直流稳压电源设计（2020年8月整理）.pdf

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1、一 寸 光 阴 不 可 轻 1 模拟电子技术课程设计模拟电子技术课程设计 题目：题目：直流稳压电源设计直流稳压电源设计 学院：学院：机械与电子机械与电子工程学院工程学院 专业专业：电子大类电子大类 年级：年级：XXXXXXXX 级级 班级班级：电类电类 112112 班班 姓名：姓名：顾东福顾东福 学号：学号：XXXXXXXX210713210713 指导老师：指导老师：邱老师邱老师 XXXXXXXX 年年 1212 月月 2525 日日 一 寸 光 阴 不 可 轻 2 直流稳压电源设计 一、设计任务及要求： 1. 设计任务 设计一波形直流稳压电源，满足： (1)当输入电压在 220V10%时

2、，输出直流电压为12V，输出直流电流 d 的最大 为 500mA； (2)输出纹波电压小于 5mV，稳压系数小于 5%，输出内阻小于 0.1 欧。 2.设计要求： (1)合理的选择电源变压器、集成稳压器等 (2)完成全电路理论设计、计算机辅助分析与仿真、安装调试、绘制电路图； ( 3)自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量，交指导教 师审核。 (4)批准后，进实验室进行组装、调试，并测试其主要性能参数。 二、设计方案的选择和论证 方案一：简单的并联型稳压电源 ； 并联型稳压电源的调整元件与负载并联，因而具有极低的输出电阻，动态特性好，电路 简单，并具有自动保护功能；

3、负载短路时调整管截止，可靠性高，但效率低,尤其是在小电 流时调整管需承受很大的电流，损耗过大，因而不能采用此方案 方案二：输出可调的开关电源； 开关电源的功能元件工作在开关状态，因而效率高，输出功率大；且容易实现短路保护 与过流保护，但是电路比较复杂，设计繁琐，在低输出电压时开关频率低，纹波大，稳定度 极差，因而也不能采用此方案 方案三：由固定式三端稳压器（7812）组成 由固定式三端稳压器（7812）输出脚 V0、输入脚 Vi和接地脚 GND 组成，它的 稳压值为+12V，它属于 CW78*系列的稳压器，输入端接电容可以进一步滤波， 输出端接电容可以改善负载的瞬间影响，此电路比较稳定。根据实

4、验设计要求， 本实验采用方案三。 三、总体电路的方框图及说明 直流稳压电源一般由电源变压器 T、整流、滤波电路及稳压电路所组成，基本框 图如图 3.1 所示。各部分的作用： 一 寸 光 阴 不 可 轻 3 图 3.1 （1）电源变压器 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 U2。变压器副边与原边的功率比为 P2/ P1=，式中是变压器 的效率。 （2）整流滤波电路：整流电路将交流电压 U1 变换成脉动的直流电压。再经滤 波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压 U0。常用的整流滤波电 路有全波整流滤波、桥式整流滤波等，如图 3.2 所示。 整流桥

5、将交流电压 U2 变成脉动的直流电压，再经滤波电容 C 滤波纹波，输出直流电压 U0。 U0 与交流电压 U2 的有效值 u2 的关系为 U0=（1.1-1.2）u2 每只整流二极管承受的最大的方向电压 Vrm=2U2 通过每只二极管的平均电流 I=0.5Ir=0.45U2/R 式中,R 为整流电路的负载电阻.它为电容 C 提供放电回路,RC 放电时间常数应满足 RLC (3-5)T/2 式中,T 为 50HZ 交流电压的周期,即 20ms. （3）电压输出稳压器 由于输入电压 U1 发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压 UI会随着变化。因此，为了维持输出电压 UI稳定不变，

6、还需加一级稳压电路. 四、直流稳压电源的电路图及其工作原理 （1）选择三端集成稳压器，确定电路形式 。 一 寸 光 阴 不 可 轻 4 选择电源变压器 电源变压器有很多种：有降压的、有升压的，在这次的设计中我用的是降 压变压器，它的作用是将来自电网的 220V 交流电压 u1变 为整流电路所需要的交流电压 u2。 1 2 P P = ，其中： 2 P 是变压器副边的功率， 1 P 是变压器原边的功率。 选用整流桥和滤波电容 整流桥： 整流输出电压平值 22 0 9 . 0 22 )()sin(2 2 UUtdtU= =21.6V 二极管平均电流 LL O OD R U R U II 2 45.

7、 0 22 1 =0.327A 二极管最大反向压 22UURM=33.94V 故整流桥选用 2W06W(1A,50V) 保护二极管选 IN4001(1A,50V) 滤波电容： RLC(3-5)T/2,则 C1=5T/2RL, 式中 T 为交流电源周期，T=20ms， RL 为 C1 右 一 寸 光 阴 不 可 轻 5 边 的 等 效 电 阻 ， 应 去 最 小 值 ， 由 于 Imax=500mA,因 此 RL =U1/Imax=33,所 以 C1=C2=1515f,可见 C1 的容量较大，应选电解电容，受规格限制，电容的耐压 要25V,故滤波电容 C 取容量为 2200uF，耐压为 25V

8、的电解电容。 发光二极管的保护电阻选用 470. 五、五、单元电路设计原理分析 1.电源变压器 过整流电路将交流变为脉动的直流电压。由于此脉动的直流压含有较的纹波， 必须通过滤波电路加以滤波，从而得到平滑的直流电压。电源变压器的作用 将交流 220V 的电压变为所需的电压值，然后通过的电压还随电网电压波动、负 载何温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。稳压 电路的作用是当电网电压波动、负载何温度变化时，维持输出直流电压稳定 2整流电路。 利用二极管的单向导电性，将交流电压（电流）变成单向脉动电压（电流）的电路，称为整 流电路。交流电分为三相交流电和单相交流电，在小功率电路

9、中一般采用单相半波、全波、 桥式整流电路和倍压整流电路。 本节主要研究单相桥式整流电路， 对于倍压整流电路及全波 整流电路，可通过相应参考书来了解。 为了保留全波整流电路效率高、脉动系数小的优点而克服其反向电压高的缺点，若使二 极管承受的反向电压和半波电路一样，比全波整流电路减少一半，使二极管成本下降，可在 此基础上多用几只二极管，如图所示电路就基本解决了上述问题。 电路组成及工作原理 桥式整流电路由四只二极管组成的一个电桥，电桥的两组相对节点分别接变压器二次 一 寸 光 阴 不 可 轻 6 绕组和负载。这种电路有三种画法，如图所示。在工作时，D1、D2 与 D3、D4 两两轮流导通。 在 u

10、2 正半周，二极管 D1 和 D2 正向导通，而 D3、D4 反向截止，形成负载电流i0，i0 流通 路径为：aD1RLD2ba，u0=u2；在 u2 的负半周，二极管 D3 和 D4 正向导通，而 D1、 D2 反向截止，形成负载电流 i0，i0 流通路径为：bD3RLD4ab， u0=u2。 由 此可见，不论哪两只二极管导通，负载电流的方向都始终保持不变。 3.滤波电路 为了能够得到平滑的直流电压波形， 需要有滤波的措施。 在直流电源上多是利用电抗元件对 交流信号的电抗性质，将电容器或电感器与负载电阻恰当连接而构成滤波电路。 下面讨论电容滤波电路的工作原理， 为讨论问题的方便， 我们以半波

11、整流电容滤波电路 为例进行分析，电路如图 3.3 所示。 图所示单向半波整流电容滤波电路及其波形图 （1）工作原理 设 u2 波形如图 3.3（b）所示，未接电容时，输出电压如图 3.3（b）中的虚线所示。在 一 寸 光 阴 不 可 轻 7 u2 正半周，设 u2 由零上升，二极管 D 导通，u0=u2，此时电源对电容充电，由于充电时间 常数很小，电容充电很快，所以电容上升的速度完全跟得上电源电压的上升速度，uC=u2。 当 u2 上升到峰值时，电容充电达到 1.4U2，二极管 D 截止，随后 u2 下降，电容 C 向负载 RL 放电，放电时间常数为 RLC，其值较大，所以电容电压下降的速度比

12、u2下降到速度慢得多， 此时负载电压靠电容 C 的放电电流来维持，u0=uC。当电容放电到 b 点时，uCu2，二极管 D 又导通，电容又被充电。充电至 1.4U2 后，又放电。如此重复进行，就得到输出电压的波 形如图 3.3（b）中实线所示。由图可见，经电容滤波后，负载电压变得平稳，且平均值提 高了。桥式整流电容滤波电路的原理与半波时相同 （2）输出直流电压 在有滤波电容的整流电路中，要对其输出直流电压进行准确的计算是很困难的，工程 上一般按下列经验公式进行估算。当电容的容量足够大，满足 RLC（35）T/2（T 为电网 电压的周期）时， 对于半波整流电容滤波： U0 U2 对于全波或桥式整

13、流电容滤波： U01.2 U2 （3）滤波电容的选择 为了得到比较好的滤波效果，在实际工作中常根据下式选择滤波电容的容量。 对于半波整流： RLC（35）T 对于全波或桥式整流： RLC（35）T/2 由于电容值比较大，约为几十至几千微法，一般选用电解电容，接入电路时，注意极性 不要接反，电容器的耐压值应大于 1.4U2 。 （4）整流二极管的选择 对于半波整流滤波电路：ID=I0 ，URM=1.4U2 对于全波或桥式整流电容滤波电路：ID=I0/2 ，桥式整流 URM=2U2 ，全波整流 URM=2.8U2 4.稳压电路 集成三端稳压器具有体积小，外围元件少，调整简单，使用方便且性能好，稳定

14、性高，价 格便宜等优点，因而获得越来越广泛的应用。 常见的有固定式和可调式两类集成三端稳压器， 内部多以串联型稳压电源为主， 还有适 当的过流、过热等保护电路。一般固定式较便宜，可调式较贵，性能也好些，功率相对也较 一 寸 光 阴 不 可 轻 8 大。故本次设计采用固定式三端稳压器。 六、元器件、仪器列表清单 固定式三端稳压器（7812） 保护二极管 IN4001(1A,50V) 集成稳压器选用 L7812cv(1.5A,12V)及 PJ7912(1.5A,-12V 滤波电容 C 桥式整流电容 整流二极管 电源变压器 1 个 七、主要参考文献 1.王之斌模拟电子技术基础高等教育出版社技术； 2

15、.谢井电子线路设计实验测试华中科技大学出版社； 3.胡宴如模拟电子技术基础高等教育出版社技术； 4.孔秀模拟电子技术基础北京：高等教育出版社； 5.康华光，电子技术基础。北京：高等教育出版社。 八、收获和体会 通过本次设计,让我们更进一步的了解到直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标. 也让我们认识到在此次设计电路中所存在的问题,在解决设计问题的同时自己也在其中有所 收获.我们这次设计的这个直流稳压电源电路,采用了电压调整管外加调整管来实现电压的 调整,也实现了扩充多功能;而稳流部分采用了 LM317 可调式三端稳压电源管,通过 LM317 来 实现 了电路中的稳流部分,至于电路的最后一部分(变换部分)我们是采用两片升压开关调 节器来实现了电路中的变换部分.本次设计在电压调整器的电路中,采用了适当的联接方法, 可以实现电压”零”伏起调;测试方法与过程也比较充分,同时也实现了电压的可调，同时我 也对 word、画图等软件有了更进一步的了解，这使我在以后的学习中中更加得心应手。实 验中，借助仿真软件，不仅可以把课堂中所学到的知识，直接加以运用，而且还可以把各个 分离的知识点组合