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1、多路直流稳压电源设计多路直流稳压电源设计一、设计任务一、设计任务 1.1.已知条件：集成稳压器已知条件：集成稳压器78057805、79057905和和LM317LM317。其性能参数请查阅集。其性能参数请查阅集成稳压器手册。成稳压器手册。2.2.设计一个输出正设计一个输出正5 5伏、负伏、负5 5伏及输出电压可调的多路直流稳压电源。伏及输出电压可调的多路直流稳压电源。性能指标要求：输出电压性能指标要求：输出电压VoVo及最大输出电流及最大输出电流IomaxIomax，1 1路路Vo=5VVo=5V对称输出对称输出,Iomax=100mA,Iomax=100mA 2 2路路Vo=+(3Vo=+
2、(36)V6)V连续可调连续可调,Iomax=200mA,Iomax=200mA 纹波电压纹波电压Vop-p5mV Vop-p5mV 稳压系数稳压系数SV 510SV 510整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo二、直流稳压电源的组成和功能二、直流稳压电源的组成和功能电源变压器电源变压器:将交流电网电压将交流电网电压V1V1变为合适的交流电压变为合适的交流电压V2V2。整流电路整流电路:将交流电压将交流电压V2V2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压V3V3。滤波电路滤波电路:将脉动直流电压将脉动直流电压V3V3转变为平滑的直流电压转变为平滑的直
3、流电压V4V4稳压电路稳压电路:当电网电压波动及负载变化时当电网电压波动及负载变化时,保持输出电压保持输出电压VoVo的稳定。的稳定。UUoIoUUoIoUUoUIot0uot0uot0uo电电 路路整流电整流电压波形压波形整流电压平均值整流电压平均值 Uo=0.45U Uo=0.9U Uo=0.9U Uo=0.45U Uo=0.9U Uo=0.9U二极管平均电流二极管平均电流 Io Io/2 Io/2 Io Io/2 Io/2二极管反向电压二极管反向电压 2U=1.41U 22U=2.83U 2U=1.41U 2U=1.41U 22U=2.83U 2U=1.41U副边电流有效值副边电流有效值
4、 1.57Io 0.79Io 1.11Io 1.57Io 0.79Io 1.11Io（1 1）选电源变压器）选电源变压器 对于对于LM317LM317：Vomax+(Vi-Vo)minViVomin+(Vi-Vo)maxVomax+(Vi-Vo)minViVomin+(Vi-Vo)max 6V+3VVi3V+40V 6V+3VVi3V+40V，9VVi43V9VVi43V 副边电压副边电压V2Vimin/1.1=9/1.1VV2Vimin/1.1=9/1.1V，取，取V2=9VV2=9V，副边电流副边电流I2IomaxI2Iomax，取，取I2=1AI2=1A，则变压器副边输出功率则变压器副边
5、输出功率P2I2V2=9WP2I2V2=9W，查表可得变压器的效率，查表可得变压器的效率=0.6=0.6 则原边输入功率则原边输入功率P1P2/=15WP1P2/=15W。对于对于7878、7979系列：系列：5+(35+(35)VVi5V+25V5)VVi5V+25V。副边电压副边电压V2Vimin/1.1=7.5/1.1VV2Vimin/1.1=7.5/1.1V，取，取V2=10VV2=10V，副边电流副边电流I2IomaxI2Iomax，取，取I2=1AI2=1A，则变压器副边输出功率则变压器副边输出功率P2I2*V2=10WP2I2*V2=10W，查表可得变压器的效率，查表可得变压器的
6、效率=0.7=0.7 P1P2/=20W P1P2/=20W。综上两路考虑，为留有余地，选功率为。综上两路考虑，为留有余地，选功率为25W25W的电源变压器的电源变压器（2 2）滤波电容的选择）滤波电容的选择 滤波电容滤波电容C C可由纹波电压可由纹波电压VOP-PVOP-P和稳压系数和稳压系数SVSV确定，已知确定，已知VO=15VVO=15V，Vi=18VVi=18V，VOP-P=5mV VOP-P=5mV，SV 510 SV 510，由式，由式Sv=(Vo/Vo)/(Vi/Vi)Sv=(Vo/Vo)/(Vi/Vi)Vi=VoppVi/VoSv=1.2VVi=VoppVi/VoSv=1.2
7、V得电容得电容C=Ict/Vi=833uFC=Ict/Vi=833uF，取，取C=1000uFC=1000uFt t为电容为电容C C的放电时间，的放电时间，t=T/2=0.05St=T/2=0.05S 为电容为电容C C的放电电流，可取滤波电容的耐压值应大于对于的放电电流，可取滤波电容的耐压值应大于对于317317，C=1333uFC=1333uF，可取可取1000uF1000uF与与470uF470uF并联耐压值大于并联耐压值大于2V2=91.414=12.75V2V2=91.414=12.75V（3 3）选择整流二极管及滤波电容）选择整流二极管及滤波电容 整流二极管整流二极管D D选选1
8、N40011N4001或或1N40021N4002 其极限参数为其极限参数为:VRM50V:VRM50V，IF=1AIF=1A 满足满足VRMVRM2V2 IF2V2 IFIomaxIomax的条件的条件 如果负载变动频繁，在如果负载变动频繁，在78157815输出也可接输出也可接-10100-10100的电解容。的电解容。（4 4）一般稳压电路通常选用三端集成稳压器）一般稳压电路通常选用三端集成稳压器 常用的产品有固定正电压输常用的产品有固定正电压输 出出78XX78XX系列，负电压输出系列，负电压输出79XX79XX系列；输出连系列；输出连续可调的有续可调的有LM317(LM317(正正)
9、、LM337(LM337(负负)系列。应用该类稳压器时，其输入系列。应用该类稳压器时，其输入UIUI与输与输出电压出电压UoUo之间的压差不低于之间的压差不低于3 35V5V。LM317LM317、LM337LM337的最小输出电压的最小输出电压 U32=1.25V U32=1.25V，R1R1中的电流一般为中的电流一般为5 510mA10mA，R1R1的取值可取的取值可取120120240240。其。其封装见图封装见图.若采用正负电源时，若采用正负电源时，LM317LM317的输入电压应大于的输入电压应大于Uo2+Uo3+3=5+6+3=14V,Uo2+Uo3+3=5+6+3=14V,集成集
10、成运放应选用单电源运放如运放应选用单电源运放如LM324,6VLM324,6V基准电源可采用温度特性好的稳压管，恒基准电源可采用温度特性好的稳压管，恒流源的设计要使流源的设计要使Uo2Uo2在整个调节范围内，其电流保持不变，因此利用在整个调节范围内，其电流保持不变，因此利用+15V+15V稳稳压器的输出作为恒流管的偏置和电源。在图中，设恒流源的电流压器的输出作为恒流管的偏置和电源。在图中，设恒流源的电流Ic=IwIc=Iw，则，则Uo2Uo2的最大调节范围为的最大调节范围为Uo2=IwR2=Uo2-1.25Uo2=IwR2=Uo2-1.25选定稳压管工作电流选定稳压管工作电流IwIw后就可以后
11、就可以确定确定R2R2的值。而的值。而IwIw可由偏置电阻可由偏置电阻R3R3设定。设定。四、电路仿真四、电路仿真 1.1.测试测试Vo1,Vo2Vo1,Vo2的电压和的电压和Vo3Vo3电压范围；电压范围；2.2.测试测试Vo1Vo1，Vo2Vo2和和Vo3(5V)Vo3(5V)的稳压系数的稳压系数SuSu（RL=100RL=100）;计数计数Sv.Sv.3.3.测试测试Vo1,Vo2Vo1,Vo2和和VO3VO3的的Ro.(Ro.(改变改变RLRL为为5050和和100）;4.4.仿真分析整流电路的输入、输出波形及电源的输出纹波。仿真分析整流电路的输入、输出波形及电源的输出纹波。电路通过仿
12、真后，确定实验前的元件参数。电路通过仿真后，确定实验前的元件参数。五、实验内容及测试步骤五、实验内容及测试步骤 1.1.变压器交流电压的测量变压器交流电压的测量(单独测量单独测量)测量变压器的次级电源电压，填入表中。测量变压器的次级电源电压，填入表中。2.2.整流滤波电路测试（计算整流滤波电路测试（计算K K）取取RLRL100 100，不加滤波电容，测量直流输出电压，不加滤波电容，测量直流输出电压VIVI及输入电压及输入电压UIUI，取取RLRL100 100，C C1000f 1000f，重复内容，重复内容)的要求的要求 取取RLRL ，C C1000f 1000f，重复内容，重复内容)的
13、要求的要求C11000uFRL1002311112VI空载空载1-22-31-3VIVIUIUIR=100R=100R=100C=1000uFR=100C=1000uFC=1000uFC=1000uFVLVL为直流，为直流，ULUL为交流。为交流。UI3.3.测量三路稳压电源的输出电压测量三路稳压电源的输出电压 测试方法：测量输出端时分别接测试方法：测量输出端时分别接100100负载电阻。测量负载电阻。测量3-6V3-6V时，分别测量对时，分别测量对应的电位器的阻值。再调节电位器应的电位器的阻值。再调节电位器RWRW，测量输出电压可调范围测量输出电压可调范围V0minV0minV0maxV0m
14、ax。验证验证 公式公式VOVO1.25(1+Rw/R1)1.25(1+Rw/R1)+5V+5V-5V-5V3-6V(5V3-6V(5V时时)IoIo0 00 00 0RL1=100RL1=100RL2=200RL2=2004.4.测量三路稳压电源的输出电阻测量三路稳压电源的输出电阻R0R0 输出电阻输出电阻R0R0：当输入电压：当输入电压VIVI（指稳压电路输入电压）保持不变，负载电（指稳压电路输入电压）保持不变，负载电流由空载变化到额定电流时流由空载变化到额定电流时,而引起的输出电压变化，即而引起的输出电压变化，即Ro=Vo/IoRo=Vo/Io+5V+5V-5V-5V设计值设计值+5V+
15、5V-5V-5V测量值测量值3V3V6V6VVominVominVomaxVomax测量值测量值可调电阻值可调电阻值5.5.测量三路稳压电源的输出纹波电压测量三路稳压电源的输出纹波电压 输出纹波电压是指在额定负载条件下，输出电压中交流分量的峰峰值。输出纹波电压是指在额定负载条件下，输出电压中交流分量的峰峰值。第一路第一路+5V:+5V:取取UoUo5V,RL=1005V,RL=100，用示波器测量，用示波器测量U10U10纹波电压值及波形纹波电压值及波形 第二路第二路-5V:-5V:取取UoUo-5V,RL=100-5V,RL=100，用示波器测量，用示波器测量U02U02纹波电压值及波形纹波
16、电压值及波形 第三路第三路3-6V:3-6V:取取UoUo5V,RL=100 5V,RL=100，用示波器测量，用示波器测量U03U03纹波电压值及波形纹波电压值及波形6.6.測量三路稳压电源的稳压系数測量三路稳压电源的稳压系数SuSu的测量的测量 测试过程是：先用变压器的次级测试过程是：先用变压器的次级1-31-3分别接分别接Vo1Vo1、Vo2Vo2和和Vo3Vo3的输入如图，的输入如图，分别测量分别测量UiUi（是次级的交流电压）和（是次级的交流电压）和VoVo（是输出的直流电压）的值。然后用（是输出的直流电压）的值。然后用变压器次级变压器次级1-21-2分别接分别接Vo1Vo1、Vo2Vo2和和Vo3Vo3再测量再测量UiUi和和VoVo的值。计算的值。计算Su Su Su=(Uo/Vo)/(Ui/Vi)Su=(Uo/Vo)/(Ui/Vi)Vo1=5VVo2=-5VVo3=5V变压器次级变压器次级Ui(v)Vo(v)Ui(v)Vo(v)Ui(v)Vo(v)1-21-3