第六组直流稳压电源报告

1、直流稳压电源设计报告摘要本文由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路流程思路将输入220V交流电转换成+5V、-5V、+3.3V的直流电源。变压器把市电交流电压变为所需要的低交流电。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。对稳压器的选择我们采用LM317K可调试三端稳压器以及7805、7905稳压电源，其中LM317k可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压，不过它只能允许可调的正电压，此稳压器的内部含有过流过热等保护电路；由一个电阻和一个可变电位器组成电为压输出调节电路，它的输入电压：15V，输出电压为=1.25（1+R4/R5）。 关键

2、词：变压器、整流、滤波、稳压。第一章：设计内容及要求1.1设计目的：1、掌握模拟电路的基本设计方法、设计步骤，培养全面设计和调试能力；2、学会直流稳压电源的设计方案和性能指标的测试；3、掌握7805、7905、LM317等三端稳压器件的使用方法；4、选择变压器、整流二极管、滤波电容集成稳压器来设计直流稳压电源。1.2设计内容：设计主要性能指标要求1、对称输出，2、输出。1.3设计步骤：1、功能和性能指标分析：对题目的各项要求进行分析，整理出系统和具体电路设计所需的更具体、更详细的功能要求和技术性指标数据，以求得设计的原始依据2、选择元器件：很好的理解电路的工作原理，正确利用计算公式，选择合理的

3、元件参数，且应降低成本，减少器件品种，减少器件的功耗和体积。3、画出总体电路图，要求按相关规定，布局合理，画面清晰，便于对图的理解和阅读，为印制电路板，并组装、调试和维修时做好准备。4、按总电路图安装电路，调试并改进。第二章：电路原理21电路原理整体概述： 直流变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，如图2-1所示。图2-1 直流稳压电源方框图其中：电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变化由变压器的副边电压确定。整流电路：利用单

4、向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。常有的整流电路有：1、半波整流电路 半波整流就是利用二极管的单向导电性能，使经变压器出来的电压V只有半个周期可以到达负载，造成负载电压V是单方向的脉动直流电压。 2、全波整流电路利用半导体二极管的单向导电性能把交流电变成单向脉动直流电的电路。全波整流的特点：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。第三章：单元电路设计与原理说明3.1电源变压器原理： 电源变压器的原边接来自电网的220V的交流电压，副边接输出电压，输出电压=（/）。如果考虑变压器的损耗，可以认为是一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从

5、电源取得的电功率。由于变压器存在铁损与铜损，所以它的输出功率远小于输入功率。电源变压器的效率为：= 其中为副边的功率，是变压器原边的功率。 变压器的效率与变压器的功率等级有密切关系，通常功率越大，损耗与输出功率比就越小，效率也就越高，反之，功率越小，效率也就越低。3.2整流电路： 把交流电路转换为直流电能的电路成为整流电路，整流电路是电力电子电路中最早出现的一种，它将交流电流变为直流电，应用十分广泛，电路形式各种各样；按组成的器件可分为不可控、半控和全控三种，按电路结构可分为桥式电路和零式电路，按交流输入相数分为单相电路和多相电路，按变压器二次侧电流的方向是单相或双相，又分为单相电路和双相电路

6、。本实验采用的是单相桥式整流电路。 单相桥式整流电路如图3-1所示，图中Tr为电源变压器，它的作用是将交流电网电压V1变成整流电路要求的交流电路，RL是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管D1D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。单相桥式整流电路的工作原理可分析如下。简单起见，二极管用理想模型来处理，即正向导通电阻为零，方向电阻为无穷大。在V2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向RL，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止。在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。其电流通路可用图3-1中实线剪头表示。在V2的负半周，其极性与图示

7、相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D2流向RL，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向导通。电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。其电流通路如图3-1中虚线箭头所示。 综上所述，桥式整流电路巧妙地利用二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。 根据上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图3-3.由图可见，通过负载RL的电流iL以及电压VL的波形都是单方向的全波脉动波形。桥式整流电

8、路的优点是输出电压高，波纹电压较小，管子所承受的最大方向电压较低，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利用，效率较高。因此，这种电路在半导体整流电路中红得到了颇为广泛的应用。电路的缺点是二极管较多。注：输入220V 50Hz 输出12V 10VA图3-1图3-23.3滤波电路：3.3.1滤波电路概述 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，如在负载电阻两端并联电容器C，或在整流电路输出端与负载间串联电感器L，以及由电容、电感组合而成的各种复杂式滤波电路。常用结构如图3-3所示。图 3-3由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容C在电源供给的电

9、压升高时，能把部分能量储存起来，而当电源电压降低时，就把电场能量释放出来，使负载电压比较平滑，即电容C具有平波的作用；与负载作用串联的电感L，当电源供给的电流增加（由电源电压增加引起）时，它把能量储存起来，而当电流减小时，又把磁场能量释放出来，使负载电流比较平滑，即电感L也有平流作用。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（电容器C接在最前面，如图3-3中（a）、（c）和电感输入式（电感器L接在最前面，如图3-3中的（b）。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（而当电流很大时仅用一电感器与负载串联）。本次电路设计中采用C型滤波电路。3.3

10、.2C型滤波电路接空载 当电路采用电容滤波，输出空载，如图3-4（a）所示，设初始时电容电压为零。接入电源后，当正在半周时，通过D1、D3向电容器C充电；当在v2的负半周时，通过D2、D4向电容器C充电，充电时间常数为=RintC。（a） 电路图（b）波形图图3-4 空载时桥式整流电容滤波电路 上式中电阻包括变压器副边绕组的直流电阻和二极管的正向导通电阻。由于电阻一般很小，电容器很快就充到交流电压的最大值，波形如图3-4（b）所示。此后，开始下降，由于电路输出端没接负载，电容器没有放点回路，所以电容电压值不变，此时，二极管两端承受反向电压，处于截止状态，电路的输出电压=，电路输出维持一个恒定值

11、。3.3.3 C型电路接负载时： 图3-5给出了电容滤波电路在带电阻负载后的工作情况。接通交流电源后，二极管导通，整流电源同时向电容充电和向负载提供电流，输出电压的波形是正弦形。在时刻，即达到峰值，开始以正弦规律下降，此时二极管是否关断，取决于二极管承受的是正向电压还是反向电压。（a）电路图（b）波形图图 3-5 带载时桥式整流滤波电路 设变压器二次电压从0开始上升（即正半周开始）时接入负载RL，由于电容器在负载未接入前充了电，故刚接入负载时，二极管受反向电压作用而截至，电容器C经RL放电，放电的时间常数 =RLC 因一般较大，故电容两端电压按指数规律慢慢下降。其输出电压=，如图3-6的ab段

12、所示。与此同时，交流电压按正弦规律上升。当时，二极管D1、D3一方面向负载RL提供电流，另一方面向电容C充电接入负载时充电时间常数=（RL）CC很小,升高将如图3-6中的bc段，途中bc段上的阴影部分为电路中的电流在整流电路内阻上产生的压降，随着交流电压升高到最大值的附近。然后，又按正弦规律下降。当时，二极管受反向电压作用而截至，电容器C又经RL放电，下降，波形如图3-6中的cd段。电容器C如此周而复始地进行充放电，负载上便得到如图3-6所示的一个近似锯齿波的电压=，使负载电压的波动大小减小。电路的电压、电流和纹波电压波形如图3-6所示。图3-6 桥式整流、电容滤波时的电压、电流和纹波电压波形

13、3.4 稳压电路: 1稳压电路选用三端集成直流稳压器，其电路连接方式一般如图3-7所示。图3-7 三端集成直流稳压器 性能上，常用的集成稳压器由三端固定式、三端可调试和开关式。在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按照实验要求本设计用的可调式三端稳压器LM317。此外三端集成稳压器还有78系列和79系列。图3-8为78XX系列的外形。图 3-8 78XX系列外形79系列和78系列的外形相似但是连接不一样，79的1端接地，2端接负输入，3端为输出。如图3-9所示为固定三段式稳压器的引脚图与应用电路。（a）78XX系列引脚图及应用电路（b）79XX系列引脚图及应用电路图3-9 固定三段式稳压

14、器的引脚图与应用电路第四章：参数计算及器件选择4.1组成集成稳压器的参数计算及选择 1.输出+5V：核心器件选用LM7805三端集成稳压器，其输出电压为+5V,额定电流0.1A。当变压器变压后输出12V交流电，经整流桥整流后输出12V电压，滤波后有LM7805三端集成稳压电源处理，输出+5V电压。如图4-1所示。起限流作用保护LED管滤整流桥整流后输出的低频电压滤整流桥整流后输出的高频电压滤LM7805三端集成稳压器可能自激震荡产生的低频电压滤LM7805三端集成稳压器可能自激震荡产生的高频电压 图 4-1 2.输出-5V：核心电压器件选用LM7905三端集成稳压器，其输出电压-5V，额定电流

15、0.1A。当变压器变压后输出12V交流电，经整流桥整流后输出12V电压，滤波后有LM7809三端集成稳压电源处理，输出-5V电压。如图4-2所示。 滤整流桥整流后输出低频电压滤整流桥整流后输出高频电压起限流作用保护LED管滤LM7905三端集成稳压器可能自激震荡产生的高频电压滤LM7905三端集成稳压器可能自激震荡产生的低频电压图4-2 3.输出+3.3V：核心器件选用LM317三端集成稳压器，其特性参数为：=1.237V，=1.5A，最小输出电压差=3V，最大输入压差=40V，均满足性能指标要求，如图4-3所示。起限流作用保护LED管滤LM317三端集成电器可能自激震荡产生的低频电压 图4-

16、3上图中选用R5=0.26K，R4=0.47K的电阻。从LM317ADJ端出来约为=1.2V电压，最后需得=3.3V电压。 有 =(1+R4/R5) 即 /=R4/R5+1 代入数据有 3.3/1.2=R4/R5+1。即 R4/R5=1.75。 先设定R5=0.26K,通过上式可得R4=0.455K。 由现有器材考虑 我们选择R4为0.46K的电阻。 R5=0.26K , R4=0.47K 。4.2元器件列表：元件名称元件大小元件数量元件名称元件大小元件数量LM78055V1极性电容470uF2LM7905-5V1100uF2LM3171.237V110uF1整流桥1电容224uF4电源220

17、V1电阻0.26K1二极管30.27K1变压器10.3K1保险丝10.47K1导线若干0.68K1第五章：电路仿真5.1仿真电路图：+5V输出仿真结果：+3.3输出仿真结果：由于在LM317ADJ端仿真过程中输出为1.980V，导致仿真结果与实际结果之间存在差异。-5V输出仿真结果：第六章：电路板的设计6.1电路板的生成：1.将元器件按照电路原理图顺序一一放在电力路板上，画下电路板视图。2.将元器件取下后从电源到输出一步步焊接电路板，每焊接一部分电路图边用万用表测试所示数值，以便出现焊接错误改正。3.线路板实物图：4电路板连接完成后测量得数据： +5V输出：5.00 -5V输出：-5.01 +3.3输出：3.43经过计算实际测量值与理论值在