可調直流穩壓電源設計【摘要】直流穩壓電源，又稱直流穩壓器，它的供電電源大都是交流電源，當交流供電電源的電壓或負載電阻變化時，穩壓器的直接輸出電壓都能保持穩定。直流穩壓電源一般由電源變壓器，整流電路，濾波電路，以及穩壓電路等電路組成。變壓器把市電交流電壓變為所需要的低壓交流電；整流器把交流電變為直流電；經濾波后，穩壓器再把不穩定的直流電壓變為穩定的直流電壓輸出。本設計主要采用三端集成穩壓塊LM317來構成直流穩壓電源電路，通過變壓，整流，濾波，穩壓等過程將220V交流電，變為穩定的直流電，并實現電壓可在2-28V可調。【關鍵詞】直流，穩壓，變壓，可調一、 集成可調直流穩壓電源設計的目的學習可調直流穩壓電源基本理論在實踐中綜合運用的初步經驗；掌握該電路設計的基本方法、設計步驟，培養綜合設計與調試能力；掌握可調直流穩壓電源的性能指標測試方法，培養實踐技能，提高分析和解決實際問題的能力。二、 集成可調直流穩壓電源的總體設計思路2.1可調直流穩壓電源設計思路變壓。市電電壓交流220V(有效值)50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將市電壓降低到所需要的交流電壓。⑵整流。降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大(即脈動大)。濾波。經整流后的脈動較大的直流電壓須經過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。穩壓。濾波后的直流電壓，再通過穩壓電路穩壓，便可得到基本不受外界影響的可調且穩定的直流電壓輸出，供給負載RL。工作流程圖(如圖1所示)。變壓器>流電路濾波電路消振電路穩壓電路<護電路可調電路變壓器>流電路濾波電路消振電路穩壓電路<護電路可調電路圖1穩壓電源工作流程圖2.2可調直流穩壓電源的工作原理方框圖直流穩壓電源是一種將220V工頻交流電轉換成穩壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、消振、穩壓、保護、可調七個環節來完成的(如圖2所示)。圖2可調直流穩壓電源方框圖電源變壓器。電源變壓器，是降壓變壓器，它將市電220V交流電壓變換成符合需要的較低的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定(如圖3所示)。圖3電源變壓器整流電路。整流電路是利用二極管的單向導電性，把50Hz的正弦交流電變換成脈動的直流電,它由VD1，VD2,VD3,VD4構成單相全波整流電路，電路如圖4所示。在u2的正半周內，二極管VD1、VD3導通，VD2、VD4截止;u2的負半周內，VD2、VD4導通，VD1、VD3截止。正負半周內部都有電流流過的負載電阻RL，且方向是一致的，電路的輸出波形如圖5所示。

圖4整流電路圖圖5整流波形圖圖4整流電路圖圖5整流波形圖在橋式整流電路中，每個二極管都只在半個周期內導電，所以流過每個二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半，即。電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為（U2是變壓器副邊電壓有效值）。在設計中，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的特點，將電容器和負載電容并聯或電容器與負載電阻串聯，以達到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uo=0.9U2，直流輸出電流：Io=0?9U（Io是變壓器副邊電流的有效值）。RL（3）濾波電路。濾波電路它可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓，它由c1等外圍元器件構成。⑷穩壓電路。三端可調穩壓器LM317:三端可調穩壓器因具有穩定度高、適應性強、使用方便的優點，得到廣泛應用。穩壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩定，不隨交流電網電壓和負載的變化而變化，其主要由三段集成穩壓塊LM317組成（如圖6所示）。TOC\o"1-5"\h\z_[C1 八1?— LM317 * ~E VD6圖6穩壓電路圖（5）保護電路。LM317穩壓塊的輸入端②腳與輸出端③腳連接的二極管VD5用于防止輸入端電壓突然降低或輸出端電壓突然升高，輸出電容放電時對LM317的沖擊，從而起到保護穩壓集成電路的作用(如圖7所示)。圖7保護電路圖圖7保護電路圖2.3設計方法簡介根據設計所要求的性能指標，選擇三端集成穩壓器。因為要求輸出電壓可調，所以選擇三端可調式集成穩壓器。可調式集成穩壓器，常見主要有LM317、CW317、CW337等。317系列穩壓器輸出連續可調的正電壓，337系列穩壓器輸出連可調的負電壓，可調范圍為6V-13V，最大輸出電流為1.5A。穩壓內部含有過流、過熱保護電路，具有安全可靠，性能優良、不易損壞、使用方便等優點。其電壓調整率和電流調整率均優于固定式集成穩壓構成的可調電壓穩壓電源。圖8LM317的管腳功能圖圖9圖8LM317的管腳功能圖圖9LM317外形圖本設計中采用LM317集成穩壓塊，其管腳功能圖如圖8所示，外形圖如圖9所示。三、集成可調直流穩壓電源的設計過程3.1集成可調直流穩壓電源電路圖的設計確定目標。設計整個系統是由那些模塊組成，各個模塊之間的信號傳輸，并畫出直流穩壓電源方框圖。(2)設計分析。根據設計需要的功能，來選擇各單元電路所用電路模形。(3)參數選擇。根據設計指標的要求，來確定各單元電路中符合參數要求的元器件。

總電路圖。連接各單元電路形成本設計的整體電路圖。3.2集成可調直流穩壓電源電路的識圖如圖10所示的集成可調直流穩壓電源電路，它是采用三端集成可調穩壓芯片LM317構成的輸出電壓可調的穩壓電源電路，該電路的電源變壓電路、整流電路、濾波電路、保護電路與分立元器件穩壓電路作用相同，兩者僅是穩壓電路部分不一樣。奇黑心集顯rr翌日:肝舶三申，詆申生&原蟬圖奇黑心集顯rr翌日:肝舶三申，詆申生&原蟬圖~r~3|—d讀識該電路圖時，應先對三端集成穩壓電路有一個初步的了解：LM317集成塊的簡介LM317是一塊可調式三端集成穩壓器，其外形及引腳如下圖所示，是一種正端輸出型，最大輸入電壓為40V，輸出電壓可從1.25V—37V連續可調,最大輸入電流為1.5A，最大功耗為15W，其穩壓性能優于固定式穩壓器。LM317采用三端引腳方式，其各引腳功能如下圖所示，圖11是其內部電路方框圖，其內主要由基準電壓電路、誤差放大電路，電壓調整電路，保護電路等組成，其內部3.3本設計中穩壓電路的組成及工作原理如圖10所示的集成可調直流穩壓電源電路的輸出電流為 0.5A，輸出電壓為2V-28V連續可調。該電路主要由電源變壓器、整流器、濾波器、穩壓器以及電壓指示等電路組成。LM317穩壓器主要起穩定輸出電壓的作用，及在輸入電壓和負載電流變化時，保持輸出電壓基本不變。工作過程。交流220V市電電壓經電源變壓器T1變壓后，得到直流電壓，經C1電容器濾波，得到的約24V直流電壓直接加至LM317穩壓塊的輸入端②腳。從LM317②腳輸入的直流電壓，經其內的電壓調整電路，誤差放大電路、基準電壓電路將電壓穩定后從③腳輸出，去后級電路。消振電路。LM317的②腳與地之間連接的C2為消振電容器，用于消除由于LM317管腳引線過長而引起的自激振蕩。電源可調電路。LM317的①腳外接的RP可變電位器，R2、VD6、C3構成了電源可調電路，用于調節輸出電壓的大小，它是通過控制LM317①腳上的電位來進行輸出電壓大小調節的。該電源在正常工作時，在取樣電阻R2的兩端會有一個1.25V的基準電壓，當該基準電壓不變時就有一個恒定的50—100UA的電流通過RP，故調節RP就可得到不同的輸出電壓。為了保證輸出電壓恒定不變在LM317的①腳與地之間，用于防止沖擊電流損壞LM317，它主要起保護作用。⑷電壓沖擊保護。LM317穩壓塊的輸入與輸出端連接的二極管VD5用于防止輸入端電壓突然降低或輸出端電壓突然升高，輸出電容器C4放電時對LM317的沖擊，起保護穩壓集成電路的作用。3.4本設計集成可調直流穩壓電源電路印制電路板的制作集成可調直流穩壓電源電路印制電路板如圖12所示，可根據該圖自制印制電路板。印制電路板是由絕緣底板，連接導線以及焊盤組成。印制電路板具有結構緊湊，可以代替復雜的布線；使整機的體積縮小等優點，從而使制作的電子產品的可靠性得到了大大的提高。圖12集成可調直流穩壓電源電路印制電路板圖印制電路板的制版要求。印制電路板的制版，也就是巳經有了電路原理圖而沒有印制電路板圖，需要根據自己所設計的電路原理圖來進行印制電路板的設計。印制電路板的制版設計是否合理，不僅要保證原器件之間的連接準確無誤，工作中無自身干擾，還要盡量做到元器件布局合理，焊裝維修方便，整齊美觀，牢固可靠。元器件的布局要求。按信號流程安排。原器件在印制電路板上盡量按信號傳遞的流程來排列，采用這種方式后與電路原理圖核對起來比較方便，在此設計中對于同一單元電路的元器件應盡可能排列在一起。以核心元器件為中心安排。通常應以單元電路的核心元器件為中心進行安排，一般均以三極管，集成電路為中心元器件，依據他們個引腳的位置來安排其他元器件。(在此設計中應以三端集成穩壓塊為核心元器件)以便于前后級電路的連接來安排。為了便于電路的前后級連線盡可能地短，在進行整體布局時，可將前級的輸出端與后級的輸入端盡可能的靠近，但同時也要考慮整個電路板的輸入端與輸出端與其它電路之間的連接要方便。以電路板上的原器件排列均勻、整齊、緊湊來安排。除了某些工作頻率很高的元器件，為了縮短連線，可以按不同的方向排列，也應盡量減少印制電路板引出線的總數，以減少飛線和接點的數目，提高設計產品的可靠性。特殊元器件位置的確定。①發熱元器件。對于耗散功率比較大、容易發熱的元器件(如大功率電阻器、晶體管、集成塊等)應盡量安裝在印制板的上部或通風良好的地方，并盡可能的遠離其它元器件，以免影響其它元器件的正常工作。在本設計中將耗散功率比較大的三端集成穩壓塊LM317放在了印制電路板的上部，有利于其更好的散熱，從而提高整機的可靠性。可調元器件。對于可調電位器，可變電容器等可調元器件的布置要結合整機的總體結構來考慮，對于機外調整的原器件其位置要調節鈕在外殼上的位置相對應。在本設計中將微調電位器與電壓輸出端口放在了機殼外。分量重的元器件。對于質量較大的元器件不能僅依靠焊盤來固定，應采用卡子或支架來進行固定，必要時可以將其固定在外殼上，在本設計中將質量較大的電源變壓器就固定在了外殼上。3.5印制電路板布線的原則布線要短。尤其是晶體管的基極、高頻引線、電位差不較大而又向鄰近的引線，要盡可能的短，間距要盡量大。⑵布線位置。一般將公共地線布置在印制電路板的邊緣部位，以便于將印制電路板安排在機殼上。電源、直流導線亦應考邊緣部位。邊緣應留有一定距離，一般不小于2mm。⑶布線外形。導線拐彎處要圓。因直角、尖角對高頻和高壓影響較大，故拐彎處圓弧半徑R應大于2mm。⑷線條要求。在條件允許的情況下，線條可以適當的加粗，間距可以適當的加大且走線要正確、布線要均勻。⑸布線規定。單面印制電路板上的印制導線不能交叉。遇到此情況，可繞著走飛線或平行走線。印制電路板的設置與布線是一項實踐很強的工作，在本設計過程中應根據具體電路的特點和機械結構要求靈活運用。四、集成可調直流穩壓電源設計所需實驗設備及元器件4.1所需元器件清單代號名稱型號規格數量說明

SA開關—普通開關1由實際需要選擇T1變壓器—220V/16~18V1由實際需要選擇VD1-VD6二極管1N4001-1N4007耐壓大于50V6符合要求可代用C1電解電容CD10/CD112200~3300uF/25V1在允許范圍可代用C2紙介電容CJ10/CJ110.22UF/160V1在允許范圍可代用C3電解電容CD10/CD1110UF/25V1在允許范圍可代用C4電解電容CD10/CD11100UF/25V1在允許范圍可代用C5電解電容CD10/CD110.1uF1R1電阻器RJ/RT/RTX2K1誤差允許+/-20%R2電阻器RJ/RT/RTX120Q1誤差允許+/-20%R3電阻器RJ/RT/RTX10K1誤差允許+/-20%RP電位器WH7-B12K1WH型號可代用IC1穩壓塊LM3171.25~37V可調1LM337,CW317可代IED發光二極管——1普通發光二極管PL插針——3普通插頭集成電路可調直流穩壓電源電路元器件清單4.2所需設備電源變壓器、示波器、萬用表（模擬或數字）、集成塊（LM317）等（如圖13所示）。圖13集成可調直流穩壓電源所需設備及儀器圖五、集成可調直流穩壓電源設計的測試要求5.1穩壓電源的性能指標穩壓電源的技術指標分為兩種：一種是特性指標，包括允許輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調節范圍等；另一種是質量指標，用來衡量輸出直流電壓的穩定程度，包括電壓調整率（或穩壓系數）、電流調整率（或輸出電阻）、紋波系數（紋波電壓）等。（1） 輸入電壓。輸入電壓是指電源變壓器次級線圈的輸出電壓，本設計中次級線圈的輸出電壓是交流20V。（2） 輸出電壓。輸出電壓是指輸入電壓經過整流、濾波、穩壓等電路后輸出的直流電壓值，本設計中輸出電壓值為連續可調的直流2V-28V。（3） 輸出電流。輸出電流是指在電源輸出端所接的負載一定時流過該負載的電流值,當所接負載變化時輸出電流也會發生變化。（4） 輸出電壓調節范圍。輸出電壓調節范圍是指在電源的輸出端的輸出電壓值是在一定范圍內連續穩定地可調，本設計中的輸出電壓調節范圍是2V-28V。（5） 電壓調整率（穩壓系數）。電壓調整率也稱穩壓系數，其是指電源變壓器輸入電壓變化時提供其穩定輸出電壓的能力。（6） 電流調整率（輸出電阻）。電流調整率也稱輸出電阻，其是指輸出電流從0變到最大值時所產生的輸出電壓相對變化值。（7） 紋波系數（紋波電壓）。紋波系數也稱紋波電壓，是指在負載電流、環境溫度不變的情況下，輸入電壓的相對變化引起輸出電壓的相對變化；是指輸出直流電壓中含有一定的工頻交流成分。用示波器觀測其峰峰值一般為毫伏量級，也可用交流毫伏表測量其有效值，但因紋波不是正弦波，所以有一定的誤差。5.2穩壓電源的性能指標的測試方法（1） 輸入電壓的測量。將萬用表的檔位撥到50V交流檔，然后用紅黑表筆分別接觸電源變壓器的次級輸出線圈的兩端，等萬用表的指針穩定后讀出的數值就是穩壓電源的輸入電壓。（2） 輸出電壓。將萬用表的檔位撥到50V直流檔，然后用紅表筆接電源的正端，黑表筆接電源的負端，等到萬用表的指針穩定后讀出的數值就是該電源的輸出電壓值。（3） 輸出電流。將電源的輸出電壓調到12V，然后接上一只滿足額定電壓的音箱，讓其正常工作，然后用萬用表的兩表筆去測量流過音箱的電流值，等萬用表的讀數穩定后讀出的電流值就是此時電源的輸出電流（因所接的負載不同而輸出電流也不同）。（4） 輸出電壓調節范圍。將萬用表的檔位撥到50V直流檔，然后用紅表筆接電源輸出端的正端，黑表筆接電源輸出端的負端，然后調節調壓旋鈕記錄旋鈕打到不同位置使得電壓值，最后記下調壓的范圍值（2V-28），則此范圍就是該電源的輸出電壓調節范圍。（5） 電壓調整率（穩壓系數）的測量。當輸入電壓不變，負載電流從零變化到額定值時，輸出電壓的相對變化，通常用百分數表示:dU=（Uo-U）/Uo（Uo:空載時輸出電壓U:變壓器熱平衡后的滿載電壓，即設計電壓）。（6） 電流調整率（輸出電阻）測量。它是指輸入電壓不變時，負載電流Io變化引起輸出電壓的相對變化量，即：AVoSI=gX100%保持VI不變，改變RL使Io=100mA，測量相應的Vo變化量即得。（7） 紋波系數（紋波電壓）的測量。紋波電壓就是交流成分的峰峰值，我們在制作直流穩壓電源時，紋波電壓越小越好。測量時可以把一個大功率電阻直接接在電源的正負端，通過示波器的探頭連到示波器，將DC-地-AC置于AC檔，熒光屏上就會出現交流紋波，該交流紋波的幅度越小，說明直流電源的直流特性越好。應該注意的問題是，示波器應該有良好的接地，另外，示波器探頭地線也會帶來很大的紋波，精確測量紋波時應選用電纜直接接到示波器上。在額定負載電流下，輸出紋波電壓的有效值U與輸出直流電壓Uo之比，既Y=U/Uox100%。六、 集成可調直流穩壓電源設計過程中的注意事項6.1正確控制輸入電壓范圍LM317穩壓塊是一種半導體器件，其內部的晶體三極管也有一定的耐壓值，所以輸入電壓不應大于穩壓塊的最大輸入電壓。6.2防止引腳接錯LM317穩壓塊的三個引腳接錯就容易損壞。因此在調試、使用時，各引腳均應在連接良好的情況下才可以通電。其接地端(也就是調整端)不能懸空，以防止穩壓器內部失去隔離作用而引起損壞。并且要妥當地接上其保護二極管。6.3加裝散熱片或小風扇防止過熱而引起電流飽和LM317不加散熱片或小風扇時，常溫下最大功率損耗為1W-2W，若虛增大功率，必須加裝一定得散熱裝置。在本設計中為了散掉穩壓塊的熱量，讓整個電源電路正常穩定地工作，加了散熱小風扇進行良好地散熱。6.4焊接方面焊接時要對各個功能模塊電路進行單個測試，需要時可設計一些臨時電路用于調試。6.5測試方面測試電路時，必須要保證焊接正確，才能打開電源，以防元器件燒壞。6.6接地按照原理圖焊接時必須要保證可靠接地。七、 集成可調直流穩壓電源電路的誤差分析綜合分析可以知道在測試電路的過程中可能帶來的誤差因素有：7.