直流稳压电源的设计毕业论文

1、四川邮电职业技术学院毕 业 论 文论文（设计）题目：直流稳压电源的设计 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 时间： 年 月 日四川邮电职业技术学院毕 业 设 计（论文）任 务 书班级姓名学号设计（或论文）题 目直流稳压电源的设计指导教师姓名 指导教师专业技术职称设计根据、内容、技术要求，主要设计方法（或步骤）：要求设计一个输出电压在（230V）之间可调的直流稳压电源，并用仿真软件显示输出效果。第一章 直流稳压电源设计的必要性和总体设计原则1、必要性2、总体设计原则第二章 直流稳压电源的主要技术指标1、特性指标2、质量指标第三章 直流稳压电源的设计方案1、所需的电子元器件2、参数及用途分析

2、3、直流稳压电源的组成4、工作原理5、指标计算第四章 用仿真软件proteus显示输出的效果1、仿真电路图2、输出效果图第五章 论文小结主要参考文献、资料：1、周雪编，模拟电子技术，西安电子科技大学出版社。2、杨素行编，模拟电子技术，清华大学出版社。3、徐丽香主编，模拟电子技术，电子工业出版社。4、孙余凯等著，巧学巧用模拟集成电路实用技术，电子工业出版社5、其他相关参考书。要求完成时间2015年5月30日注：本表由指导教师填写一式四份，一份指导教师存，一份交学生（提交论文时附在前面），一份交系部，一份交教务处。直流稳压电源的设计内容摘要: 可以说，有电器的地方就有电源。所有的电子设备都离不开可

3、靠的电源为其供电。现代电子设备中的电路使用了大量的半导体器件，这些半导体需要几伏到几十伏的直流供电，以便得到正常工作所必须的能源。这些直流电源有的属于化学电源，如采用干电池和蓄电池，但这些不能持久性的供电。大多数电子设备的直供电方法都是将交流电源经过变压、整流、滤波、稳压等变换所需的直流电压。完成这种变换任务的电源成为“直流稳压电源”。关键词: 直流电压 稳压器 整流 滤波 目录前言5第一章 直流稳压电源设计的必要性和总体设计原则61、必要性62、总体设计原则6第二章 直流稳压电源的主要技术指标及计算71、特性指标72、质量指标8第三章 直流稳压电源的设计方案91、所需的电子元器件92、参数及

4、用途分析93、直流稳压电源的组成104、工作原理17第四章 用仿真软件Protesus显示输出结果181、仿真电路图182、输出效果图18第五章 小结18参考文献18前言可以说，有电器的地方就有电源。所有的电子设备都离不开可靠的电源为其供电。现代电子设备中的电路使用了大量的半导体器件，这些半导体需要几伏到几十伏的直流供电，以便得到正常工作所必须的能源。这些直流电源有的属于化学电源，如采用干电池和蓄电池，但这些不能持久性的供电。大多数电子设备的直供电方法都是将交流电源经过变压、整流、滤波、稳压等变换所需的直流电压。完成这种变换任务的电源成为“直流稳压电源”。 现代电子设备中使用的直流稳压电源有两

5、大类：线性稳压电源和开关性稳压电源。线性稳压电源亦称串联调整式稳压电源。它的稳定性好，输出纹波很小，缺点是需要使用体积和重量都比较大的工频变压器，而且稳定效率较低。开关型稳压电源效率高，体积小，重量轻，缺点是输出纹波及产生的电磁干扰比较大。开关电源和线性电源的成本都随着输出功率的增大而增长，但二者增长速率各异。通常，当输出功率较小时，线性电源的成本较低。但是当线性电源成本在某一输出功率点上时，反而高于开关电源，这一点成为成本反转点。 本文是采用集成稳压器CW7824来制作直流稳压电源，它由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。第一章 直流稳压电源设计的必要性和总体设计原则1、必要性1.1直

6、流稳压电源发展史 稳压电源的历史可追溯到十九世纪，爱迪生发明电灯时，就曾考虑过稳压器，到二十世纪初，就有铁磁稳压器以及相应的技术文献，电子管问世不久，就有人设计了电子管直流稳压器，在四十年代后期，电子器件与磁饱和元件相结合，构成了电子控制的磁饱和交流净化电源稳压器。 五十年代晶体管的诞生使晶体管串联调整稳压电源成了直流稳压电源的中心。 六十年代后期，科研人员对稳定电源技术做了新的总结，使开关电源，可控硅电源得到快速发展，与此同时，集成稳压器也不断发展。直至今日，在直流稳压电源领域，以电子计算机为代表的要求供电电压低，电流大的电源大都由开关电源担任，要求供电电压高，电流大的设备的电源由可控硅电源

7、代之，小电流、低电压电源都采用集成稳压器。 1.2直流稳压的应用 直流稳压电源可广泛应用于国防、科研、大专院校、实验室、工矿企业、电解、电镀、直流电机、充电设备等2、总体设计原则本次设计稳压电源由变压器.桥式整流.电容滤波和三端集成稳压器组成的电路稳压电源图（1.2）电源装配图（1.2）图（1.2）第二章 直流稳压电源的主要技术指标及计算1、特性指标包括允许的输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等2、质量指标用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数、输出电阻、温度系数及纹波电压等。关于质量指标的含义，可简述如下： 2.1 稳压器质量指标（1）电压调整率SV 电压调整率是表征稳压器

8、稳压性能的优劣的重要指标，又称为稳压系数或稳定系数，它表征当输入电压VI变化时稳压器输出电压VO稳定的程度，通常以单位输出电压下的输入和输出电压的相对变化的百分比表示。（2）电流调整率SI电流调整率是反映稳压器负载能力的一项主要自指标，又称为电流稳定系数。它表征当输入电压不变时，稳压器对由于负载电流（输出电流）变化而引起的输出电压的波动的抑制能力，在规定的负载电流变化的条件下，通常以单位输出电压下的输出电压变化值的白分比来表示稳压器的电流调整率（） （3）纹波抑制比SR 纹波抑制比反映了稳压器对输入端引入的市电电压的抑制能力，当稳压器输入和输出条件保持不变时，稳压器的纹波抑制比常以输入纹波电压

9、峰-峰值与输出纹波电压峰-峰值之比表示，一般用分贝数表示，但是有时也可以用百分数表示，或直接用两者的比值表示。（4）温度稳定性集成稳压器的温度稳定性是以在所规定的稳压器工作温度Ti最大变化范围内（TminTiTmax）稳压器输出电压的相对变化的百分比值（）/T2.2 稳压器的工作指标稳压器的工作指标是指稳压器能够正常工作的工作区域，以及保证正常工作所必须的工作条件，这些工作参数取决于构成稳压器的元件性能。（1）输出电压范围 符合稳压器工作条件情况下，稳压器能够正常工作的输出电压范围，该指标的上限是由最大输入电压和最小输入-输出电压差所规定，而其下限由稳压器内部的基准电压值决定。（2）最大输入-

10、输出电压差 该指标表征在保证稳压器正常工作条件下稳压器所允许的最大输入输出之间的电压差值，其值主要取决于于稳压器内部调整晶体管的耐压指标。（3）最小输入-输出电压差该指标表征在保证稳压器正常工作条件下，稳压器所需的最小输入输出之间的电压差值。（4）输出负载电流范围输出负载电流范围又称为输出电流范围，在这一电流范围内，稳压器应能保证符合指标规范征所给出的指标。2.3 极限参数（1）最大输入电压该电压是保证稳压器安全工作的最大输入电压（2）最大输出电流是保证稳压器安全工作所允许的最大输出电流第三章 直流稳压电源的设计方案1、所需的电子元器件直流稳压电源的元件由电源变压器，整流二极管，滤波电容及三端

11、稳压器所组成，下面分别介绍各个元件：3.1电源变压器. 电源变压器是利用电磁感应原理制成静止电气设备，它能将某一电压值的交流电变换成同频率所需要的电压值的交流电变压器的变压比3.1.1变压器结构 1.铁心 铁心是变压器中主要的磁路部分。表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成铁心分为铁心柱和横片俩部分，铁心柱套有绕组；横片是闭合磁路之用 铁心结构的基本形式有心式和壳式两种 2.绕组 绕组是变压器的电路部分， 它是用双丝包绝缘扁线或漆包圆线绕成变压器工作时与电源联接的绕组叫初级绕组或一次绕组（原绕组），与负载联接的绕组叫次级绕组或而二次绕组（副绕组）。3.1.2变压器的原理如图（3.12）当一个

12、正弦交流电压U1加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流I1并产生交变磁通1，它沿着铁芯穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感电势U2，同时1也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向相反而幅度相近，从而限制了I1的大小。图3.123.1.3变压器的变压比在原绕组两端通入交变电流时，在铁心内建立磁场，产生了磁通。磁通随着电流按正弦规律变化，变化的磁通穿过原，副边绕组产生感应电动势经分析得变压比n：=n若n1,则n1n2,U1u2.此类变压器为降压变压器。反之nU0max+(Ui-U0)min式中（Ui-u0）min是稳压器的最小输入输出电压差，典型

13、值是3v按一般电源指标的要求，当输入交流电压220v变化+10%时，电源应稳压，所以需要计算稳压电路的最低输入电压U2min =U0max+(Ui-U0)min/1.2另一方面，为了保证稳压器安全工作，要求UiUomin+(Ui-Uo)max.式中(Ui-Uo)max是稳压器允许的最大输入输出电压差，典型值为40v(根据稳压器得到)。根据设计题目来得稳压器的最低输入电压为U2min =U0max+(Ui-U0)min/1.2=24(1+10%)+3/1.2=24.5v稳压器安全的最高输入电压为：U2max=Uomin+(Ui-Uo)max=24（1+10%）+40/1.2=55v3.2.2电源

14、变压器电源变压器的作用是将电网220V的交流电压 变换成整流滤波电路所需的交流电压。确定整流滤波电路形成后，由稳压器得到需要的最低输入直流电压Uimin .计算变12压器的副边电压U2，副边电流Ii及变压器的功率P2.从而确定变压器的型号。变压器的副边电压Ui:UiminUiUimax,一般取Ui=25v副边电流IiIi=Io=0.5A变压器的功率P2P2=Ui*Ii=25*0.5=12.5w变压器的功率P1:由于变压器存有损耗，所以计算P1时要涉及变压器的效率根据下列公式可以求出P1P2=P 1 （3.2）式中，为变压器的效率。一般小型变压器的效率如表1.12所示:表3.2小型变压器的效率副

15、边功率p2/VA(35)T/RL对于全波整流电路来说电容C 为：C(35)=(35)=(6301050)F电容耐压值：Udm=(1.52)U2=(37.550)v根据上述数据得 C1为1000 F/50v3.2.5 稳压电路附属元器件电容C1是在三端集成稳压器输入线较长时用以旁路高频干挠脉冲，C2是为了改算输出的瞬态特性并具有消振作用。VD5接在输入端与输出端之间是防止加在稳压集成块电压过高而烧坏3、直流稳压电源的组成直流稳压电源都使用220伏市电作为电源，经过变压、整流、滤波后输送给稳压电路进行稳压，最终成为稳定的直流电源。这个过程中的变压、整流、滤波等电路可以看作直流稳压电源的基础电路，没

16、有这些电路对市电的前期处理，稳压电路将无法正常工作。3.3.1 变压电路通常直流稳压电源使用电源变压器来改变输入到后级电路的电压。电源变压器由初级绕组、次级绕组和铁芯组成。初级绕组用来输入电源交流电压，次级绕组输出所需要的交流电压。通俗的说，电源变压器是一种电磁电转换器件。即初级的交流电转化成铁芯的闭合交变磁场，磁场的磁力线切割次级线圈产生交变电动势。次级接上负载时，电路闭合，次级电路有交变电流通过。变压器的电路图符号见图3.3.1。3.3.2 整流电路经过变压器变压后的仍然是交流电，需要转换为直流电才能提供给后级电路，这个转换电路就是整流电路。在直流稳压电源中利用二极管的单项导电特性，将方向

17、变化的交流电整流为直流电。（1）半波整流电路 半波整流电路见图3.3.2。其中B1是电源变压器，D1是整流二极管，R1是负载。B1次级是一个方向和大小随时间变化的正弦波电压，波形如图5.22（a）所示。0期间是这个电压的正半周，这时B1次级上端为正下端为负，二极管D1正向导通，电源电压加到负载R1上，负载R1中有电流通过；2期间是这个电压的负半周，这时B1次级上端为负下端为正，二极管D1反向截止，没有电压加到负载R1上，负载R1中没有电流通过。在23、34等后续周期中重复上述过程，这样电源负半周的波形被“削”掉，得到一个单一方向的电压，波形如图3.3.22（b）所示。由于这样得到的电压波形大小

18、还是随时间变化，我们称其为脉动直流。设B1次级电压为E，理想状态下负载R1两端的电压可用下面的公式求出： 整流二极管D1承受的反向峰值电压为：由于半波整流电路只利用电源的正半周，电源的利用效率非常低，所以半波整流电路仅在高电压、小电流等少数情况下使用，一般电源电路中很少使用。（2）全波整流电路 由于半波整流电路的效率较低，于是人们很自然的想到将电源的负半周也利用起来，这样就有了全波整流电路。全波整流电路图见图3.23。相对半波整流电路，全波整流电路多用了一个整流二极管D2，变压器B1的次级也增加了一个中心抽头。这个电路实质上是将两个半波整流电路组合到一起。在0期间B1次级上端为正下端为负，D1

19、正向导通，电源电压加到R1上，R1两端的电压上端为正下端为负，其波形如图3.24所示，其电流流向如图3.25所示；在2期间B1次级上端为负下端为正，D2正向导通，电源电压加到R1上，R1两端的电压还是上端为正下端为负，其波形如图3.24所示，其电流流向如图3.26所示。在23、34等后续周期中重复上述过程，这样电源正负两个半周的电压经过D1、D2整流后分别加到R1两端，R1上得到的电压总是上正下负，其波形如图3.24所示。设B1次级电压为E，理想状态下负载R1两端的电压可用下面的公式求出： 整流二极管D1和D2承受的反向峰值电压为：全波整流电路每个整流二极管上流过的电流只是负载电流的一半，比半

20、波整流小一倍。3.23桥式整流电路由于全波整流电路需要特制的变压器，制作起来比较麻烦，于是出现了一种桥式整流电路。这种整流电路使用普通的变压器，但是比全波整流多用了两个整流二极管。由于四个整流二极管连接成电桥形式，所以称这种整流电路为桥式整流电路。 由图3.28可以看出在电源正半周时，B1次级上端为正，下端为负，整流二极管D4和D2导通，电流由变压器B1次级上端经过D4、R1、D2回到变压器B1次级下端；由图3.29可以看出在电源负半周时，B1次级下端为正，上端为负，整流二极管D1和D3导通，电流由变压器B1次级下端经过D1、R1、D3回到变压器B1次级上端。R1两端的电压始终是上正下负，其波

21、形与全波整流时一致设B1次级电压为E，理想状态下负载R1两端的电压可用下面的公式求出： 整流二极管D1和D2承受的反向峰值电压为： 桥式整流电路每个整流二极管上流过的电流是负载电流的一半，与全波整流相同。3.3.3 滤波电路交流电经过整流后得到的是脉动直流，这样的直流电源由于所含交流纹波很大，不能直接用作电子电路的电源。滤波电路可以大大降低这种交流纹波成份，让整流后的电压波形变得比较平滑。（1）电容滤波电路 电容滤波电路图3.31，电容滤波电路是利用电容的充放电原理达到滤波的作用。在脉动直流波形的上升段，电容C1充电，由于充电时间常数很小，所以充电速度很快；在脉动直流波形的下降段，电容C1放电

22、，由于放电时间常数很大，所以放电速度很慢。在C1还没有完全放电时再次开始进行充电。这样通过电容C1的反复充放电实现了滤波作用。滤波电容C1两端的电压波形选择滤波电容时需要满足下式的条件：（2）电感滤波电路电感滤波电路图见图3.33。电感滤波电路是利用电感对脉动直流的反向电动势来达到滤波的作用，电感量越大滤波效果越好。电感滤波电路带负载能力比较好，多用于负载电流很大的场合。（3 ）RC滤波电路使用两个电容和一个电阻组成RC滤波电路，又称型RC滤波电路。见图3.34所示。这种滤波电路由于增加了一个电阻R1，使交流纹波都分担在R1上。R1和C2越大滤波效果越好，但R1过大又会造成压降过大，减小了输出

23、电压。一般R1应远小于R2。（4）LC滤波电路与RC滤波电路相对的还有一种LC滤波电路，这种滤波电路综合了电容滤波电路纹波小和电感滤波电路带负载能力强的优点。其电路图见图3.353.3.4 三端固定输出集成稳压器应用电路 （1）基本应用电路如下图所示。由于输出电压决定于集成稳压器，所以输出电压为12V，最大输出电流为1.5A。为使电路正常工作，要求输入电压U1比输出电压UO至少大2.53V。输入端电容C1用以抵消输入端较长接线的电感效应，以防止自激振荡，还可抑制电源的高频脉冲干扰。一般取0.11F。输出端电容C2、C3用以改善负载的瞬态响应，消除电路的高频噪声，同时也具有消振作用。V是保护二极管，用来防止在输入端短路时输出电容C3所存储电荷通过稳压器放电而损坏器件。CW7900系列的接线与CW7800系列基本相同。（2）提高输出电压的电路提高电阻R2与R1的比值，可提高输出电压UO。缺点是当输入电压变化时，IQ也变 化，这使稳压器的精度降低。4、工作原理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220V 50HZ交