课程设计可调直流稳压电源

1、目 录 一、前言················································

2、3;···1 二、任务分析·············································&#

3、183;··1 2.1 直流稳压电源的种类及选用·······························1 2.2 稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求·········&#

4、183;·········2 2.3 串联型直流稳压电源的设计要求···························2 三、 方案构思对比········&

5、#183;··································2 四、方案二设计的具体实现·············

6、;·······················6 一） 工作原理说明·························

7、················6 2）提高实现过流保护································

8、··6 二） 各元器件参数估算和选择·······························7 4.2.1 稳压电路············&#

9、183;·······························8 4.2.2 滤波电路················&#

10、183;···························8 4.2.3 整流电路····················&#

11、183;·······················9 4.2.4 降压电路························&#

12、183;···················11 4.3 元件电路参数计算····························

13、;·········12 五、总结·心得······································&#

14、183;······13 六、附录··········································&

15、#183;·········14 七、原始资料及参考书目······································

16、;15一、前言 通过课程设计过程，巩固和应用在模拟电子课程中所学的理论只是和实验技能，基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高综合应用电子技术解决实际问题的能力。为以后从事本专业技术工作打下一定基础。 电子设备中都需要稳定的直流电源，功率较小的直流电源大多数都是将50hz的交流电经过整流、滤波和稳压后获得。这样就需要经过变压把220v的电压变为低电压的直流电，这样运用与低直电路中，报告通过其中，稳压电路采用三端固定输出集成稳压器lw78系列达到稳压效果，因此系统可根据实际需要对其设计进行适当的修改。2、 任务分析 2.1 直流稳压电源的种类及选用 （1） 线性稳压电源：线性稳定电源有一个共同的

17、特点就是它的功率器件调整管工作在线性区，靠调整管之间的电压降来稳定输出。由于调整管静态损耗大，需要安装一个很大的散热器给它散热,而且由于变压器工作在工频（50hz)上,所以重量较大。该类电源优点是稳定性高，纹波小，可靠性高，易做成多路，输出连续可调的成品；缺点是体积大、较笨重、效率相对较低。 （2） 开关型直流稳压电源：电路型式主要有单端反激式，单端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。它和线性电源的根本区别在于它变压器不工作在工频而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹，功能管不是工作在饱和及截止区即开关状态，开关电源因此而得名。开关电源的优点是体积小，重量轻，稳定可靠；缺点相对于线性电源来说纹波较大（一般

18、1% v，好的可做到十几mv或更小)。它的功率可自几瓦几千瓦均有产品。2.2 稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求 （1）稳定性好 当输入电压（整流、滤波的输出电压）在规定范围内变动时，输出电压的变化应该很小一般要求。由输入电压变化而引起输出电压变化的程度，称为稳定度指标，常用稳压系数s来表示：s的大小，反映一个稳压电源克服输入电压变化的能力。在同样的输入电压变化条件下，s越小，输出电压的变化越小，电源的稳定度越高。通常s约为1010。 （2）输出电阻小负载变化时（从空载到满载），输出电压，应基本保持不变。稳压电源这方面的性能可用输出电阻表征。输出电阻（又叫等效内阻）用rn表示，它等于输出电压

19、变化量和负载电流变化量之比。rn反映负载变动时，输出电压维持恒定的能力，rn越小，则ifz 变化时输出电压的变化也越小。性能优良的稳压电源，输出电阻可小到1，甚至0.01。（3）输出电压纹波小 所谓纹波电压，是指输出电压中50hz或100hz交流分量，通常用有效值或峰峰值表示。经过稳压作用，可以使整流滤波后的纹波电压大大降低，而降低的倍数反比于稳压系数s。2.3串联型直流稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求 1）输入交流电压变化范围（有效值） 180v-260v,50hz; 2) 输出直流电压：a组5v,输出电流变化范围 03a； b组12,输出电流变化范围 03a； c组15,输出电流变化范

20、围 03a； d组18,输出电流变化范围 03a； e组24,输出电流变化范围 03a；3)输入电压调整率：或在输入电压变化20时，输入电压变化少于100。4)负载调整率：在输出电流变化范围内，输出电压变化小于100mv5)提高内容1：输出直流电压改为 524v 可调。6)提高内容2：要有过流保护，保护动作点：额定电流2a.三、方案构思对比3.1系统概述符合上述要求的电源电路的设计方法有很多种，比较简单的有3种： error! reference source not found.3.2下面对三种电路进行对比（1）晶体管串联式直流稳压电路方案一: 先对输入电压进行降压，然后用单相桥式整流电路整

21、流，用电容滤波电路滤波。稳压电路采用的是具有放大环节的串联型稳压电路,利用三极管扩流与稳压，及采样反馈电路，电路主要利用分立元件完成稳压是串联负反馈稳压电路电路图，其中q1是调整管，d2和r5组成基准电压，t2为比较放大器，r6r8组成取样电路。对调整管的工作状态进行调整，从而使输出电压发生变化，该变化与由于供电电压ui发生变化引起的输出电压的变化正好相反，从而保证输出电压uo为恒定值(稳压值)。 如下图一： 图一对方案一进行分析：以下方案均可认为来自与方案一，只是提高扩流，与调节精度。 选图一（1）作分析： 假设由于某种原因引起输出电压uo降低时，通过r3r5的取样电路，引起t2基极电压（u

22、t2）o成比例下降，由于t2发射极电压（ut2）e受稳压管d1的稳压值控制保持不变，所以t2发射结电压（ut2）be将减小，于是t2基极电流（it2）b减小，t2发射极电流（it2）e跟随减小，t2管压降（ut2）ce增加，导致其发射极电压（ut2）c上升，即调整管t1基极电压（ut1）b将上升，t1管压降（ut1）ce减小，使输入电压ui更多的加到负载上，这样输出电压uo就上升。这个调整过程可以使用下面的变化关系图表示： uo（ut2）oud1恒定（ut2）be（it2）b（it2）e（ut2）ce （ut2）c（ut1）b（ut1）ceuo 当输出电压升高时整个变化过程与上面完全相反。 在

23、串联负反馈稳压电源的整个稳压控制过程中，由于增加了比较放大电路t2，输出电压uo的变化经过t2放大后再去控制调整管t1的基极，使电路的稳压性能得到增强。t2的值越大，输出的电压稳定性越好。 调节输出电压 前面我们还说到r3r5是取样电路，由于取样电路并联在稳压电路的输出端，而取样电压实际上是通过这三个电阻分压后得到。在选取r3r5的阻值时，可以通过选择适当的电阻值来使流过分压电阻的电流远大于流过t2基极的电流。也就是说可以忽略t2基极电流的分流作用，这样就可以用电阻分压的计算方法来确定t2基极电压（ut2）b。 扩流作用 复合管都是由一个小功率三极管t2和一个大功率三极管t1连接而成。复合管就

24、可以看作是一个放大倍数为t1t2，极性和t2一致，功率为（pt1）pcm的大功率管，而其驱动电流只要求（it2）b。 方案二： 本电路采用三端集成稳压器电路方案，先对输入电压进行降压，然后用单相桥式整流电路整流，同样通过7805三段稳压器稳定输出5v电压，通过q1，q2，两个三极管进行扩流，当通过q1的电流太大时候，r4的电阻上压降使q2管导通分流，保护q1管，使得电流太大时不至于烧坏电路。 采用三端集成稳压器电路 电路框图如图2所示，采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输出电压调整范围较宽，可实现输出电压从5v起连续可调，因要求电路具有很强的带负载能力，需设计一软启动电路以适应

25、所带负载的启动性能。该电路所用器件较少，成本低且组装方便、可靠性高。 图二方案三： 先对输入电压进行降压，然后用单相桥式整流电路整流，整流滤波电路、压差控制电路、稳压及输出电压控制电路、电压电流采样电路、该电路采用稳压管作为第一级调压元件，用稳压电源芯片7805为第二级调压元件，通过lm358集成运放改变电阻网络的阻值，从而改变调压元件的外围参数，并加上软启动电路，获得524v，0.1 v步长，驱动能力可达1 a，达到高精度控制调节电压输出，同时可以显示电源电压值和输出电流值的大小。 如图三： 图三方案一： 结构简单，可用常用分立元器件，容易实现，技术成熟，完全能够达到技术参数的要求，造价成本

26、低，稳压效果相当好，但是无法产生较大的输出电流，而且精确度不是太高。方案二： 稳压部分需采用一块三端稳压器其他分立元器件，元器件先进，技术成熟，完全能达到题目要求，性能较方案一需优越一些，但成本较高。方案三： 电源稳定性好、精度高，并且能够输出±24v 范围内的可调直流电压，且其性能于传统的可调直流稳压电源，但是电路比较复杂，成本很高，使用于要求较高的场合。综合考虑在实际中，如果对电路的要求不太高，多采用第二种设计方案。4 方案二 设计的具体实现 工作原理及元件选择 一） 工作原理说明 该电路输出目标经过单相交流变压器，整流，滤波，稳压通过7805及扩流保护输出电压为5-24v可调节

27、变化的直流电源。 本电路使用的降压电路是单相交流变压器，选用电压和功率依照后级电路的设计需求而定。整流电路的主要作用是把经过变压器压后的交流电通过整流变成单个方向的直流电，但是这种直流电的幅值变化很大，主要是通过二极管的截止和导通来实现的，常见的整流电路主要有全波整流电路、桥式整流电路，而本设计选取单相桥式整流电路实现设计中的整流功能。尽管整流后的电压为直流电压，但波动较大，仍然不能直接作为电源使用，还需进一步滤波，将其中的交流成份滤掉。在小功率整流滤波电路中，电容滤波是最常用的一种。电容在电路中有储能的作用，并联的电容器在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电源电压降低时，就把能

28、量释放出来，使负载电压比较平滑，效果较好。而且本电路后级是稳压电路，因此可以使用电容滤波电路进行简单滤波。 因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器。lm7805系列三端集成稳压器，其输出电压范围为4.8-5.2 v，输出电流可达1.5 a，内部带有过载保护电路，具有稳压精度高、工作可靠等特点。 （2）提高实现过流保护： 当流过q1的电流太大时，q2的基极正偏，被导通，对q1进行分流保护，这样就可以保证电路的正常工作。保护整个稳压电路。2） 各元器件参数估算和选择 经过对电路分析知道电路参数需要从后向前逐步推到4.2.1 稳压电路因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器。l

29、m7805系列三端集成稳压器，其输出电压范围为4.8-5.2 v，输出电流可达0-3 a，内部带有过载保护电路，具有稳压精度高、工作可靠等特点。其输出电压的调节原理如图15所示。 图1 输出电流扩展电流 图2输出电流扩展电流与稳压调压有图1通过外接t1及r1来进行扩展电流，r1的阻值由由晶体管的发射结导通电压vbe,三端稳压器输入的电流i近似等于三端稳压输入电流i和t的基极电流ib决定，即 由于lm7805的1.2脚间输入为（35-40v），经过调压最大u 0=24v,即要求c2的耐压值为（3-5）uo,根据查阅只来可选用in5401，参数为（硅管，100v,3a). 由于lm7805的2、3

30、脚之间的电压u为一稳定的基准电压(5v)，故有：5v是集成稳压器输出端与调整端之间的固定参考电压u；r取值120240（此值保证稳压器在空载时也能正常工作），调节rp可改变输出电压的大小（rp取值视r和输出电压的大小而确定）。 4.2.2 滤波电路 尽管整流后的电压为直流电压，但波动较大，仍然不能直接作为电源使用，还需进一步滤波，将其中的交流成份滤掉。在小功率整流滤波电路中，电容滤波是最常用的一种。电容在电路中有储能的作用，并联的电容器在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压比较平滑，效果较好。而且本电路后级是稳压电路，因此可以使用电容滤波

31、电路进行简单滤波。 （1）电路组成：电容滤波电路下图 所示。图12 电容滤波电路图 （2）工作原理： 负载未接入（开关s 断开）时：设电容两端初始电压为零，接入交流电源后，当v为正半周时，v通过d1、d3向电容c 充电；v为负半周时，经d2、d4向电容c充电。充电时间常数为：t=rintc。其中rint包括变压器副绕组的直流电阻和二极管的正向电阻。由于rint一般很小，电容器很快就充电到交流电压v的最大值v，由于电容无放电回路，故输出电压（电容c 两端的电压)保持在v不变。 、接入负载r（开关s合上）时：设变压器副边电压v从0开始上升时接入r，由于电容已到v，故刚接入负载时，vv，二极管在反向

32、电压作用下而截止，电容c 经r放电，放电时间常数为：t=rlc。因t一般较大，故电容两端电压v(即v)按指数规律慢下降（图中a,b段）。、当v升至v>v时，二极管d1、d3 在正向电压作用下而导通，此时v经d1、d3 一方面向r提供电流，一方面向c充电（接入r后充电时间常数变为t=r/rintcrintc ）。v将如图中b、c 段所示。、当v又降至vv时，二极管又截止，电容c又向r放电，如图中c、d段所示。电容如此周而复始充放电，就得到了一个如图所示的锯齿波电压v= v，由此可见输出电压的波动大大减小。、为了得到平滑的负载电压，一般取 t=rlc(3 5)t/2 (t 为交流电周期20m

33、s) v = (1.1 1.2)v。 电容滤波电路波形图 4.2.3整流电路 整流电路的主要作用是把经过变压器降压后的交流电通过整流变成单个方向的直流电，但是这种直流电的幅值变化很大。它主要是通过二极管的截止和导通来实现的，其电路原理图及其波形变换如图8所示。常见的整流电路主要有全波整流电路、桥式整流电路、倍压整流电路，而本设计选取单相桥式整流电路实现设计中的整流功能。图8 整流电路原理图及其波形变换图 （1）电路图：如图9所示，二极管d1、d2、d3、d4四只二极管接成电桥的形式，名称由此而来。 （2）工作原理：在v2的正半周,d1、d3导通，d2、d4截止，通过d1、d3给r提供电流，方向由上向下（图中虚线)； 图9 桥式整流电路电路图在v2 的负半周，d2、d4 导通，d1、d3 截止，通过d2、d4给r提供电流，方向仍然是由上向下（图中虚线）由此得到图示的整流波形。 （3）波形图:图10 桥式整流电路波形图图11 桥式整流电路仿真电路图 （4）参数计算： 输