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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。.
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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。 图3 直流稳压电源基本电路
(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 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。
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。 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。
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
四、设计中器件的选择原则 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ICM<Iomax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。
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，电源的效率降低，通常开关频率大于20Hz。 （2）电路元器件的选择 开关调整管应选取饱和压降UOES及穿透电流ICEO很小的功率管，要求开关的延时、上升、存储以及下降时间尽可能小，一般可选用ƒT≥10βƒ的高频功率管（ƒ为工作频率）。
五、设计举例 设计一集成直流稳压电源。指标要求： 设计步骤如下： 1、选可调三端稳压器CW317，构成如图6所示电路。 图6 稳压电源的实验电路
2、选择电源变压器 一般根据变压器的副边输出功率P2来选定变压器。 3、选择整流二极管及滤波电容 六、电路安装与调试 1、安装检查电路 按安装布线图安装电路，认真检查电路中各器件有无接错、漏接合接触不良等问题，特别应注意以下问题。 （1） 对电源变压器的绝缘电阻进行检测，以防止变压器漏电，危及人身和设备的安全。一般采用兆欧表测量一、二绕组之间，各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1000M，如果用万用表高电阻挡检测，则其指示电阻均应无穷大，
（2） 二极管的引脚和滤波电容器的极性不能接反， 否则将会损坏元件。 （3） 检查负载段不应该有短路现象。 （4） 集成稳压器的引脚要识别清楚，不能接错。特别是公共端不能开路，一旦开路，输出电压 很可能接近 ，导致负载损坏。 (5) 电源变压器的原、副边不能接错，否则将会造成变压器损坏或电源故障。 (6) 应在变压器的副边接入保险丝，其额定电流要略大于Ioman，以防电源输出端短路损害变压器或其它元件。
2、调整测试 直流稳压电源安装后的组成框图如图7所示。 图7 电源电压性能指标的测试电路 （1）空载测试 将图7种A点断开，接通220V交流电压，测量变压器副边交流电压值应满足设计要求。若偏高或偏低，则可通过改变变压器负边的抽头进行调整。然后检查变压器的温差，若变压器短期通电后温度明显升高，甚至发烫，则说明变压器质量
比较差，不能使用。这是由于一次绕组过少或铁心叠厚不够，致使变压器一次测空载电流过大而引起的。若变压器性能正常，则可进行下一步测试。将图7中的A点接通，B点断开，并接通220V，观察电路有无异常情况（如整流二极管是否发烫等），然后用万用表直流电压挡侧整流滤波电路输出的直流电压，其值应接近于1.4，否则应断开220V交流电压，检查电路，消除故障后进行通电测试。比较差，不能使用。这是由于一次绕组过少或铁心叠厚不够，致使变压器一次测空载电流过大而引起的。若变压器性能正常，则可进行下一步测试。将图7中的A点接通，B点断开，并接通220V，观察电路有无异常情况（如整流二极管是否发烫等），然后用万用表直流电压挡侧整流滤波电路输出的直流电压，其值应接近于1.4，否则应断开220V交流电压，检查电路，消除故障后进行通电测试。 B点电压正常后，应断开负载RL，接通B点，再接通220V交流电压，测量集成稳压器的电压U，其值应为设计值。若集成稳压电路采用三端固定输出集成稳压器，则UO应为集成稳压器的额定输出电压；若采用三端可调输出集成稳压器，则调节取样电路可变电阻时，U应跟随变化，且其变化范围应符合设计值。否则应切断电源进行检查，消除故障后再进行测试。最后检查稳压器输入、输出端之间的电压差,其值应大于最小电压差。
（2）加载调试测试 上述检查符合要求后，则稳压电路工作基本正常，此时可接上额定负载 RL并调节输出电压，使其为额定值（固定输出稳压器不需要调节），测量 U2、Ui、Uo的大小观察其是否符合设计值，并根据 Ui和Uo及负载电流核算集成稳压器电路的功耗是否小于规定值。然后用示波器观察B点和C点的纹波电压，若纹波电压过大，则应检查滤波电容是否接好，容量是否偏小或电解电容是否已失效。 七、设计任务 设计一个直流稳压电源，要求： 输入交流电压220V、50Hz； 输出电压4.5~6V； 输出电流Iomax小于20mA； 输出纹波电压小于100mA。
