的效率=
0.7,则原边功率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=滤波电容F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,即所以稳压器承受的最大压差为最大功耗为故选用散热功率≥
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VD
2.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C
4.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
五、主要元件明细图元件代号名称规格及参数要求CT—H电源插头S电源开关T电源变压器VD1~VD4整流二极管2CZ54BC1电解电容FU直流保险丝
0.5A六电路__与指标测试
1.__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.__稳压电路部分集成稳压器要__适当散热器根据散热器__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:
①UI为最高值电网电压为242VU0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.
②UI为最低值电网电压为198VU0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.、此电路的误差分析综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差因素有:
①测得输出电流时接触点之间的微小电阻造成的误差;
②电流表内阻串入回路造成的误差;
③示波器万用表本身的准确度而造成的系统误差;可以通过以下的方法去改进此电路:
①减小接触点的微小电阻;
②根据电流表的内阻对测量结果可以进行修正;
③采用更高精确度的仪器去检测;
八、对此电路的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集成直流稳压电源电路;稳流部分采用了LM317可调式三端稳压电源管通过LM317来实现了电路中的稳流部分.本次设计在电压调整器的电路中采用了适当的联接方法可以实现电压”零”伏起调;测试方法与过程也比较充分同时也实现了电压的可调.同时我们在设计此电路的时候也付出了不少虽然电路不是很完善我们已经尽力的去把它给做好了;图2整流电路图3输出波形图PAGE1。