文档介绍：第二章直流稳压电源的设计、安装、调试
直流稳压电源是各种电子产品中不可缺少的一部分,它的质量直接关系到仪器的质量,因此掌握稳压电源的设计与制作,对以后的实际工作是很有意义的。下面介绍小功率稳压电源的设计方法与制作过程。
直流稳压电源,顾名思义,即电源的输出为稳定的直流电压。因此直流稳压电源是一种将交流电转换为平滑稳定的直流电的能量变换器。过去常采用分立元件来构成稳压单元,当性能指标要求较高时,电路结构往往比较复杂,给使用和维修带来许多不便。现在,随着集成电路的发展,集成稳压器的种类越来越多,应用也越来越广泛,在许多场合我们都偏爱于用集成稳压器为核心加上一些外围元件来构成稳压单元。用集成稳压器作稳压单元的电源叫做集成稳压电源,它具有一般集成电路体积小、重量轻、安装和调试方便、可靠性高等优点,因此具有良好的发展前景。
由于集成稳压器的出现,稳压电源的设计大为简化。通过对本章内容的学****与实践,要求大家学会选择变压器、整流二极管(或整流桥)、滤波电容及集成稳压器等器件来设计直流稳压电源,掌握稳压电源的主要性能参数及测试方法,熟悉从理论设计到制作出成品的全过程。
第一节直流稳压电源
一、直流稳压电源的结构与原理
不论用分立元件构成稳压器,还是用集成稳压器,一个完整的直流稳压电源分为变压、整流、滤波和稳压四个部分。其框图及对应的特征波形如图2-1-1所示
稳压
滤波
整流
变压
Us U2 U2 Ui UO
220v
50HZ
UO
Ui
U2
t
t
t
t
t
图2-1-1
变压是利用电源变压器将电网220V的交流电压U1变换成整流滤波电路所需要的交流电压U2。当用1:1的变比来变压时,通常称为信号隔离。
整流是利用二极管的单向导电作用,构成单相半波、全波、桥式或倍压整流电路,或利用其它半导体器件,如SCR可控硅等,将双向的交流电压U2变成单向脉动直流电压。
滤波是利用电容、电感等储能元件的平波作用构成滤波电路滤除纹波,输出较平滑的直流电压U1。
稳压电路的作用是提高输出直流电压Uo的带负载能力和稳定性,分立元件稳压电路和集成电路常采用串联负反馈式。图2-1-2给出了其基本框图以及对应的一种较简单的电路。
RL是负载电阻,R1.、R2是取样电阻,BG1、BG2组成差分式比较放大器,D提供比较放大器的基准电压,BG3是稳压器的调整管,当输出电压Uo发生变化时,变化的量由差动放大器与基准电压进行比较,并将变化量送至调整管,此时,调整管的Uce3作相应的变化,从而使输出电压Uo达到稳压效果。设RL变动使Uo升高,其稳压过程如下:
BG3
+
调整器
RC
+
R3
+
+
A
取
样
电
路
基
准
电
压
R1
RL
Uo
+
Uo
RL
Ui
Ui
BG2
R2
BG1
Re
-
D
_
_
_
_
图2-1-2
Uo Ub1 Uc1 Ub3 Uce3 Uo
这个稳压原理我们可以通过下面的简单例子加以说明。
电路如图2-1-3所示
图2-1-3
Uo
RL
Rx
Ui
此时
RL为负载电阻,当Ui变化时,调RX改变其分压即可保持Uo不变。上例中BG3的Uce3变化起到了这个作用,只是它利用的是三极管自身的调整功能。
二、直流稳压电源的技术指标及测试方法
一台集成直流稳压电源,技术指标如下:
直流输出电压Uo可调范围(Uomin~Uomax)
最大输出电流Iomax
输出端纹波电压DUo
稳压系数Sv
输出动态电阻Ro
前两个指标是稳压电源的特性指标,它决定了电源的适用范围,同时也决定了稳压器的特性指标及如何选择变压器、整流二极管和滤波电容等。而后三个指标为稳压电源的质量指标(含温度系数)。
最大输出电流是指稳压电源正常工作的情况下能输出的最大电流。用Iomax表示。一般情况下的工作电流Io<Iomax,稳压电路内部应有保护电路,以防止Io>Iomax或者输出端与地短路时损坏稳压器。
直流输出电压是指稳压电源的输出电压,也即是稳压器的输出电压,用Uo表示。
采用图2-1-4所示电路可同时测量Uo与Iomax。测试过程是:先调节输出端的负载电阻,使、交流输入电压为220v,此时数字电压表的测量值即为Uo,再使RL逐渐减小,直到Uo的值下降5%,此时负载RL中的电流即为Iomax(记下Iomax后迅速增大RL,以减小稳压器的功耗)。