多路直流稳压电源的设计与制作范例.doc

课题 一 多路直流稳压电源的设计和制作任何一个电子设备都要由一组或多组高稳定性的直流电源来供电，直流电源的作用之一是为各级电路中半导体器件提供合适的偏置电压，其次是作为整个电子电路的能源目前直流电源最主要的获得方法是将电网电压的单相交流电（220V，50Hz）经整流、滤波和稳压获得根据处理方法不同，直流电源可分为线性直流电源和开关型直流电源两大类型本课题主要针对线性直流电源中的串联型稳压电源提供设计方法直流电源最重要的技术指标为输出直流电压，提供最大的直流电流及最小的纹波电压，这也是在设计直流电源时应抓住的关键问题各类集成直流稳压器目前已成为电源市场的主流产品，它的高性能、可靠性及高性价比是分立元件直流稳压电路无法比拟的，在选择设计方案时应放在优先的地位1． 设计内容和要求设计一个能同时输出+12V，-12V，+5V的直流稳压电源，设计要求如下： (1)同时输出3组直流电源，其中：12V、0.1V，+5V电源输出电压为5V、0.5V2）3组电源输出最大直流电流均为200mA3）各组输出纹波电压均不超过2mA,内阻均不大于0.14）只允许AC220V供电，电源变压器可根据设计要求直接选用。

要求按上述设计指标设计电路，并安装调试达到设计要求2．设计方案选择图3-1-1 原理框图根据设计要求，选择总体方案的框图如图3-1-1所示 3．单元电路的设计（1） 整流电路的设计对于传统的线性直流电源，整流电路的功能是将220V电网电压降到合适的交流电压值，并将其变为单向脉的电压为了提高效率、降低对整流二极管耐压的要求，选择的整流电路如图3-1-2所示图3-1-2 整流电路① 电源变压器的选用图中，电源变压器Tr选用双15V工频变压器 ，根据框图3-1-1，当+12V和+5V直流电源同时供出200mA最大电流时，电源变压器次级最小应提供400mA的电流，当有余量，选取的变压器次级绕组应提供最大500mA的输出电流，功率不小于15=15W,若考虑功率损耗，则容量应更大一些电源变压器可通过外购或定制，不在本课题的设计范围之内② 整流二极管的选取图3-1-2中，变压器中心抽头接地，直接和后级的分压电路公共端点相接，则整流电路实质上是两个全波整流电路的组合，但在参数设计时仍可把它看成是一个桥式整流，只不过变压器的输出电压应为215V=30V由上，整流二极管的选择如下：整流二极管的最大正向电流IF：由前，电流正常工作时需输出的最大电流为400mA。

考虑到电路一般选用电容滤波，浪涌电流往往是一般电流的1.5~2倍，在选择整流二极管时应当有足够的裕量，一般取IF1.2Iomax,故整流二极管的If应取大于等于500mA整流二极管的反向击穿电压URM:对于桥式整流，当负载开路时能承受的最高反向电压应为，即15V=42.3V再考虑电网电压的正常波动，为保证二极管安全应用，应选择整流二极管的反向耐压至少应大于50V由上，查晶体管手册，塑封整流二极管1N4001，最高反向工作电压URM50V,额定整流电流IF=1.0A，可以满足本电路要求整流二极管也可选用二极管整流桥，它是采用泵膜工艺将4只整流二极管按电桥电路连接封装在一起，只有输入，输出4只管脚供用户使用，如选择1CQ100V0.5A的二极管整流桥，其最高反向电压为100V最大输出电流为500mA，可满足本电源电路的要求 （2） 滤波电路的选择电源滤波电路的功能是将整流后的单向脉动电压进行平滑，减少脉动成分，保留直流成分，一般利用电容、电感的储能作用，显然是一种低通滤波电路由于本电源输出最大电流只有400mA，属于小功率电源，一般选用简单的电容滤波电路如图3-1-3所示图中，C1为滤波电容，它的作用如图3-1-4所示，利用电容的储能作用，在使UO1的波形平滑的同时可以提高输出电压的平均值。

图3-1-3 滤波和分压电路 图3-1-4桥式整流电容滤波电路波形图C1选择原则： ① 耐压的选择：由于C1的容量往往较大，毫无例外的选用铝电解电容，铝电解电容的优点是容量大、价格低，缺点是正、负极不能接错，且耐压较低，一旦极性接错或工作电压超过标定的耐压值，电容将被击穿 C1承受最大电压是发生在负载开路，且电网电压波动到最高时滤波器输出电压值，即UO2max=46.7V式中1.1系数指电网电压正常波动的上限+10%而设定的由上C1应选耐压不低于46.7V的铝电解电容，取系列值为耐压50V② C1电容量的计算由于电网电压波动及负载的影响，严格计算C1的电容量较为复杂如图3-1-4所示，根据电容充放电规律，则有 式中为电容充放电而引起的的变化量，10ms为电网电压的半个周期即在电容电压由U2放电到UO2min的T2时间，因T2》T1，故取T2=10msIO为整流电路供给负载的最大电流，应理解为IOmax,本电路为500mA的计算较为繁琐，一般采取经验方法选取C1的电容量，由于后级均采用高性能的集成稳压器，纹波抑制比很高，再加上本电源的提供电流只有500mA。

若取C1=1000uF，一般可达到内阻0.1及纹波电压不超过2mV的要求，若在调试中达不到设计要求，可适当加大C1的容量由上取C1为1000uF，耐压大于等于50V的铝电解电容3）直流分压电路如图3-1-3中的C2、C3，采用电容分压，主要目的是将滤波后的直流电压分为正负两组，提供正稳压器和负稳压器的输入直流电压因滤波后的直流电压值约为UO2=2,若取C2=C3，则UO3=18V，UO4 = -18V，满足集成稳压器输入电压的要求4）12V直流电源的电路选择及参数确定 稳压电路的功能是将整流滤波后的直流电压进行稳压，以达到所需的直流电压值，且减小电网电压的波动及负载的变化对输出电压的影响关键性的技术指标为稳压系数、输出内阻及纹波系数稳压系数主要反映电网电压波动造成整流、滤波后直流电压的波动对输出电压的影响；输出内阻则反映当负载发出变化时输出电压的稳定程度；输出纹波电压的大小反映稳压电路本身的纹波抑制能力根据设计要求，稳压电路应选用三端稳压器来完成对于12V两组直流电源，电压均为标称值，可选用三端固定式稳压器如CW7812、CW7912，但设计要求输出电压的最大误差为0.1V，对于78，79系列，正常误差最大到达0.25V,难以达到设计要求，可以接成可调形式，但流向公共端的电流较大，且稳定性下降。

综上，确定选用三端可调式集成稳压器CW117/217/317（正可调），CW137/237/337（负可调），其最大优点是公共端电流IADJ只有50uA，且提供的基准电压为1.25V，稳定性明显高于固定式三端可调式集成稳压器的性能参数如下表3-1，表3-2表3-1CW137/237/337电参数规范（Vi-V0=5V,I0=500mA,Tjmin<=Tj<=Tjmax)参数名称符号测试条件规范值单位 CW117/217CW317最小典型最大最小典型最大电压调整率Sv3V<=(Vi-V0)<=40V TA=25摄氏度　0.010.02　0.010.04%/V3v<=(Vi-V0)<=40V　0.020.05　0.020.07电流调整率SI10mA<=I0<=I0max Ta=25摄氏度Vo<=5V　515　525MVVo>=5V　0.10.3　0.10.5%V010mA<=I0<=I0max Vo<=5V　2050　2070MVVo>=5V　0.31　0.31.5%V0调整端电流Iadj　　　5100　50100uA调整端电流变化△adj2.5V<=(Vi-V0)<=40V 10mA<=I0<=I0max Pc<=Pm 　0.25　0.25uA基准电压Vreg23V<=｜Vi-V0｜<=40V 10mA<=I0<=I0max Pc<=Pm 1.21.251.31.21.251.3V最小输出电流Iomin｜Vi-V0｜<=40V　3.55　3.510mA纹波抑制比SripVo=10V 100HECadj=0　65　　65　dBCadj=10uF6680　6680　输出电压温交融StTjmin<=Tj<=Tjmax　0.7　　0.7　%V最大输出电流Iomax｜Vi-V0｜<=15V Pc<=Pm 1.52.2　1.52.2　A｜Vi-V0｜<=40V Tj=25摄氏度 Pc<=Pm0.30.4　0.150.4　输出噪声电压VnTa=25摄氏度 10HE～10KHE有效值　0.03　　0.03　%V长期稳定性StTa=125摄氏度 Tj=Tjmax　0.31　0.31 % 1000h表3-2CW137/237/337电参数规范（｜Vi-V0｜=5V,I0=500mA,Tjmin<=Tj<=Tjmax参数名称符号测试条件规范值单位 CW137/237CW337最小典型最大最小典型最大电压调整率Sv3V<=｜Vi-V0｜<=40V TA=25摄氏度　0.010.02　0.010.02%/V3v<=｜Vi-V0｜<=40V　0.020.05　0.020.07电流调整率SI10mA<=I0<=I0max Ta=25摄氏度　　1525　1520MV　　0.10.3　0.10.05%V010mA<=I0<=I0max Ta=25摄氏度　　2050　2070MV　　0.31　0.31.5%V0调整端电流Iadj　　　65100　65100uA调整端电流变化△Iadj2.5V<=｜Vi-V0｜<=40V 10mA<=I0<=I0max Pc<=Pm TA=25摄氏度　25　25uA基准电压VregTa=25摄氏度-1.23-1.25-1.3-1-1.25-1.3V23V<=｜Vi-V0｜<=40V 10mA<=I0<=I0max Pc<=Pm -1.2-1.25-1.3-1-1.25-1.3最小输出电流Iomin｜Vi-V0｜<=40V　2.55　2.510uA｜Vi-V0｜<=10V　1.23　26。