直流稳压电源设计方案

1、电路设计方案第一章绪论直流稳压电源一般由变压器、 整流器、滤波器和稳压器四部分组成。 变压器 把220v交流电（市电）变为稳压所需的低压交流电；整流器把低压交流电变为 直流电；整流后的直流电中仍会含有交流成分， 可以通过滤波电路将交流成分滤 除；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。稳压电源的分类方法繁多，按输出电源的类型分有直流稳压电源和交流稳压 电源；按稳压电路与负载的链接方式分有串联稳压电源和并联稳压电源；按调整管的工作状态分有线性稳压电源和开关稳压电源；按电路类型分有简单稳压电源和反馈型稳压电源，等等。如此繁多的分类方式往往让初学者摸不着头脑，不知道从哪里入手。其

2、实应该说这些看似繁多的分类方法之间有着一定的层次关系， 只要理清了这个层次自然可以分清楚电源的种类了。直流稳压电源的技术指标可以分为两大类： 一类是特性指标，反映直流稳压 电源的固有特性，如输入电压、输出电压、输出电流、输出电压调节范围；另一 类是质量指标，反映直流稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、 纹波电压及温度系数等。并联稳压电源有效率低、输出电压调节范围小和稳定度 不高这三个缺点。而串联稳压电源正好可以避免这些缺点， 所以现在广泛使用的 一般都是串联稳压电源。第二章系统设计方案论证及分析2.1概述晶体管串联型直流稳压电源电路主要元件包括：晶体三极管、限流 电阻、稳压二极管

3、、以及滤波电容。令限流电阻与稳压二极管用联，并 在电源与地之间，便可在稳压二极管上得到稳定的电压，之后由npn 型三极管射极输出、集极接电源输入，稳压二极管接基极、由于发射极 与基极pn结间电压固定，因此电路的输出电压等于稳压二极管的电压 与pn结电压之和。2.2设计指标1、学习小功率直流稳压电源的设计与调试方法。2、掌握小功率直流稳压电源有关参数的测试方法。3、通过集成直流稳压电源的设计、安装和调试，要求学会：(1)选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流 稳压电源；(2)掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。(3)通过电路的设计可以加深对该课程知识的理解以及对知识的

4、综合运用。2.3 设计任务输入电源：单相(a。，220v士 10% 50hzi5%输出电压：dc +3+12v,连续可调；输出电流：dc 0800ma负载效应： 5%输出纹波噪声电压： 10mv(有效值)；保护性能：超出最大输出电流 20%寸立即过流保护；适应环境：温度：040c,湿度：20%90%rh pcbr寸：不大于 120mm*90mm。2.4 设计要求 直流稳压电源的基本要求：合理的选择电源变压器；(2)合理选择集成稳压器；(3)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；(4)撰写设计使用说明书。(5)稳压电源 在输入电压为220 v , 50hz.电压变化范

5、围为-10% +10说件下：a.输出直流电压为 1.26v 12v,+12v,+9v,+5v,-5v;b. 最大输出 电流为:iomax = 500ma；c. 纹波电压(峰-峰值)w 5mv(最低输入电压下，满载)；d. 具有过流保护及短路保护功能；e.画出总体设计框图，以说明直流稳压电源有哪些相对独立的功能 模块组成，标出各个模块之间的联系、变化，并以文字对原理作辅助说 明。设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。选择合适的元器件， 接线验证、调试各个功能模块的电路，在接线验证时设计、选择合适的 输入信号和输出方式，在充分电路正确性同时，输入信号和输出方式要 便于电路的测试和故障排除。在验证

6、各个功能模块基础上，对整个电路 的元器件和布线，进行合理布局，进行直流稳压电源整个电路的调试。2.5 设计方案论证小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四 个部分组成，如图2.1所示。(a)jiui2图2.1 (a)、( b)稳压电源的组成框图及整流与稳压过程2.6 电路原理分析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2.2所示。各部分的作用：图2.2 基本框图(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

7、：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2.3所示。图2.3桥式整流整流桥将交流电压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uq u0与交流电压输出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=v2 u2通过每只二极管的平均电流1=0.5卜=0.45u 2/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 r_c (3-5)t/2式中,t为50hz交流电压的周期

8、，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u会随着变化。因此，为了维持输出电压ui稳定不变， 还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素(电网电压、负载、 环境温度)发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输 出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。采用集成稳 压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。2.7 直流稳压电源的参数设计方法稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压u0、输出电流i。、 输出纹波电压a uop-p等性能指标要求，正确地确定出变压器、集成稳压 器、整流桥和滤波电路中所用元器件

9、的性能参数，从而合理的选择这些 器件。直流稳压电源的参数设计可以分为以下三个步骤：根据稳压电源的输出电压uo、最大输出电流i omax ,确定稳压器的型 号及电路形式。根据稳压器的输入电压ui ,确定电源变压器副边电压u2的有效值u2；根据稳压电源的最大输出电流lomax,确定流过电源变压器副边的电 流i 2和电源变压器副边的功率p2；根据p2,从表1查出变压器的效率 “，从而确定电源变压器原边的功率pio然后根据所确定的参数，选择 电源变压器。确定整流桥的正向平均电流i d、整流桥的最大反向电压urm和滤波电容的电容值和耐压值。根据所确定的参数，选择整流桥和滤波电容。 设计参数如下： 选择成

10、稳压器稳压管：d6=8.2v.选择电源变压器次级线圈的电压：(以220输入，输出500ma为准，整流部分二极 管的压降为3v,三极管的 压降为3v,输出电压为15v) v3=2+3+15=20v v2 =v3/1.2=16.67v 次级线圈的 电压：v2=v2 /0.9=18.5v(3)用整流桥和滤波电容整流部分：二极管的选择：耐压u=20.35x2弋30v电流 imax=0.5imax=1a 功率 选材：4001滤波电容：rc(35)t/2=(35) 乂 0.01c0.05/r=0.05/12 弋 4200uf (其中 r=6/0.5=12 欧)耐压 u=20.35 x 1.414 弋 30

11、v选材：3300uf/50v第三章单元电路的设计在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。本次课程设 计的稳压源是小功率稳压源，它由电源变压器，整流，滤波和稳压电路 等四部分组成。各部分的介绍如下：3.1 电源变压器电源变压器的作用是将交流电网220v的交流电压变换为所需的交流电 压。变压器的副边与原边的功率比定义为变压器的效率。3.2 整流电路整流电路的任务是将交流电变为直流电，完成这一任务主要靠二极 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，常见的几种整流电路有单相半波，全波，桥式和被压整流 电路。本设计中采用的是单相桥式整流电路。在桥式整流电路中，

12、二极管d1, d3和d2, d4是两两轮流导通的， 所以流经每个二极管的平均电流为：1 uou 2,、id =io = j =0.45(3-2-1 )2 2rlrl每只整流二极管承受的最大反向电压为：urm = j2u 2( 3-2-2 )一般电网电压波动范围为土 10%实际上选用的二极管的最大整流电流和最 高反向电压应留有大于10%勺余量。桥式整流电路的优点是输出电压高， 纹波电压小，管子所承受的最大反向电 压较低，同时因电源变压器在正，负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到 了充分的利用，效率较高。3.3 滤波电路滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波， 一般由电抗元件组成。滤波电路 的形

13、式很多，为了掌握它的分析规律，把它分为电容输入式和电感输入式。 前一 种滤波电路多用于小功率电源中，而后一种滤波电路多用于较大功率电源中。 所 以本设计中采用电容输入式滤波电路在表达式（3-2-2 ）中电阻r为整流滤波电路的负载电阻，它为电容c提供放电回路，rc放电时间常数应满足rc (3 5) t，/2(3-3-1 )式中t，为50hz交流电压的周期，及20ms。183.4 稳压电路1 .稳压原理。利用稳压二极管的反向击穿特性。由于反向特性陡直，较大的电流变化只会引起较小的电压变化。vi t 一 vot 一 vzt 一 iz t 一旧 t 一 vrt 一 voj2 .串联稳压电源构成vo =

14、vi-vr当vi t -rt -vrt 一在一定程度上抵消了vi增加对输出电压的影响。vi若负载电流il t -rj -vrj 一在一定程度上抵消了因il增加, 减小，对输出电压减小的影响。第四章制作与检测3 .0 pcb板的制作1 .准备原理图和网络表。2 .规划电路板，设置参数。3 .装入网络表，元件封装。4 .布置元件，手工调整。5 .布线，手工调整。6 .pcb文件存盘，save,打印输出。并检查打印出来的 pcbs是否完好7 .用fecl 3溶液进行腐蚀。4.1 安装与检查对电路进行组装：按照自己设计的电路，在 pcbk上焊接。焊接完毕后，应 对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接、

15、虚焊的现象。对安装完成的电路板 的参数及工作状态进行测量，以便提供调整电路的依据。经过反复的调整和测量， 使电路的性能达到要求。4.2 焊接技术手工焊接一般分四步骤进行。准备焊接：清洁被焊元件处的积尘及油污，再将被焊元器件周围的元器件左右掰一掰，让电烙铁头可以触到被焊元器件的焊锡处，以免烙铁头伸向焊接处时烫坏其他元器件。焊接新的元器件 时，应对元器件的引线镀锡。加热焊接：将沾有少许焊锡和松香的电烙铁头接触被焊元器件约几秒钟。若是要拆下印刷板上的元器件，则待烙铁头加热后，用手或银子轻轻拉动元器件 ，看是否可以取下。清理焊接面 ：若所焊 部位焊锡过多，可将烙铁头上的焊锡甩掉（注意不要烫伤皮肤，也不

16、要甩到 印刷电路板上！），用光烙锡头沾些焊锡出来。若焊点焊锡过少、不圆滑时， 可以用电烙铁头蘸些焊锡对焊点进行补焊。检查焊点：看焊点是否圆润、光亮、牢固,是否有与周围元器件连焊的现象。注意：安装前应检查元器件的质量，安装是特别要注意电解电容、 集成芯片等主要器件的引脚和极性，不能插错。从输入级开始向后级安 装。4.3 稳压电源各项性能指标的测试在本次设计中，测试了稳压电源的主要性能指标，稳压系数，内阻，纹波电压等。其方法如下：测量稳压系数：在负载电流为最大时，分别测得输入交流比 220v增大和减 小10%勺输出vo,并将其中最大一个代入公式计算 sr,当负载不变时，sr=a vovi/ avi

17、voo测量内阻：在输入交流为220v,分别测得负载电流为0及最大值时的 vo, 则 ro= vo/all测量纹波电压：叠加在输出电压上的交流分量，一般为 mv级。可将其放大 后，用示波器观察其峰-峰值vop-p,也可用交流毫伏表测量其有效值 vo,由 于纹波电压不是正弦波，所以用有效值衡量存在一定误差。一、电路的调试与检测一、调试前的准备(一)外观检查：(1)电源调试前，仔细检查整流滤波电容极性装配是否正确，以免 发生意外及损坏元器件。(2)、防止输出端或负载短路，以免损坏电源调整管或其它元器件。 (二)电路静态检测整流输出端对地电阻学10kq稳压输出端对地电阻约2kq(三)变压器的检测(1)

18、静态直流电阻初级130q次级1 q(2)加电测量初级220v次级18v变压器无明显发烫、震动、名叫现象。二、调试工艺文件1.仪器仪表、gb 9毫伏表1台，、0. 5kw调压器1台，、万用表1块，、常用调试工具1套、35w电烙铁1把(外壳接地)，、300v交流电压表1个，、3a交流电流表1个，、工艺电阻：15w 15?电阻1只3、调试仪器与电路的连接4.调试的步骤和方法(1)、电路调整将调压器调准在220v,接上变压器插头，调整 w2直流输出电压变化为312 v连续可调。调w2使直流输出电压为 90.2v。(2)、测电源消耗和负载特性 仍在调压器为220v,直流输出电 压为9 0.2v的情况下，

19、接入15?假负载；此时交流电流表指示值应 100ma。当断开10?假负载(即直流输出为空载)，交流电流表指示应 10ma。(3)、测电压调整率 电源输出端接上10?假负载，调压器从180v 调到240v,直流输出电压为12 0. 2v。(4)、测纹波电压 gb 9毫伏表接10?负载两端，将表置10mv 档，检查表上纹波电压应0 5mm2.技术要求(1)、输出电压在12v上下可调，当交流电压为220v时，输出直 流电压为12 0. 2v,(2)、纹波电压：当交流电压为220v时，10?假负载上的纹波电压 5mv:（3）、交流电源消耗：满载时0 150ma,空载时040ma二、技术指标测量、测量稳

20、压系数，先调节自藕变压器使输入的电压增加10%,即 vi=242v,测量此时对应的输出电压vol;再调节自藕变压器使输入减 少10%,即vi=198, 测量此时对应的输出电压vo2,然后测量出 vi=220v时对应的输出电压vo,则稳压系数sv= ( vo/vi)/( vi/vi)=220voi -v02.242-198vo卜表为在实验室中测得的数据并通过计算得出的稳压系数结果:输出电压vivdvo稳压系数12v241v18.4v12.3v9v221v17.5v9.5v9v195v15.2v9.3v-5v-4.67v-4.7v-4.62v（2）.纹波电压的测试用示波器观察u0的峰峰值，（此时y

21、通道输入信号采用交流耦合ac），测量 a uop-p 的值（约 4mv）。下表为在实验室测得的纹波电压实验数据：输出电压（v）纹波电压（mv）129.293.652.730.6(3)调压测试在实际电路板中，r1=1.5k rp1=10kuu=um(i+a = i.25(i+叁)由公式&国，则可以算的理论的调压范围为1.2512v,而实际中输入lm317中的电压要小于25.73v,因此也无法达到这么 大的电压。vmin=1.26v还是与基准电压1.25v非常接近。4.4 误差分析1)、误差计算12v 档的误差 v12%= ( 12.13-12.00 ) /12.00 i =1.108%9v档的误

22、差 v9%=l (8.97-9.00 ) /9.00 i =0.333%5v档的误差 v5%=l (5.06-5.00)/5.00 i =1.2%-5v 档的误差 v-5%=l (-4.67-(-5.00)/5.00 i =6.6%2)、误差原因综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差因素有：a) 元件本身存在误差；b) 焊接时，焊接点存在微小电阻；c) 万用表本身的准确度而造成的系统误差；d) 测量方法造成的人为误差。第五章设计总结及个人感想在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流稳压电源供电， 小功率的稳压电 源是由电源变压器，整流电路，滤波电路和稳压电路等四部分组成。在本设计中， 采用串联型稳压电路来稳定输出电压。串联型稳压电源以最成熟、电路简单、稳 定度高、输出电压可以调节等优点，仍成为当前应用广泛。本电路采用单相桥式整流，电容滤波，串联稳压电路，截流保护电路组成。 其电路实测参数基本能够达到设计要求，电路性能稳定，带负载能力强。首先进行了电路的设计，确定了电路的结构，然后通过仿真软件对设计的电 路进行了电路参数的仿真，接着在edaprotel中对设计的电路作了原理图的 绘制、pcb勺生成，最后在实训室里对设计的电路板进行制作，了解了手工制板 的流程。最后进行了电路的装配和调试，使电路达到设计的性能指标要求。但在 实际调试过程中，也发现了一些问题，