集成穩(wěn)壓電源的設(shè)計

河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院 李 亮

集成穩(wěn)壓電源的設(shè)計

河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院 李 亮

電子設(shè)備中都需要穩(wěn)定的直流電源，功率較小的直流電源大多數(shù)都是將50HZ的交流電流經(jīng)過整流濾波和穩(wěn)壓后獲得的。

整流電路；濾波電路；穩(wěn)壓電路；LM317

引言

世界上集成電路的日益更新，新產(chǎn)品的層出不窮在掌握基本電子電路的原理主要特性以及電路之間的相互聯(lián)系分配等基礎(chǔ)知識以后就可以對已有的電子設(shè)備的電路進(jìn)行分析，也可以根據(jù)要求通過閱讀廠家提供的器件產(chǎn)品手冊一最少量的集成電路芯片，設(shè)計出性能可靠、成本低廉的應(yīng)用電子電路乃至構(gòu)成某種功能完善的電子系統(tǒng)。

1.電路組成及工作原理

1.1總體電路組成

總體電路

總體電路所示，在LM317控制端增加了一個三極管，避免了常因電位器接觸不良使輸出電壓升高而燒毀負(fù)載。在正常情況下，T1的基極電位為0，T1截止，對電路無影響；而當(dāng)W1接觸不良時，T1的基極電位上升，當(dāng)升至0.7V時，T1導(dǎo)通，將LM317的調(diào)整端電壓降低，輸出電壓也降低，從而對負(fù)載起到保護(hù)作用。

其接法如下：1，2腳之間為1.25V電壓基準(zhǔn)。為保證穩(wěn)壓器的輸出性能，R1應(yīng)小于240歐姆。改變R2阻值即可調(diào)整穩(wěn)壓電壓值。D5，D6用于保護(hù)LM317。Uo=（1+R2/R1）×1.25。

1.2電路的原理

由變壓器變壓將220V的交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣?6V，再經(jīng)過整流、濾波得到比較平滑的支流電壓為32V，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓得到1.25—24V連續(xù)可調(diào)的直流電壓。變壓器它主要作用是將220V的電網(wǎng)電壓降壓，為穩(wěn)壓電源提供一個合適的交流低壓。變壓器的漏磁要小，還有磁屏蔽。變壓器的初級之間有銅箔做成的接地屏蔽層，可濾除由電源線引入的高頻干擾，在變壓器初級接的C1、C2也是為了同一目的。

為了克服半波整流的缺點，常采用橋式整流電路， D1、D2、D3、D4四只整流 二極管接成電橋形式，故稱為橋式整流。

設(shè)變壓器二次電壓U2=U2sinωt，波在U2的正半周，即a點為正，b點為負(fù)時，D1、D3承受正向電壓而導(dǎo)通，此時有電流流過RL，電流路徑為a→D1→RL→D3→b，此時D2、D4因反偏而截止，負(fù)載RL上得到一個半波電壓，波形中的0～π段所示。若略去二極管的正向壓降，則UO≈U2。

在U2的負(fù)半周，即a點為負(fù)b點為正時，D1、D3因反偏而截止，D2、D4正偏而導(dǎo)通，此時有電流流過RL，電流路徑為b→D2→RL→D4→a。這時RL上得到π～2π段所示波形，若略去二極管的正向壓降，UO≈-U2。

在交流電壓U2的整個周期始終有同方向的電流流過負(fù)載電阻RL，故RL上得到單方向全波脈動的直流電壓。可見，橋式整流電路輸出電壓為半波整流電路輸出電壓的兩倍。橋式整流電路與半波整流電路相比較，其輸出電壓UO提高一倍，脈動成分減小了。

整流電路將交流電變?yōu)槊}動直流電，但其中含有大量的交流成分（稱為紋波電壓）。應(yīng)在整流電路的后面加接濾波電路，濾去交流成分。現(xiàn)以單相橋式整流電容濾波電路為例來說明。電容濾波電路如圖所示，在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個濾波電容C。

設(shè)電容兩端初始電壓為零，并假定t=0時接通電路，U2為正半周，當(dāng)U2由零上升時，D1、D3導(dǎo) 通，C被充電，同時電流經(jīng)D1、D3向負(fù)載電阻供電。忽略二極管正向壓降和變壓器內(nèi)阻，電容充電時間常數(shù)近似為零，因此Uo=Uc≈U2，在U2達(dá)到最大值時，UC也達(dá)到最大值，然后U2下降，此時，UC＞U2，D1、D3截止，電容C向負(fù)載電阻RL放電，由于放電時間常數(shù)τ=RC一般較大，電容電壓Uc按指數(shù)規(guī)律緩慢下降，當(dāng)下降到|U2|＞Uc時，D2、D4導(dǎo)通，電容C再次被充電，輸出電壓增大，以后重復(fù)上述充放電過程。其輸出電壓波形近似為一鋸齒波直流電壓。為了獲得良好的濾波效果，一般取RLC≥（3-5）T/2，式中T為輸入交流電壓的周期。此時輸出電壓的平均值近似為UO≈1.2U2。

需要指出的是，當(dāng)放電時間常數(shù)RLC增加時，二極管關(guān)斷時間加長，導(dǎo)通角減小；反之，RLC減少時，導(dǎo)通角增加。顯然。當(dāng)RL很小，即IL很大時，電容濾波的效果不好，反之，當(dāng)RL很大，即IL很小時，盡管C較小， RLC仍很大，電容濾波的效果也很好。所以電濾波適合輸出電流較小的場合。

LM317的輸出電壓［也就是穩(wěn)壓電源的輸出電壓］U。為兩個電壓之和。即A、C兩點之間的電壓也就是加在R2上的電壓UR2= IR2×R2，而IR2實際上是兩路電流之和，一路是經(jīng)R1流向R2的電流IR1，其大小為UR1/R1。因UR1為恒定電壓1.25V，Rl是一個固定電阻，所以IR1是一個恒定的電流。另一路是LM317調(diào)整端流出的電流ID。盡管這祥.但總的來說ID的電流但是有一定規(guī)律的，即ID的平均值是50μA左右，最大值一般不超過100μA。而且在LM317穩(wěn)定工作時，ID的值基本上是一個恒定的值。當(dāng)由于某種原因引起ID變化相對較大時，LM317就不能穩(wěn)定地工作。

調(diào)整端上的電容器C5用于旁路電阻R2上的紋波電壓，這也就減小了輸出電壓中的紋波，改善了穩(wěn)壓電源的紋波抑制特性，特別是在高電壓輸出的情況，由于電阻R2的數(shù)值較大，因此，C5的作用更顯著，對紋波的抑制作用會更好。C5的數(shù)值一般在10μF左右，超過這個數(shù)值，紋波抑制作用沒有明顯地改善，在焊接電容C5時，必須仔細(xì)排列布線，否則必引起集成穩(wěn)壓電源的自激。D5用于防止輸入短路時C7上存儲的電荷產(chǎn)生很大的電流反向流入穩(wěn)壓器使之損壞。D6用于防止輸出短路時C5通過調(diào)整管放電而損壞穩(wěn)壓器。

2.穩(wěn)壓電源的安裝調(diào)試

按圖所示安裝集成穩(wěn)壓電路，安裝時注意以下幾點：

（1）對電源變壓器的絕緣電阻進(jìn)行檢測，。一般采用歐表測量一、二次繞組之間、個繞組與接地屏蔽層之間、以及繞組與鐵心之間的絕緣電阻，其值不應(yīng)小于1000MΩ，如果用萬用表高電阻檔檢測，則其指示電子均應(yīng)為無窮大。

（2）電源變壓器的一次和二次繞組不能搞錯，否則將會造成變壓器損壞或電源故障。

（3）二極管的引腳和濾波電容器的極性不能接反，否則將會損壞元器件。

（4）三端穩(wěn)壓器的輸入，輸出和公共端一定要識別清楚，不能接錯。特別是公共端不能開路，一旦開路，輸出電壓UO很可能接近輸入電壓UI，導(dǎo)致負(fù)載損壞。

（5）檢查負(fù)載端不應(yīng)該有短路現(xiàn)象。

由于集成直流穩(wěn)壓電源調(diào)整率都比較小，若要準(zhǔn)確測量輸出電壓的變化量，則需采用多位數(shù)字式電壓表其方法，UQ為基準(zhǔn)電壓，可由穩(wěn)定度比較高的直流電源供給，調(diào)節(jié)UQ使之與集成直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓UO值近似相等，然后用萬用表直流電壓小量程檔（例如1V檔）即可測出UO的變化量。

對電流調(diào)整率及輸出電阻測量：電流調(diào)整率SI：是指輸入電壓不變而負(fù)載變化時，負(fù)載電流IO在規(guī)定的范圍內(nèi)變化而引起的輸出電壓的相對變化量，即SI=（ΔUO/UO） ×100%（2式）有時也定義為恒溫條件下，負(fù)載電流變化10%時引起輸出電壓的變化量ΔUO，單位MV。SI或ΔUO越小，輸出電壓受負(fù)載電流的影響就越小。

輸出電阻RO：就是穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻。當(dāng)輸入電壓和溫度不變時，因RL變化，導(dǎo)致負(fù)載電流變化了ΔUO，兩者比值的絕對值稱為輸出電阻RO，即RO=-ΔUO/ΔIO（3式）其單位為歐姆，RO的大小反映支流電源帶負(fù)載能力的大小，其值越小，負(fù)載能力越強。使UI為220并保持不變，分別測量負(fù)載電流為零和額定值時的輸出電壓，將對應(yīng)的輸出電壓變化量ΔUO和負(fù)載電流變化量ΔIO代入式（2）（3），即可求得SI和RO。

［1］胡宴如主編.模擬電子技術(shù)［M］.北京高等教育出版社，2000.

［2］瞿安連編著.應(yīng)用電子技術(shù)［M］.北京科學(xué)出版社，2003.

［3］畢滿清主編.電子工藝實習(xí)教程［M］.國防工業(yè)出版社.

［4］王秀杰，張疇先主編.模擬集成電路應(yīng)用［M］.西安工業(yè)大學(xué)出版社，1994.