可调直流稳压电源电路的设计与实现

广东理工学院电气工程系 王天凤 梁子卫

可调直流稳压电源电路的设计与实现

广东理工学院电气工程系 王天凤 梁子卫

直流电源作为电子技术教学实验必不可少的设备，本文设计了一种正负电压为1.25～17V连续可调的直流稳压电源电路，其中运用变压器降压，二极管整流，电容滤波，集成稳压器稳压，最终输出相对稳定的、连续可调的正负直流电压。

整流；滤波；稳压

1. 引言

在电子技术教学实验中，直流电源的使用率很高，然而厂家生产的标准产品成本较高，本电路设计的可调直流稳压电源实用性强，成本低，还可以作为教具教学使用，本文将详细介绍电路设计中各个环节的工作原理以及元器件的参数选择。

2. 电路设计原理图

图1 可调直流稳压电源电路

3. 设计过程

3.1 降压电路

若要得到最大输出为正负17V的直流电压，根据公式负载电压VL与交流电压V2的关系VL=(1.1～1.2)V2，可知交流电压应为15V，可用变压器把220V的交流电降压至所需电压，根据电路要求，变压器应选择交流220V/15V具有中间抽头的三端输出变压器。

3.2 整流电路

整流电路一般有三种形式，分别是半波整流、全波整流、倍压整流，其中半波整流只得到半个周期的脉动直流电，电源利用率低下而极少采用，倍压整流的输出电压要高于电源电压，不符合本设计电路的要求，全波整流能得到全波脉动直流电，对电源的有效利用率大大提高，因此最适宜采用全波整流。如电路原理图1所示，当交流电压变化到正半周时，电压流经的路径有两条，分别是：V2a→D1→V1a→V地，V地→V1b→D4→V2b，V地作为零电位参考点，由第一条路径可得出V1a→V地，V1a为正电压，由第二条可得出V地→V1b，V1b为负电压，当交流电压变化到负半周时，电压流经的路径也有两条，分别是：V2b→D2→V1a→V地，V地→V1b→D3→V2a，由此可见，第一条从V1a→V地，V1a仍为正电压，第二条从V地→V1b，V1b仍为负电压。这正是充分利用了交流电压的正负半周整流得到正负两种直流电压。整流后的电压与电源电压的关系为VO=0.9V2。

对于整流二极管的选择应考虑反向耐压至少大于次级电源电压的峰值21.2V，同时考虑到电网电压的波动，因此整流二极管的反向耐压值的选择应大于电源电压的两倍以上，型号为IN4001的整流二极管，最大反向峰值电压为50V,平均整流电流为1A，最大峰值浪涌电流为30A，可满足电路的设计要求，故选用IN4001作为整流二极管。

3.3 滤波电路

经过整流电路之后，交流电变换成脉动直流电，频率为100HZ，其中包括恒定分量和谐波分量，这些谐波分量总称为纹波，为使波形更平滑稳定，可用滤波电路实现。滤波电路的形式一般分为电容输入式和电感输入式，前一种多用于小功率电源中，而后一种多用于较大功率电源中，本设计电路的使用范围主要在实验室的各种基础性电子实验中，通常为小功率电路，因此滤波电路选择电容式滤波。C1、C2、C5、C6、C9、C10为滤波电解电容。设电容两端的初始电压为零，当交流电为正半周时，通过D1、D4向C1充电，当为负半周时，通过D2、D3向C1充电。根据公式，电容的充电时间常数为τC=RintC，其中Rint包括变压器二级绕组的直流电阻和整流二极管的正向电阻，一般为十几至几十欧姆，阻值很小，电容器很快就充电到交流电压V2的最大值。当电路空载时，电容没有放电回路，输出电压保持在VO=V2。当接入负载时，电容的放电时间常数为τd=RLC,其中RL为负载，为得到平滑的负载电压，一般取τd≥（3～5），T为交流电压的周期。该电路选用470μF的电解电容。C3、C4、C7、C8为小容量滤波电容，也叫退耦电容，主要作用是消除高频干扰，给高频信号提供出路流向接地端，由电容的容抗XC=可知，频率越高，阻抗应该越小，但电容中有感抗成分影响，达到某个频率后阻抗反而变高。0.01μF瓷片电容在33MHZ以下都是电容特性，因此去耦电容选择0.01μF的瓷片电容。

3.4 稳压电路

三端稳压器型号多种多样，一般由启动电路、基准电压电路、取样比较放大电路、调整电路和保护电路等部分组成。本电路设计目的是输出可调的直流电压，因此选用LM317作为正输出的稳压可调，LM337作为负输出的稳压可调。经过滤波之后的电压接在稳压器的Vin端，ADJ端接可调电位器以调整输出电压的幅值，Vout端的正输出电压为：

负输出电压为：

其中VREF为三端稳压器的内部基准电压，约为1.25V。流过RP1、RP2的电流是LM317和LM337的Adj端电流与流过R2的电流之和，为削弱Adj端电流（最大电流值达到100μA）对输出电压的影响，流过R2的电流应远大于100μA，一般取5mA，因此R2=R3=1.25V/5mA=250Ω,根据标称值取240Ω，D5、D6、D7、D8选取型号为IN4001的二极管作为稳压器保护，当电路断电时，滤波电容经过二极管放电，避免流入三端稳压器造成输出端电位高于输入端电位从而导致稳压器的毁坏。

3.5 电路测试

接入交流电，整流、滤波波形如图2、图3所示。

图2 整流波形

图3 滤波波形

4. 结语

通过电路样板的制作与焊接，测试可得到可调的正负电压1.25～17V，该直流电压波形稳定平滑，可以作为各种基础性电子技术教学实验的备用直流电源。该电压能够满足基本的电子实验要求，并且该电路的设计与实现，对学生掌握模拟电子技术中的电源电路这部分知识内容具有实际的教学意义。

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[2]谢自美.电子线路设计、实验、测试[M].武汉:华中科大出版社,2000.

[3]中国电源协会.现代电源技术[M].北京:科学出版社,1997.

[4]陆坤.电子设计技术[M].成都L电子科技大学出版社,1997.

王天凤（1988—），女，大学本科，助教，研究方向：应用电子技术。

梁子卫（1987—），男，大学本科，助教，研究方向：电力电子技术。