直流稳压电源的研究与设计一.ppt

* 直流稳压电源的研究与设计 一、实验目的 1. 学会选择变压器、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主要性能参数及测试方法。 二、实验原理 电子设备一般都需要直流电源供电。这些直流电 除了少数直接利用干电池和直流发电机外，大多数是 采用把交流电（市电）转变为直流电的直流稳压电源。 直流稳压电源由电源变压器T、整流、滤波和稳压电路四部分组成，其原理框图如图1 所示。电网供给的交流电压u1(220V,50Hz) 经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压u2，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压u3，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压uI。但这样的直流输出电压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定。 图1 直流稳压电源框图 1、串联型稳压电源的基本原理 图2是由分立元件组成的串联型稳压电源的电路图。其整流部分为单相桥式整流、电容滤波电路。稳压部分为串联型稳压电路，它由调整元件（晶体管V1）；比较放大器V2、R7；取样电路R1、R2、RP，基准电压VD、R3和过流保护电路V3管及电阻R4、R5、R6等组成。整个稳压电路是一个具有电压串联负反馈的闭环系统，其稳压过程为：当电网电压波动或负载变动引起输出直流电压发生变化时，取样电路取出输出电压的一部分送入比较放大器，并与基准电压进行比较，产生的误差信号经T2放大后送至调整管V1的基极，使调整管改变其管压降，以补偿输出电压的变化，从而达到稳定输出电压的目的。 图2 分立元件组成的串联型稳压电源电路 图3 直流稳压电源基本电路 图3是由运放组成的串联型稳压电源的电路图，其工作原理同图2的工作原理类似。 可见，稳压过程实质上是一个闭环的电压负反馈过程。目前已广泛采用集成电路稳压器来完成稳压过程，使直流稳压电源的设计、安装和调试变得简单、易于实现。 2、集成稳压器 能够完成稳压功能的集成稳压器种类很多，根据调整管工作在线性放大区还是工作在开关状态，将其分为线性集成稳压器和开关集成稳压器。线性集成稳压器中，由于三端式稳压器只有三个引出端子，性能稳定、价格低廉等优点，因而得到广泛的应用。三端式稳压器有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器，另一种输出电压是可调的，称为可调三端稳压器。图 4是常用的三端稳压器示意图。 (a)CW7800系列；(b)CW7900系列 (a)CW117系列；(b)CW137系列 图 4常用的三端稳压器示意图 图5 电源电压性能指标测试电路 1．特性指标 （1）输入电压及其变化范围； （2）输出电压Uo及其输出电压调节范围Uomax ~ Uomix。 （3）额定输出电流Iomax（指电源正常工作时的最大输出 电流）以及过流保护值。 三、主要特性参数及测试方法 稳压电源的性能指标分为两种：一种是特性指标，另一种是质量指标。测试电路如图5所示。 2．质量指标 （1）稳压系数Sr负载电流Io和环境温度不变的情况下，输入电压的相对变化和输出电压的相对变化之比 （2）电流调整率SI （3）输出电阻Ro当电压和温度不变时，因RL变化,导致负载电流变化了△Io，相应的输出电压变化了△Uo，两者比值的绝对值为输出电阻Ro （4）温度系数ST （5）纹波电压和纹波抑制比 1、集成稳压器的选择 选择集成稳压器主要依据输出电压、负载电流等性能指标。集成稳压器的输出电压U0应予稳压电源要求的输出电压的大小及范围相同。稳压器的输出最大允许电流ICMIomax稳压器的输入电压UI，即为整流滤波的输出电压。UI太低则稳压器的性能将受到影响，甚至不能正常工作；UI太高则稳压器功耗增大，会导致电源效率下降。所以集成稳压器的选择原则是在满足稳压器的正常工作的前提下，UI越小越好，但UI最低必须保证输入、输出电压之差大于2~3V。 2、电源变压器的选择 通常根据变压器副边输出的功率P2来选择变压器。变压器副边电压有效值U2应根据UI来确定。 四、设计中器件的选择原则 3、整流二极管和滤波电容的选择 4．集成开关器设计、使用原则 （1）工作频率的确定 开关频率的选择对开关稳压电源的性能影响很大，频率升高，所需要的滤波电感L和电容C数值减少，从而体积和重量减少，成本降低。但开关频率升高，使开关调整管单位时间内转换次数增加，功耗增大，