稳压电源参数的计算方法

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：电位器RP接在稳压器的调整端与电源地端之间。稳压器LM317可稳定工作在最大输出电压不超过18V的情况下。RP是稳压器的外接可调取样电阻。2）稳压系数Su测试：稳压系数是表征稳压电源在电网电压变化时，输出电压稳定能力的参数，即输出电流不变时，输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比。

1.并联稳压电源的参数计算

例：并联稳压管稳压电路如图8-16所示。已知u_i=20V，变化范围±20%，稳压管稳压值U_Z=+10V，负载电阻R_L变化范围为1～2kΩ，稳压管的电流范围I_Z为10～60mA。

1）试确定限流电阻R的取值范围；

2）若已知稳压管D_Z的等效电阻r_Z=10Ω，估算电路的稳压系数S_T和输出电阻。

解：

1）确定限流电阻R的范围

图8-16 并联型稳压电路

由图8-16电路可知，当u_i为最大值向负载R_L中流过最小电流I_Lmin时，稳压管中流过的电流最大，但其值必须小于稳压管额定的电流最大值I_Zmax，即

由式（8-19）可得限流电阻R下限值的计算公式为

由已知条件

U_imax=u_i（1+20%）=24V

I_Zmax=60mA

U_Z=+10V

可解得

当u_i为最小值，负载电流I_L为最大值时，稳压管中流过的电流为最小值，其值应大于I_zmax，即

由式（8-21），可得限流电阻R上限值的计算公式为

将已知条件

U_imin=[u_i（1-20%）]V=16V

I_Zmin=100mA

代入式（8-22）得

因此，限流电阻R的取值范围为：215Ω<R<300Ω

2）稳压系数S_T与输出电阻R_o的估算

稳压系数S_T的定义是

在R_L不变情况下，S_T可改写为

图8-17 等效电路

在考虑输入变化量对输出变化量的影响时，图8-16电路可画成如图8-17所示的等效电路。由图8-17电路可知：

在R_L>>r_z条件下，上式可近似为

于是，稳压系数S_T为

已知r_z=10Ω，若取R=250Ω，则

电路的输出电阻R_o为

R_o=r_z∥R≈r_z=10Ω

2.三端稳压集成电源的参数计算

（1）输出电压的计算

三端可调正压集成稳压器LM317的典型应用电路如图8-18所示。电阻R接在稳压器的输出端2和调整端3之间，其两端电压固定在1.25V（U_REF）。电位器RP接在稳压器的调整端与电源地端之间。流过RP的电流包括两部分：一部分是流过R的电流，另一部分是稳压器调整端流出的电流I_A。这两个电流在RP上产生的总电压降为

U_RP=（IR+I_A）RP

而加在负载两端的电压则等于电阻R、RP上的电压之和，即

u_o=I_RR+I_RRP+I_ARP

图8-18 三端可调正压集成稳压电源

由于稳压器的调整端电流I_A仅有50_μA，而且非常稳定，而I_A1=U_REF/R=1.25V/240Ω=5mA，显然I_A1>>I_A，因而可将上式中的I_ARP忽略不计，简化为

u_o=I_RR+I_RRP

而

I_A1=U_REF/R

因此

U_o=R×U_REF/R+RP×U_REF/R=U_REF（1+RP/R）=1.25（1+RP/R）

从以上公式可以看出，把R₁固定，调节电阻R₂即可改变稳压器的输出电压u_o。稳压器LM317可稳定工作在最大输出电压不超过18V的情况下。固定电阻R用240Ω，调节电位器RP用0～4.7kΩ，就能从输出端得到1.25～18V的连续可调电压，输出电流可达1.5A。

（2）元器件参数的计算及选择

R是稳压器的外接取样电阻。由于LM317的最小负载电流是5mA，为了能保证这一点，R的最大值为R_max=U_REF/5mA=250Ω，实取R数值是240Ω。

RP是稳压器的外接可调取样电阻。当R确定之后，为了使输出电压u_o在1.25～18V之间连续可调，RP的变化范围应在0～4.7kΩ，所以使用了4.7kΩ电位器。

电容C₁是整流滤波电容，一般可选用1000_μF的电解电容，耐压要大于32V。

C₃是为了要减小取样电阻RP两端的纹波电压而设置的旁路电容。由于RP上的电压是输出电压的组成部分，在加上电容C₃之后，可以有效地减小输出纹波电压。C₃容量取10μF，其耐压要大于50V。

C₂是稳压器输入端的滤波电容，可选用0.33μF，耐压32V的涤纶电容。

C₄的作用是防止输出端呈容性负载时可能会出现的自激现象，当稳压器发生自激时，会失去稳压能力。C₄一般使用1μF的钽电容或25pF的铝电解电容，耐压要大于25V。

VD₅是保护二极管，可选用2CP11，用来防止当输入端发生短路时，因C₄放电而造成稳压管内部调整管的损坏。

VD₆也是保护二极管，当接上电容C₂后，可以减小输出端的纹波电压。当外接取样电阻RP上的电压超过7V时，一旦输出端出现短路，电容C₂就会通过稳压器的调整端向输出端放电，稳压器中的放大管的BE结有可能会遭到损坏，而在调整端与输出端之间接上了VD₆后，在正常情况下，VD₆反偏，不起作用，当输出端出现短路时，VD₆因正偏而导通，为C₂提供了放电回路，从而保护了放大管。VD₆可选用与VD₅性能相近的二极管。如果C₂的容量比较小，也可不用VD₆。

（3）直流稳压性能指标的测量计算

1）最大输出电流与输出电压的测试：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I_om表示。输出电压是指稳压电源中稳压器的输出电压。

测试方法：在稳压器的输出端接负载电阻R_L，使R_L=u_o/I_o，调节变压器一次绕组输入电压u_i到220V，测出u_o，即为输出电压值。再调节R_L，使之逐渐减小，直到u_o值下降5%，此时R_L负载中的电流即为I_om。在上述测试时，为提高测试精度，减小误差，应用直流数字电压表测量；在测I_om时，记下I_om后应迅速增大R_L以减少稳压器功耗。

2）稳压系数S_u测试：稳压系数是表征稳压电源在电网电压变化时，输出电压稳定能力的参数，即输出电流不变时，输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比。即

由于工程中常把电网电压波动±10%作为测试条件，因此，将该条件下的输出电压的相对变化量作为衡量指标，所以又称为电压调整率。

测试方法如下：先调节负载电阻R_L，使达到满负荷后保持不变，然后调节自耦变压器，使输入电压u_i=242V，测试此时输出电压记为u_o1；再调节自耦变压器，使输入电压u_i=198V，测试此时输出电压记为u_o2；然后再测出u_i=220V时对应的输出电压u_o，用稳压系数公式（8-27）计算。

为提高测量精度，输出电压需用直流数字电压表测量。

3）纹波电压的测量：稳压后输出直流电压中，仍含有交流成分，纹波电压是指叠加在输出电压上的交流分量。纹波电压为非正弦量，常用其峰-峰值来表示ΔU_op-p，一般为毫伏级。可用示波器进行测量。测量方法是将示波器Y轴输入耦合开关置于“AC”档，选择适当Y轴灵敏度旋钮挡位，便可清晰观察到脉动波形，从波形图中读得峰-峰值。

4）输出电压U_o及其调整范围：调节RP，u_o可在1.25～18V范围内连续可调，经调节达不到这个范围要求，可变换R、RP的阻值。

5）输出电流的调整。调节RP，是u_o=4.5V，改变负载电阻R_L，使输出电流分别为100mA和1.5A，此时电路元件无异常即可。

稳压电源参数的计算方法

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