基于数显直流稳压电源的毕业设计(3)

整流电路的任务是将交流电变换成直流电。完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。在小功率整流电路中，常见的集中整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流电路。本设计采用单相桥式整流电路。

单相桥式整流电路是工程上最常用的单相整流电路。在工作时，电路中的四只二极管都是作为开关运用，当正半周时，二极管V1、V3导通（V2、V4截止），在负载电阻上得到正弦波的正半周；当负半周时，二极管V2、V4导通（V1、V3截止），在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。桥式整流电路原理图如图6所示。

图6 桥式整流电路原理图

选择二极管要依据二极管的反向耐压VRM和正向电流IF。由于滤波电容的容量愈大，二极管导通角愈小，通过二极管脉冲电流的幅度愈大，因此，整流管的幅值电流必须加以考虑。流过整流管的平均电流：

ID

Ii

2

Io

0.01A

Ii

IR2

IR2

IR1 Iadj

式中Ii 为稳压器的输入电流，IR1、IR2、Iadj 分别为流过R1、R2，以及调整端的电流，则：

ID

0.01 Io

2

考虑到电容充电电流的冲击，正向电流一般取平均电流的2～3 倍。二极管最大反向电压：

Udmax

2

1.2Ui

式中U2为电源变压器次级电压有效值，Ui为整流输出电压(即稳压器输入电压)。为了保证稳压器LM317稳定运行，输入电压Ui与输出电压U0之差一般在5～15V范围，取Ui-U0=10V，得：

Udmax 1.2Ui 1.2(Uo 10) 12 1.2Uo

设计时可考虑一定的余量。根据计算，1N4007的二极管符合设计要求，可以用作整流桥。桥式整流电路电压和电流波形如图7所示。

图7 桥式整流电路电压和电流波形

如图7所示，在交流电压u2的整个周期内，负载Rl都有同方向的电流通过，故Rl上得到单方向全波脉动的直流电压。这样，四个二极管组成的整流桥就完成了整流的功能。

3.2.2 滤波电路

整流电路将交流电变为脉动直流电，但其中含有大量的交流成分（称为纹波电压）。所以我们需要在整流电路之后加入滤波电路进行滤波，才能得到稳定的直流电压。

对于滤波电路的选择有两种方案：

方案一：采用电感滤波电路。由于电感在电路中有储能的作用，所以在电路中可以串联电感，当电源供给的电流增加时，它能够把能量储存起来，当电流减小时，它有可以把能量释放出来，是负载电流比较平滑，有平波的作用。在电感滤波电路中，整流管的导电角度比较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦，但是由于铁芯的存在，比较笨重，体积比较大，而且容易引起电磁干扰。一般的情况下只适用于低电压，大电流的场合。电感滤波电路图如图8所示：

图8 电感滤波电路

方案二：采用电容滤波电路。由于电容在电路中也是起到储存能量的作用，并联的电容器在电源供给的电压升高时，能够把部分能量储存起来，而当电源电压减低的时候，就能把能量释放出来，是负载电压比较平滑稳定，也就是电容也有平波的作用。电容滤波电路比较简单，而且负载直流电压比较高，纹波也比较少，适用于负载电压较高，负

载变动不大的场合，也减轻了电路设计和实际焊接的工作。电容滤波电路原理图如图9所示。

图9 电容滤波电路

经过分析，最终决定采用方案二。

经过滤波，电路的电压、电流波形如图10所示。滤波电解电容C的选择原则是：取其放电时间常数RLC大于充电周期的3～5 倍，其耐压值必须大于脉动电压峰值。对于桥式整流电路来说，脉动电压峰值为2U2，C的充电周期等于交流电源周期T的一半，即C≥(3~5) T2RL，式中RL为整流后的等效负载电阻，经过考虑，本设计取C为2200uF。

设电容两端初始电压为零，并假定t=0时接通电路，输入电压U2为正半周，当U由零上升时，V1、V3导 通，C被充电，同时电流经V1、V3向负载电阻供电。忽略二极管正向压降和变压器内阻，电容充电时间常数近似为零，因此Uo=Uc≈U2，在u2达到最大值时，Uc也达到最大值，然后U2下降，此时，Uc>U2，V1、V3截止，电容 C向负载电阻RL放电，由于放电时间常数τ=RLC一般较大，电容电压Uc按 指数规律缓慢下降，当下降到|U2|>Uc时，V2、V4导通，电容C再次被充电，输出电压增大，以后重复上述充放电 过程。其输出电压波形近似为一锯齿波直流电压，使负载电压的波动大为减小。

图10 桥式整流、电容滤波时的电压、电流波形

3.3 稳压电路

稳压电路是整个设计之中一个很重要的组成部分，几乎所有的电子设备都需要稳定的直流电源供电才能正常工作。所以，研究和熟悉稳压电路的组成和设计具有非常重要的意义。

稳压电路主要用于提供更加稳定的直流带能源。考虑到整流滤波电路的输出电压和理想的直流电源还是有相当的距离，主要是存在两方面的问题：第一方面，但负载电流变化的时候，因为整流滤波电路存在一定的内阻，所以输出的直流电压将有可能随之发生变化。第二方面，由于电网电压并不稳定，当电网电压发生波动时，整流电路的输出电压直接与变压器副边电压有关，因此输出直流电压也相应的发生变化。因此，在设计中，采用三端集成稳压器lm317来实现稳定电压的功能。

其中，调整管接在输入端和输出端之间。当电网电压或负载电流波动时，调整自身的集-射压降使输出电压基本保持不变。放大短路将基准电压与从输出端得到的采样电压进行比较，然后再放大并送到调整管的基极。放大倍数越大，则稳定性能越好。由于三端集成稳压器是串联型直流稳压电路的一种，而串联型直流稳压电路的输出电压和基准电压成正比，因此，基准电压的稳定性将直接影响稳压电路的输出电压的稳定性。采样电路由两个分压电阻组成，它将输出电压变化量的一步份送到放大电路的输入端。启动

电路的作用是在刚接通电流输入电压的时候，是调整管、放大电路和基准电源等建立各自的工作电路，而当稳压电路正常工作是启动电路被断开，影响稳压电路的性能。保护电路主要起到限流保护，过热保护和过压保护的作用。

稳压部分的电路原理图如图11所示。

图11 稳压电路原理图

LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压

块。317系列稳压块的型号很多：例如LM317HVH、W317L等。电子爱好者经常用317稳压块制作输出电压可变的稳压电源。 稳压电源的输出电压可用下式计算：

RVo 1.25(1 )

R3

仅仅从公式本身看，R3、R2的电阻值可以随意设定。然而作为稳压电源的输出电压计算公式，R3和R2的阻值是不能随意设定的。1，2脚之间为1.25V电压基准。为保证稳压器的输出性能，R3应小于240欧姆。改变R2阻值即可调整稳压电压值。D5，D6用于保护LM317。

首先317稳压块的输出电压变化范围是Vo＝1.25V—37V（高输出电压的317稳压块