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1、模电直流稳压电源设计 姓 名： 王宝男 学 号： 2009131106 专业班级： 电子信息093 指导老师： 苗凤娟 摘要直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并实现电压可在3-18V可调。几乎所有的电子电路都需要稳定的直流电源，在检定检修指示仪表时，除了要有合适的标准仪器外，还必须要有合适的直流电源及调节装置。当由交流电网供电时，则需要
2、把电网供给的交流电转换为稳定的直流电。交流电经过整流、滤波后变成直流电，虽然能够作为直流电源使用，但是，由于电网电压的波动，会使整流后输出的直流电压也随着波动。同时，使用中负载电流也是不断变动的，有的变动幅度很大，当它流过整流器的内阻时，就会在内阻上产生一个波动的电压降，这样输出电压也会随着负载电流的波动而波动。负载电流小，输出电压就高，负载电流大，输出电压就低。直流电源电压产生波动，会引起电路工作的不稳定，对于精密的测量仪器、自动控制或电子计算装置等，将会造成测量、计算的误差，甚至根本无法正常工作。因此，通常都需要电压稳定的直流稳压电源供电。直流稳压电源可以作为各种晶体管仪器、仪表、电子计算
3、机、自动控制系统与设备的直流电源。精密稳压、稳流电源还可作为检定某些电工仪表用的稳压、稳流电源。因此，晶体管直流稳压电源是科研、生产、教学和维修等单位常用的必备仪器。关键词:直流；稳压；变压；整流；滤波绪论1.1电子技术的发展趋势1.1.1概括发展历史现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频
4、、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。1.1.2 现代电子技术的应用领域高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日能源之星计划规定,桌上型个人电脑或相关的外围设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消
5、耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器, 将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源
6、的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等
7、领域也有广阔的应用前景。在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。2 半导体直流稳压电源电路的设计2.1 设计方案（总体框图设计）2.1.1 电路原理直流稳压电源的工作流程如下： 图2 . 1 .
8、1 直流稳压电源的设计电路框图图2 . 1 . 2 直流稳压电源的方框图结合图2.1.1、图2.1.2，我们得出直流稳压电源的工作原理：电路接入幅值为220V、频率为50Hz的ui，通过电源变压器，将220V的电压幅值调整为合适的电路工作压值u2。通过电源变压器输送过来的交流电，再通过桥式整流电路BRIDGE，得到单方向全波脉动的直流电压。由于单方向全波脉动的直流电压中含有交流成分，为了获得平滑的直流电压，在整流电路的后面加一个滤波电路，以滤去交流成分，电容C就起到这个作用；对于要求不高的电路，经过滤波后的直流电压可以直接应用，对于一些要求比较高的电路。我们在滤波电路的后面再接一个稳压电路，使
9、输出的直流电压更加平滑，如集成稳压器CW7812和CW7912。一般来说，滤波电容C的容量比较大，本身就存在着较大的等效电感，因此对于引入的各种高频干扰的抑制能力很差。为了解决这个问题， 在电容C旁并联一只小容量电容器C1、C2，就可有效地抑制高频干扰。 另外，稳压器在开环增益较高、负载较重的状态下时，由于分布参数的影响，有可能产生自激，C1、C2则兼有抑制高频振荡的作用。输出端接入电容器C3、C4、C5、C6，是为了改善瞬态负载响应特性和减小高频输出阻抗。2.2电源变压器单元电路的设计源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。变压器副边与原边的功率比为
10、P2/ P1=。图2 . 2 . 1 电源变压器电源变压器的功能是功率传送、电压变换和绝缘隔离，作为一种主要的软磁电磁元件，在电源技术中和电力电子技术中得到广泛的应用。根据传送功率的大小，电源变压器可以分为几档：10kVA以上为大功率，10kVA0.5kVA为中功率，0.5kVA25VA为小功率，25VA以下为微功率。2.3 整流单元电路的设计 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（1kW以下）整流电路中，常见的几种整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流电路。（二极管用理想模型来处理，即正向导通电阻为零
11、，反向电阻为无穷大）。图2 . 3 . 1 单相桥式整流电路图图2.3.1是容性负载单相桥式整流电路。它的四臂是由四只二极管构成，当变压器B次级的1端为正、2端为负时，二极管D2和D4因承受正向电压而导通，D1和D3因承受反向电压而截止。此时，电流由变压器1端通过D4经RL，再经D2返回2端。当1端为正时，二极管D1、D3导通，D2、D4截止，电流则由2端通过D3流经RL，再经D1返回1端。因此，与全波整流一样，在一个周期内的正负半周都有电流流过负载，而且始终是同一方向。负载上的直流电压VL和直流电流IL的计算：图2 . 3 . 2 单相桥式整流电路电压、电流波形图（2.3.1）负载电压vL的
12、平均值为： VL = = 0.9V2 （2.3.2）直流电流为： IL = （2.3.3）而谐波分量总称为纹波，它叠加于直流分量之上。常用纹波系数Kr来表示直流输出电压中相对纹波电压的大小，即： Kr = = （2.3.4）式子中的为谐波分量的有效值。整流元件参数的计算：在桥式整流电路中，二级管是两两轮流导通，所以流经每个二极管的电流为： ID = 0.5IL = 一般电网电压的波动范围为+%10到-%10之间，实际上选用的二极管的最大整流电流和最高反向电压应该留有大于%10的余量。2.4 滤波单元电路的设计滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一般有电抗元件组成，例如在负载电阻两端并联电容器
13、C,或者在整流电路输出端与负载之间串联电感器L，以及由电容、电感组合而成的各种复式滤波电路。图2 . 4 . 1 滤波电路的基本形式图2.4.1中的（a）图是C形滤波电路，（b）图是倒L形滤波电路，图（c）是形滤波电路。滤波电路的形式很多，为了掌握它的分析规律，把它分为电容输入式（电容C接在最前面）和电感输入式（电感L接在最前面）。前一种滤波电路多用在小功率电源中，而后一种滤波电路多用于较大功率电源中（而且当电流很大时仅用一个电感器与负载串联）。电容滤波电路：图 图2 . 4 . 2 桥式整流、电容滤波电路图2.4.2所示为单相桥式整流、电容滤波电路。在分析电容滤波电路时，要特别注意电容器两端
14、电压vc对整流元件导电的影响。整流元件只有在受正向电压作用时才导通，否则便截止。负载RL未接入（开关S断开）时：电容C充电时间常数为：TC = RintC （2.4.1）式中Rint包括变压器二次绕组的直流电阻和二极管D的正向电阻。接入负载RL（开关S闭合）时：电容C充电时间常数为： Td = RLC （2.4.2）因为Td一般较大，故电容两端的电压vc按指数规律慢慢下降。在纯电阻负载时，变压器二次电流的有效值I2 = 1.11 IL 而有电容滤波时： I2 = （1.52）IL （2.4.3）为了得到平滑的负载电压，一般取 Td = RLC (35) 电容滤波负载电压VL与V2的关系： V =（1.11.2）V2 图2 . 4 . 3 桥式整流、电感滤波电路2.5 稳压单元电路的设计输出电压的变化量Usc 是很微弱的，它对调整管的控制作用也很弱，因此稳压效果不够好，带有放大环节的稳压电源，就是在电路中增加一个直流放大器，把微弱的输出电压变化量先加以放大,再去控制调整管，从而提高对调整管的控制作用，使稳压电源的稳定性能得到改善。BG1 是调整管，BG2 是比较放大管。输出电田变化量Usc 的一部分与基准电压Uw 比较，并经BG2 放大后进到了BG1 的基极。Rc 是BG2
