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集成稳压电源的设计摘要：
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介绍了集成稳压电源电路应用和发展方向、直流稳压电源的组成以及各个部分的作用；采用一片LM317稳压精度较高、使用极为广泛的串联集成稳压器，设计了一种简单实用的集成稳压电源。关键词：整流；滤波；稳压；纹波电压1引言采用集成工艺，将调整管、基准电压、取样电路、误差放大和保护电路等集成在一块芯片上，构成了集成化稳压电源。所以集成稳压电源就是稳压电源的集成化，它具有体积小、可靠性高、使用方便等优点，在科研、生产、实验等场合的使用非常广泛。它可作计算机、单片微机开发、电力自控系统、大专院校科研院所、工厂及中学实验室稳压电源；也可作为电气设备、电子仪器的一部分；还可作为实验室独立的电源设备使用。现在随着电脑和手机的普及，稳压电源发挥着不可磨灭的作用。2电源电路的集成和发展方向随着电子技术的发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多；体积越来越小，通信设备内部集成电路芯片等所需用的直流电源要求体积要小。所以我们需要将原来的电源进行改革，这样就促进了电源的模块化和集成化，集成化、模块化使电源产品体积小、可靠性高，给应用带来极大方便，但是随着电流增加，速度要求更快的时候，现有的解决办法将无法达到它的要求，解决的办法就是做系统集成。但由于对电源体积和工作频率等要求的提高，集成化的直流稳压电源又向着高频化、高效率、无污染、模块化的方向发展。3直流稳压电源的组成及各个部分的作用3.1直流稳压电源的组成部分在电子电路及设备中，一般都需要用到稳定的直流电源供电。它是将一般的频率为50Hz、有效值为220V的单相交流电压转换为幅值稳定、输出电源为几百毫安以下的直流电压。它一般由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成。单相交流电经过此过程转换成稳定的直流电压。如图1所示，其中电源变压器将交流电网电压U1变为合适的交流电压U2；整流电路将交流电压U2变为脉动的直流电压U3；滤波电路将脉动直流电压U3转变为平滑的直流电压U4；稳压电路清除电网波动及负载变化影响，保持输出电压U0的稳定。3.2整流滤波电路变压器副边电压通过整流电路由交流转换为直流电源电压，即将正弦波电压转换成为一种单一方向的脉动电压。但是这样的电压都含有较大的交流分量，为了减小电压的脉动，需通过低通滤波电路，使输出电压平滑。理想情况下，应将交流量全部滤掉，使滤波电路的输出电压仅为直流电压，然而由于滤波电路为无源电路，所以接入负载后势必影响其滤波效果。所以只能变为交流分量较小的直流电压，对于稳定性要求不高的电子电路，可以直接作为供电电源。
常用的几种整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流电路，直流稳压电源的整流电路多使用单相全波整流电路，这种电路在相同的变压器的副边电压下，对二极管的参数要求是一样的，并且还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点，因此得到了广泛的应用。整流电路如图2所示。
整流电路将交流电压U1变为脉动的直流电压。在这里我们用的是单相整流电路，它是由四只二极管组成，其构成的原理是保证在变压器副边电压U2的整个周期内，负载的电压和电流方向始终不变。若要达到这样一个目的，就要在U2电压的正、负半周期内正确引导流向负载的电流，使其方向不变。通过D1、D3和D2、D4两对二极管的交替导通，使得负载电阻RL上在U2的整个周期内都有电流通过，而且方向不变，输出电压:()20 001 2 2d 0.92UU u t Uπωππ=∫==(1)整流电路的输出电压虽然是单一的，但是脉动比较大，含有较大的谐波成分，因此，整流之后还需要利用滤波电路将脉动的直流电压变成平滑的直流电压。直流电源中采用的滤波电路都是无源电路，在理想情况下，滤波后只保留直流成分。电容滤波电路是最常见也是最简单的滤波电路。以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图3所示。
当变压器副边电压U2处于正半周并且数值大于电容两端电压UC时，二极管D1、D3导通，电流一路流经负载电阻RL，另一路电路对电容C充电。因为在理想情况下，变压器副边无损耗，二极管通电电压为零，所以电容两端电压UC(即U0)与U2相等，当U2上升到峰值后开始下降，电容通过负载电阻RL放电，其电压UC也开始下降，趋势与U2基本相同，但是由于电容是按指数规律放电，所以当U2下降到一定数值后，UC的下降速度小于U2的下降速度，使得UC大于U2，从而导致D1、D3反向偏置而变为截止。此后，电容C继续通过RL放电，UC按指数规律缓慢下降。当U2的负半周幅值变化到恰好大于UC时，Ｄ2、D4因加正向电压变为导通状态，U2再次对Ｃ充电，UC上升到U2的峰值后又开始下降；下降到一定数值时，Ｄ2、D4变为截止，C对RL放电，UC按指数规律下降；放电到一定数值时D1、D3变为导通，重复上述过程。其波形如图4所示：
图4电路滤波曲线图近似估算U0=1.2U。而且流过二极管瞬时电流很大，RLC越大导致U0越高，负载电流的平均值越大，整流管导电时间越短，因而ＩD的峰值电流越大。一般选管时，取D0I =I(2)滤波电路的输出特性曲线如图5所示，可知输出波形随负载电阻RL或C的变化而改变，U0随之改变。RL愈小(I0越大)，U0下降多。所以电容滤波电路一般适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。
3.3稳压电路的选择当负载电流变化时，由于整流滤波电路存在内阻，输出电压将要变化；当电网电压波动时，使整流滤波电路输出的直流电压不稳定。为了获得相对稳定的直流电压，我们在整流滤波之后通常还要接一个稳压电路。在小功率设备中常用的稳压电路有线性稳压电路、稳压管电路和开关型稳压电路等。其中稳压管稳压电路较简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压。开关型稳压电源效率较高，目前使用也比较多，但是电路比较复杂，而且价格比较贵。而且本次设计的要求不是很高，所以使用了图6所示的最简单的稳压电路。当电网电压升高时，稳压电路的输入电压UI随之增大，输出电压UO也随之按比例增大；但是因为(UO=UDZ)因而根据稳压管的伏安特性，UDZ的增大将使IZ急剧增大；使得IR也急剧增大，因此UR会同时随着IR而急剧增大；而UR的增大必将使输出电压UO减小。因此只要参数选择合适，R上的电压增量就可以与U1的增量近似相等，从而使UO基本不变。可以描述如下：电网电压上升时：电网电压↑→UI↑→UO↑(UO=UDZ)↑→IZ↑→IR↑→UR↑抵偿UI的增加→UO↓保持近似不变当电网电压下降的时：电网电压↓→UI↓→UO↓(UO=UDZ)↓→IZ↓→IR↓→UR↓抵偿UI的减少→UO↑保持近似不变考虑到种种原因，选择稳压管应该使0(1.5~3)ZM MI =I(3)0(2~3)IU =U(4)
44图6稳压电路4实用集成稳压电源的设计4.1实用集成稳压电源的设计方案集成稳压电源种类繁多，有简单的，有复杂的。因为条件的限制，设计的只是最简单的，仅仅只用到一片集成芯片LM317的直流稳压电源，如图(7)所示。该电源的输出电压连续可调，LM317输出电流为1.5A，输出电压可1.25V--37V之间连续可调，输出电压由两外接电阻R1、RP1所决定，输出端和调整端之间的电压差为1.25V，这个电压将产生几毫安的电流，经R1、RP1到地，在RP1上产生了一个变化的电压加到调整段，通过改变RP1范围就能改变输出电压。为了得到稳定的电压输出，流经R1的电流要小于3.5mA，LM317在不加散热片时最大功耗为2W，在加足够大的散热板时其最大功耗可达15W。VD1为保护二极管，以防稳压器输出段短路而损坏IC，VD2用来防止输入短路而损坏集成电路。4.2器件选择与制作对于整个电路来说，整流桥应选用电流大于3A而耐压大于50V的，二极管VD1、VD2选用1N4002；C1、C3、C4选用耐压大于50V的电解电容；C2选用陶瓷电容；电阻用1/8W碳膜电阻；RP1选用5.1K电位器。因为电路并不复杂，只要按照原理图去装配即可，但要注意的是二极管和电解电容的极性，装配时，可以制作一块小的
线路板，也可以直接用元件搭接。LM317因工作电流较小，可以不加散热片。装好后再检查一遍，无误后接通电源。这时用万用表测量C1两端，应有11V左右的电压，再测C3两端，应有2-7V的电压。再调节RP1，C3两端的电压应该能够改变，调到你所需要的电压即可。输出端可以接一根十字插头线，以便与随身听等用电器相连。而且此电路只要元件安装无误，无须调试即可使用。
4.3稳压电源的性能指标及测试方法稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数（或电压调整率）、输出电阻（或电流调整率）、纹波电压（纹波系数）及温度系数。测试电路如图(8)：
(1)纹波电压：叠加在输出电压上的交流电压分量。用示波器观测其峰峰值一般为毫伏量级。也可用交流毫伏表测量其有效值，但因纹波不是正弦波，所以有一定的误差。(2)稳压系数：在负载电流、环境温度不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化。(3)电压调整率：输入电压相对变化为±10%时的输出电压相对变化量，稳压系数和电压调整率均说明输入电压变化对输出电压的影响，因此只需测试其中之一即可。(4)输出电阻及电流调整率：输出电阻与放大器的输出电阻相同，其值为当输入电压不变时，输出电压变化量与输出电流变化量之比的绝对值。电流调整率：输出电流从0变到最大值时所产生的输出电压相对变化值。输出电阻和电流调整率均说明负载电流变化对输出电压的影响，因此也只需测试其中之一即可。5结束语集成稳压电源与一般分立元件的稳压电源相比较，具有性能优良、可靠性高、体积小、价格低廉的优点，因此获得了广泛的应用。并且粗略的讲解了集成稳压电源的现状和发展方向。并且分步讲叙了稳压电源的组成原理和各个部分的作用。最后采用LM317稳压器设计了一个简单实用的集成稳压电源。参考文献[1]康华光.电子技术基础模拟部分[M].北京：高等教育出版社，1999.[2]童诗白，华成英等.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2001.[3]张乃国.电源技术[M].北京：中国电力出版社，1998.[4]周仲.国产集成电路应用[M].北京：电子工业出版社，1993.[5]吕天祥.电路基础[M].成都：西南交大出版社，1994.[6]金树泽.电子技术基础[M].成都：西南交大出版社，1994.[7]秦曾煌.电工学[M].北京：高教出版社，1993.[8]I.M.戈特利布.稳压电源[M].北京：科学出版社，1993.[9]清华大学电子工程系.晶体管电路[M].北京：科学出版社，1974.
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