集成稳压电源的设计

河南质量工程职业学院 李 亮

集成稳压电源的设计

河南质量工程职业学院 李 亮

电子设备中都需要稳定的直流电源，功率较小的直流电源大多数都是将50HZ的交流电流经过整流滤波和稳压后获得的。

整流电路；滤波电路；稳压电路；LM317

引言

世界上集成电路的日益更新，新产品的层出不穷在掌握基本电子电路的原理主要特性以及电路之间的相互联系分配等基础知识以后就可以对已有的电子设备的电路进行分析，也可以根据要求通过阅读厂家提供的器件产品手册一最少量的集成电路芯片，设计出性能可靠、成本低廉的应用电子电路乃至构成某种功能完善的电子系统。

1.电路组成及工作原理

1.1总体电路组成

总体电路

总体电路所示，在LM317控制端增加了一个三极管，避免了常因电位器接触不良使输出电压升高而烧毁负载。在正常情况下，T1的基极电位为0，T1截止，对电路无影响；而当W1接触不良时，T1的基极电位上升，当升至0.7V时，T1导通，将LM317的调整端电压降低，输出电压也降低，从而对负载起到保护作用。

其接法如下：1，2脚之间为1.25V电压基准。为保证稳压器的输出性能，R1应小于240欧姆。改变R2阻值即可调整稳压电压值。D5，D6用于保护LM317。Uo=（1+R2/R1）×1.25。

1.2电路的原理

由变压器变压将220V的交流电压转变为交流26V，再经过整流、滤波得到比较平滑的支流电压为32V，再通过稳压电路稳压得到1.25—24V连续可调的直流电压。变压器它主要作用是将220V的电网电压降压，为稳压电源提供一个合适的交流低压。变压器的漏磁要小，还有磁屏蔽。变压器的初级之间有铜箔做成的接地屏蔽层，可滤除由电源线引入的高频干扰，在变压器初级接的C1、C2也是为了同一目的。

为了克服半波整流的缺点，常采用桥式整流电路， D1、D2、D3、D4四只整流 二极管接成电桥形式，故称为桥式整流。

设变压器二次电压U2=U2sinωt，波在U2的正半周，即a点为正，b点为负时，D1、D3承受正向电压而导通，此时有电流流过RL，电流路径为a→D1→RL→D3→b，此时D2、D4因反偏而截止，负载RL上得到一个半波电压，波形中的0～π段所示。若略去二极管的正向压降，则UO≈U2。

在U2的负半周，即a点为负b点为正时，D1、D3因反偏而截止，D2、D4正偏而导通，此时有电流流过RL，电流路径为b→D2→RL→D4→a。这时RL上得到π～2π段所示波形，若略去二极管的正向压降，UO≈-U2。

在交流电压U2的整个周期始终有同方向的电流流过负载电阻RL，故RL上得到单方向全波脉动的直流电压。可见，桥式整流电路输出电压为半波整流电路输出电压的两倍。桥式整流电路与半波整流电路相比较，其输出电压UO提高一倍，脉动成分减小了。

整流电路将交流电变为脉动直流电，但其中含有大量的交流成分（称为纹波电压）。应在整流电路的后面加接滤波电路，滤去交流成分。现以单相桥式整流电容滤波电路为例来说明。电容滤波电路如图所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容C。

设电容两端初始电压为零，并假定t=0时接通电路，U2为正半周，当U2由零上升时，D1、D3导 通，C被充电，同时电流经D1、D3向负载电阻供电。忽略二极管正向压降和变压器内阻，电容充电时间常数近似为零，因此Uo=Uc≈U2，在U2达到最大值时，UC也达到最大值，然后U2下降，此时，UC＞U2，D1、D3截止，电容C向负载电阻RL放电，由于放电时间常数τ=RC一般较大，电容电压Uc按指数规律缓慢下降，当下降到|U2|＞Uc时，D2、D4导通，电容C再次被充电，输出电压增大，以后重复上述充放电过程。其输出电压波形近似为一锯齿波直流电压。为了获得良好的滤波效果，一般取RLC≥（3-5）T/2，式中T为输入交流电压的周期。此时输出电压的平均值近似为UO≈1.2U2。

需要指出的是，当放电时间常数RLC增加时，二极管关断时间加长，导通角减小；反之，RLC减少时，导通角增加。显然。当RL很小，即IL很大时，电容滤波的效果不好，反之，当RL很大，即IL很小时，尽管C较小， RLC仍很大，电容滤波的效果也很好。所以电滤波适合输出电流较小的场合。

LM317的输出电压［也就是稳压电源的输出电压］U。为两个电压之和。即A、C两点之间的电压也就是加在R2上的电压UR2= IR2×R2，而IR2实际上是两路电流之和，一路是经R1流向R2的电流IR1，其大小为UR1/R1。因UR1为恒定电压1.25V，Rl是一个固定电阻，所以IR1是一个恒定的电流。另一路是LM317调整端流出的电流ID。尽管这祥.但总的来说ID的电流但是有一定规律的，即ID的平均值是50μA左右，最大值一般不超过100μA。而且在LM317稳定工作时，ID的值基本上是一个恒定的值。当由于某种原因引起ID变化相对较大时，LM317就不能稳定地工作。

调整端上的电容器C5用于旁路电阻R2上的纹波电压，这也就减小了输出电压中的纹波，改善了稳压电源的纹波抑制特性，特别是在高电压输出的情况，由于电阻R2的数值较大，因此，C5的作用更显著，对纹波的抑制作用会更好。C5的数值一般在10μF左右，超过这个数值，纹波抑制作用没有明显地改善，在焊接电容C5时，必须仔细排列布线，否则必引起集成稳压电源的自激。D5用于防止输入短路时C7上存储的电荷产生很大的电流反向流入稳压器使之损坏。D6用于防止输出短路时C5通过调整管放电而损坏稳压器。

2.稳压电源的安装调试

按图所示安装集成稳压电路，安装时注意以下几点：

（1）对电源变压器的绝缘电阻进行检测，。一般采用欧表测量一、二次绕组之间、个绕组与接地屏蔽层之间、以及绕组与铁心之间的绝缘电阻，其值不应小于1000MΩ，如果用万用表高电阻档检测，则其指示电子均应为无穷大。

（2）电源变压器的一次和二次绕组不能搞错，否则将会造成变压器损坏或电源故障。

（3）二极管的引脚和滤波电容器的极性不能接反，否则将会损坏元器件。

（4）三端稳压器的输入，输出和公共端一定要识别清楚，不能接错。特别是公共端不能开路，一旦开路，输出电压UO很可能接近输入电压UI，导致负载损坏。

（5）检查负载端不应该有短路现象。

由于集成直流稳压电源调整率都比较小，若要准确测量输出电压的变化量，则需采用多位数字式电压表其方法，UQ为基准电压，可由稳定度比较高的直流电源供给，调节UQ使之与集成直流稳压电源的输出电压UO值近似相等，然后用万用表直流电压小量程档（例如1V档）即可测出UO的变化量。

对电流调整率及输出电阻测量：电流调整率SI：是指输入电压不变而负载变化时，负载电流IO在规定的范围内变化而引起的输出电压的相对变化量，即SI=（ΔUO/UO） ×100%（2式）有时也定义为恒温条件下，负载电流变化10%时引起输出电压的变化量ΔUO，单位MV。SI或ΔUO越小，输出电压受负载电流的影响就越小。

输出电阻RO：就是稳压电源的内阻。当输入电压和温度不变时，因RL变化，导致负载电流变化了ΔUO，两者比值的绝对值称为输出电阻RO，即RO=-ΔUO/ΔIO（3式）其单位为欧姆，RO的大小反映支流电源带负载能力的大小，其值越小，负载能力越强。使UI为220并保持不变，分别测量负载电流为零和额定值时的输出电压，将对应的输出电压变化量ΔUO和负载电流变化量ΔIO代入式（2）（3），即可求得SI和RO。

［1］胡宴如主编.模拟电子技术［M］.北京高等教育出版社，2000.

［2］瞿安连编著.应用电子技术［M］.北京科学出版社，2003.

［3］毕满清主编.电子工艺实习教程［M］.国防工业出版社.

［4］王秀杰，张畴先主编.模拟集成电路应用［M］.西安工业大学出版社，1994.