直流稳压电源课程设计

1、直流稳压电源课程设计综述电源是各种电子、电器设备工作的动力，是自动化不可或缺的组成部分，直流稳压电 源是应用极为广泛的一种电源。 直流稳压电源是常用的电子设备，它能保证在电网电压波 动或负载发生变化时，输出稳定的电压。一个低纹波、高精度的稳压源在仪器仪表、工业 控制及测量领域中有着重要的实际应用价值。直流稳压电源通常由变压器、整流电路、滤波电路、稳压控制电路所组成，具有体积 小，重量轻，性能稳定好等优点，电压从零起连续可调，可串联或关联使用，直流输出纹 波小，稳定度高，稳压稳流自动转换、限流式过短路保护和自动恢复功能，是大专院校、 工业企业、科研单位及电子维修人员理想的直流稳压电源。适用于电子

2、仪器设备、电器维 修、实验室、电解电镀、测试、测量设备、工厂电器设备配套使用。几乎所有的电子设备 都需要有稳压的电压供给，才能使其处于良好的工作状态。家用电器中的电视机、音响、 电脑尤其是这样。电网电压时高时低，电子设备本身耗供电造成不稳定因家。解决这个不 稳定因素的办法是在电子设备的前端进行稳压。直流稳压电源广泛应用于国防、科研、大专院校、实验室、工矿企业、电解、电镀、 充电设备等的直流供电。1设计内容及要求1.1 设计内容设计一波形直流稳压电源，满足：1A ；(1) 当输入电压在220V5V， 12V， 15V和从0到15V可调，输出电流大于(2) 输出波纹电压小于5mV稳压系数小于5X

3、10，输出小于0.1殴。1.2设计要求1 电源变压器制作理论设计；2 合理选择集成稳压器；3 完成电路理论设计；4 撰写设计报告、总结报告。2. 电路工作原理2.1直流稳压源的原理直流稳压电源是将220V的交流电转换成稳定输出的直流电压的装置，它需要变压、 整流、滤波、稳压四个环节，首先采用电源变压器将电网电压降低，获得所需要的交流电 压，交流电压通过整流电路变为单项直流电，再经滤波电路将其中的交流成分滤掉，保留 直流成分，最终通过稳压电路稳压，供给负载电路。交流电压脉动直流直流电压图2.1直流稳压电源方框图2.2各个环节的作用（1）电源变压器：是降压变压器，因为直流电源的输入为 220V的电

4、网电压，一般情况下 所需直流电压的数值与电网电压的数值有较大的差异，因此需要通过电压变压器将电网 220V交流电压变换成符合需要的交流电压， 并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副 边电压确定。（2） 整流电路：可将正弦电压转换成单一方向的脉冲电压，禾I用单向导电元件，把50Hz 的正弦交流电变换成脉动的直流电。单项直流电流有半波整流、全波整流和桥式整流。（3）滤波部分：整流后的电压仍有较大的交流成分，会影响负载电路的正常工作，为了 减小电压的脉动，需通过低通滤波电路使输出电压平滑。(4) 稳压部分：交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流分量较小的直流电压，但是当 电网电压波动或负载变化时，其

5、平均值也随之变化。稳压电路的功能是是输出的直流电压 基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而使电压有足够高的稳定性。3. 电路各个部分的选择3.1电源变压器电源变压器的作用是将来自电网的 220V交流电压U 1变换为整流电路所需要的交流电压U2。电源变压器的效率为：丄Pi其中：R是变压器原边的功率，P2是变压器副边的功率，iF/VrU/ErNyN1，Pi = B二U1匸U2|，因此，当算出了副边功率P后，就可以根据上表算出原边功率 P o3.2整流电路3.2.1半波整流电路b图3.2.1 (1 )半波整流电路图当U2 0时，二极管道通，忽略二极管正向压降，U0=U2 ；当U2 V0时，二

6、极管截止，Uo=0o(1) 单向半波整流二极管输出电压平均值输出电流平均值（10）:U。）,图3.2.1 （3）单向半波整流电路图及负载电压波形图12冗Uo =丟 OU0d(wt)n _0、2U 2sinwtd(wt)2U 2=n =0.45U 2| 0 = U O rl = 0.45 U 2 rlI 2m1.57I0I 2=(I 2msinwt)2d (wt)（2）二极管上的平均电流既承受的最高反向电压U0wt图3.2.1（4）单向半波整流电路图及二极管电压波形图二极管的平均电流：Id = I 承受的最高反向电压：UDRM八切23.2.2全波整流电路D1D2图3.2.2（ 1 ）全波整流电路

7、图原理：变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压 U2，当U2正半周时，Di导通,D2截止；当U 2负半周时，D2导通，Di截止。U2图3.2.2 （2）单向全波整流电路图输出电压平均值（Uo ）,输出电流平均值（10 ）：图3.2.2（ 3）单向全波整流电路图及负载电压波形图少屏0门=丄強6 sin讼3= 2U=0.9U7Ti0=ujrl=2irl二极管的平均电流及承受的最高反向电压:3nwt图323(4)单向全波整流电路图及二极管电压波形图二极管上的平均电流:二极管承受的最高反向电压:3.2.3桥式整流电路脉冲系数小等优点,单线桥整流电路在相同条件下具有输出电压高， 变压器利用率高, 所以

8、在本设计中采用单线桥整流电路，如图所示：RlUo图3.2.3 (4)桥式整流电路图D2、D3 导通，D1、当U2正半周时，D1、D4导通，D2、D3截止；当U2负半周时,D4截止。324整流电路的主要参数12兀4二韵。以巧(1) 整流输出电压的平均值： 负载电压U0的平均值为:负载上的平均电流为：U0图3.2.4( 1 )输出电压波形图(2) 脉动系数S：S定义：整流输出电压的基波峰值U01M与Uo平均值之比。S越小越好。用傅式级数对全波整流的输出Uo分解后可得:图3.2.4( 2)输出电压波形图44C0S2a)tcos 4 曲cos 6 曲)L - = 0.67Uo 22U2315e357T

9、（3）二极管平均电流与反向峰值电压平均电流（怙）与反向峰值电压（Udrm ）是选择整流管的主要依据J =17-使用时二极管额定电流2 Id使用时最大反向电压2Urm3.3滤波电路滤波电路的结构特点：电容与负载 RL并联，或电感与负载RL串联/AA/LC 十 口 Rl口 Rl图3.3滤波电路图3.3.1电容滤波电路以单项桥式整流滤波电路为例:电容充电时，电容电压滞后U0。 RlC越小，输出电压越低。电容滤波电路的特点：（1）输出电压平均值U0与时间常数RlC有关Rlc越大一一电容器放电越慢一一Uo越大一般取tR C （5-10）TL k7（ T:电源电压周期）近似估算：UO=2U210 = Uo

10、 /Rl（2）流过二极管瞬时电流很大Rlc越大一一Uo越大一一负载电流的平均值越大；整流管导电时间越短 1 D的峰值电流越大（3）二极管承受的最高反向电压332电感滤波电路电路结构：在桥式整流电路与负载间串入一电感 L就构成了电感滤波电路。U 0图3.3.2 (1)桥式整流电感滤波电路图电感滤波电路原理：对直流分量：XL=0相当于短路，电压大部分将在 RL上对谐波分量：f越高，Xl越大，电压大部分将在Xl上。因此在输出端得到比较平滑的直流电源。3.3.3RC-n型滤波器改善滤波特性的方法：采用多级滤波Uo3.4串联式稳压电路341二极管稳压电路(1) 稳压原理：利用稳压二极管的反向击穿特性。V

11、。当输入电压变化时，Vo根据电路图可知：丘=爲+厶输入电压Vl的增加，必然引起Vo的增加，即Vz增加，从而使Iz增加，Ir增加，使Vr增 加，从而使输出电压V 0减小，这一稳压过程可以概括为：5 J Vo J 匕 Tt 厶 J 厶 Ft A Tt 匚 I(2) 稳压电阻的计算稳压二极管稳压电路的稳压性与稳压二极管击穿特性的动态电阻有关，与稳压电阻R的阻值大小有关。稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻 R越大，稳压性能越好。稳压电阻的作用是将稳压二极管电流的变化转变为电压的变化，从而起到调节的作 用，同时R也是限流电阻。当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二极管的电流最小，此时Iz不应小于IZ

12、MIN，由此可计算出稳压电阻的最大值，实际选用的稳压电阻应小于最大值。r _绻j + jZ min 1 “ Zmax当输入电压最大，负载电流最小时，流过稳压二极管的电流最大，此时|Z不应超过IZMIN，由此可计算出稳压电阻的最小值。RRR3.4.2三端集成稳压器三端固定集成稳压器在使用时，首先要根据输出电压的正、负选择 7800系列或7900 系列。7800系列是正稳压器，7900系列是负稳压器，它们的输出电压分别是+5V+24V和 5V24V。输出电流有 0.1A、0.5A 和 1.5A。以W7800三端稳压器为例：W7800为固定式稳压电路，其输出电压有 5V、6V、9V、 12V、15V

13、、18V、24V等档级。最后两位数表示输出电压值。 输出电流分别是1.5A(W7800)、 0.5A(W7800)和0.1A(W78L00)三个档次。例如：W7805,表示输出电压为5V、最大输出电 流为1.5A : W78M05，表示输出电压为5V、最大输出电流为0.5A ； W78L05，表示输出电 压为5V、最大输出电流为0.1A。W78XXI 231mx9+3(Ji _ ClC2IN GND OUT图332 (1)三端集成稳压器外形图3.3.2 (2)三端集成稳压器基本应用电路固定输出的三端集成稳定器：固定输出的三端集成稳定器(如图 3.3.2( 1)的三端指 输入端、输出端及公共端三

14、个引出端，其外形及符号如图所示。固定输出的三端集成稳定 器W78 XX系列和 W79 XX系列各有七个品种，输出电压分别为土 5V、土 6V、土 9V、土 12V、土 15V、土 18V、土 24V;最大输出电流可达1/5A;公共端的静态电流为8mA。型号 后两位数字为输出电压值。在根据稳定电压值选择稳压器的型号时，要求经整流滤波后的 电压要高于三端集成稳压器的输出电压 23V (输出分电压时要低23V),但不宜过大。图3.3.2 (2)中：C1用以抑制过电压，抵消因输入线过长产生的电感效应并消除自激 振荡；C2用以改善负载的瞬态响应，即瞬时增减负载电流时不致引起输出电压有较大的波 动。C1,

15、 C2 一般选涤纶电容，容量为0.1卩F至几yF。安装时，两电容应直接与三端集成 稳定器的引脚根部相连。3.5稳压电路的主要性能指标:输出电压变化量：乙=KgV、+ K0AZo + StAT稳压系数：AF；/岭蠶输出电阻:码=0温度系数:A*l=0AT=0（1）电源的负荷能力，与整流管的调整管的最大允许电流IcM有最大输出直流电流lomax: 表明该稳压电关。（2）额定输出稳压直流电压 Uo：分别定压式和调压式两种。（3） 稳压系数S:表示在负载电流与环境温度保持不变的情况下，由于输入电压Ui的变 化而引起的输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量的比值，即： S V：Uo/Uo）/C；Ui

16、/Ui）。s越小，电源的稳定性越好，通常s约为10-10。（4） 输出阻抗Ro越小：表示当输入电压和环境温度保持不变时，由于负载电流 Io的变 化而引起的输出电压的变化量与负载电流的变化量的比值，即：Ro -lUo/m。可见， 如果Ro越小，则说明输出电压的变化量越小。（5）纹波系数y :输出电压中交流分量占额定输出直流电压的百分比，即：r 二（U -）/ U。100 %。显然，r越小越好，通常稳定电源的纹波电压只有几毫伏，甚至小于1毫伏。4 设计的总电路4.1电路总图o4.2电路的安装调试D 6Uio图4.2 (1)集成稳压电路图按图4.2 (1)所示安装集成稳压电路，然后从稳压器的输入端加

17、入直流电压 U12V 调节RW,若输出电压也跟着发生变化，说明稳压电路工作正常。SU 0图4.2 (2)整流滤波电路图用万用表测量整流二极管的正、反向电阻，正确判断出二极管的极性后，按图4.2(2) 所示先在变压器的副边接上额定电流为 1A的保险丝，然后安装整流滤波电路。安装时要 注意，二极管和电解电容的极性不要接反。经检查无误后，才将电源变压器与整流滤波电 路连接，通电后，用示波器或万用表图4.2( 1)稳压电路检查整流后输出电压 UI的极性， 若UI的极性为负，就会损坏集成稳压器。因此确定UI的极性为正后，断开电源，按图4.1 所示将整流滤波电路与稳压电路连接起来。然后接通电源，调节 RW

18、的值，若输出电压满足设计指标，说明稳压电源中各级电路都能正常工作，此时就可以进行各项指标的测 试。5.元件清单1、整流二极管2、滤波电容3、集成稳压器选用CW3174、电容若干5、可调工频电源6、电源变压器7、电阻若干&精密线绕电位器课程设计体会回顾起此次电子技术课程的设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论 到实践，在整整一个星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西， 同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。 通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够 的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来， 从理论中得出结论，才能真正为社会服务, 从而提高自己的实际动手能力和独立思考的