集成直流稳压电源的设计

1、沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书摘 要随着科技的发展，电器，电子设备已经广泛的应用于日常，科研，学习等各个方。电源作为电气，电子设备无可或缺的能源供应部件，需求日益增加，而且对电源的功能和稳定性也提出了要求。本课程设计目的在于培养同学们自主设计制作的能力，同时学会应用仿真软件对设计电路进行模拟分析。电源作为通信电路中必不可少的重要组成部分，它受到越来越多的重视。在电子线路的相关应用中, 电源是其必不可少的部分, 电源系统质量的优劣和性能的可靠性直接决定着整个电子设备的质量。直流稳压电源作为直流能量的提供者, 在各种电子设备中有着极其重要的地位, 它的性能良好与否直接影响到电子产品的精度、

2、稳定性和可靠性。随着电子技术的日益发不太复杂的电子线路发展到今天具有较强功能的模块。人们对电源的质量、功能和性能要求也随之变得越来越高。本文介绍一种以可调式稳压器为核心组成的正负输出可调的直流稳压电源。该电源主要由电源变压器、单相桥式整流电路、滤波电路和稳压电路等部分所组成。本设计的主要内容是围绕着如何使串联可调直流稳压电源输出直流电压稳定、脉动成分减小而展开的。首先介绍了稳压电源的设计方法，接着介绍了电容滤波电路的性能特点，然后介绍了各单元电路设计仿真，并在电路中采用了提高稳定度，提高温度稳定性及限流型过流保护电路的具体措施，以确保电路安全稳定的工作。因此，直流稳压电源的设计具有重要的意义。

3、在本文中，首先对稳压电路原理进行分析。其次，根据设计标准搭建典型的电路进行分析，最后，对整个电路进行总结。关键词：直流稳压 ;电源; 整流 ;滤波 ;稳压;目 录1 绪 论12 设计任务32.1课程设计的目的及意义32.2课程设计任务与要求32.3实验器材32.4课程设计技术指标33 集成直流稳压电源的工作原理43.1 集成直流稳压电源的概述4 3.1.1直流稳压电源的基本原理43.2.电源变压器及整流滤波43.3.三端集成稳压器44 电路设计与调试64.1 集成直流稳压电源的设计与调试64.1.1直流稳压电源的参数计算64.1.2 直流稳压电源元器件7 4.1.3 直流稳压电源总原理图74.

4、1.4集成直流稳压电源电路板实物图85 实验结果分析95.1 集成直流稳压电源结果分析9 5.1.1 整流滤波电路输出结果分析95.1.2 直流稳压电路的输出分析结果105.1.3 误差分析106 总结11致谢12参考文献13I1 绪 论1.1直流稳压电源的概述电子设备用直流稳压电源的历史大约有五十年了。 五十年来出现了各种各样的直流稳压电源，但根据稳压的方式，一般可归纳为三大类：线性电源、铁磁谐振电源和开关电源。线性直流稳压电源中的调整元件工作在线性放大状态，是一种连续调整输出电压的方法，所以称之谓线性电源。按调整元件对于未稳定的输入直流电压和负载的连接方式可以分为串联调整式和并联调整式两种

5、。调整元件可以是电子管或晶体管。电子管稳压电源中的调整元件、放大元件、基准电压稳压管等都是电子管的。随着半导体工业的发展，到六十年代初期使用晶体三极管、二极管的晶体管稳压电源就取代了电子管稳压电源，直流稳压电源就由第一代而进入第二代。铁磁谐振电源主要是指恒压变压器整流方式这一类。这种电源的优点是简单、可靠和成本低，曾广泛应用于对体积和重量要求不高的场合。它能有效地隔离来自电网的噪声，而且没有过电压的危险，不需要过电压保护电路。它的缺点是体积大而笨重；对电网频率变化敏感；负载稳定度不高。1 9 6 6 年前后又出现了参数变压器。参数变压器由LC 并联谐振电路组成, 本质上是一个功率振荡器。它具有

6、很好的滤波性能和稳压性能, 有过载、过压、欠压保护作用。参数变压器有许多优良特性, 人们认为它是有发展前途的。所谓开关式直流稳压电源系指以开关工作方式控制输出电压的直流稳压电源。四十年代发展起来的磁放大器开关式直流稳压电源是利 用铁芯的“饱和”、“非饱和”两种状态进行开关控制的，那是一种低频磁放大器。五十年代后期到六十年代盛行的可控硅相控整流方式也属于开关电源一类。六十年代初出现了脉宽调制型开关式直流稳压电源。七十年代初开始迅速发展了高频开关功率变换技术、主要是指变换器方式的高频开关式直流稳压电源。这是当代一种先进的直流稳压电源, 是第三代的直流稳压电源。 1.2本文研究的主要内容通过集成直流

7、稳压电源的设计，安装和调试，学会选择变压器、整流二极管、滤波电容、集成稳压器及相关元器件设计直流稳压电源；掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。设计基本要求：1、根据设计要求确定直流稳压电源的设计方案，计算和选取元件参数。2、完成各单元电路和总体电路的设计，并用计算机绘制电路图。3、完成电路的安装、调试，使作品能达到预定的技术指标。4、给出测试各项技术指标的方法（包括所使用的仪器），撰写测试报告及使用说明书。2 设计任务2.1课程设计的目的及意义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

8、电路的调试及主要技术指标的测试方法。2.2课程设计任务与要求（1） 电路拟采用限流型（2） 完成全源变压器只做理论设计（3） 合理选择集成稳压器及扩流三极管（4） 保护电电路理论设计，安装调试，绘制电路图，自制印刷版。（5） 撰写设计报告，调试总结报告。2.3实验器材（1）计算机（2）示波器（3）PCB制作工具：包括：电烙铁，剪刀，焊锡丝。，焊接剂，镊子等其他设计工具； （4）元器件：电阻，电位器，电容，交流电源，电源接插件，IC插座，导线等等2.4课程设计技术指标（1）同时输出±15V电压、输出电流为500mA；（2）输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于5*10-3，输出内阻小于0

9、.1；（3）加输出保护电路，最大输出电流不超过2A。3 集成直流稳压电源的工作原理3.1 集成直流稳压电源的概述3.1.1直流稳压电源的基本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组成，基本框图如下： 图1-1 直流稳压电源的框图3.2.电源变压器及整流滤波（1）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要的交流电压。在本次设计中，为安全起见，直接使用二次电压ui。（2）整流滤波电路的作用是将ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除纹波，输出直流电压UI。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波、倍压整流滤波电路。单相桥式电容滤波电路如下图所示：

10、图1-2 单相桥式电容滤波电路的电路图3.3.三端集成稳压器 常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。 固定三端集成稳压器正压系列：78XX系列(XX代表输出的固定电压值)。芯片内有过流、过热和调整管安全工作区保护。它又分为三个字系列，即78XX、78MXX、78LXX。78XX输出电流为1.5A，78MXX输出电流为0.5A，78LXX输出电流为0.1A。 负压系列：79XX系列。下图所示为正压W7812的典型电路 图1-3 W7812三端固定集成稳压器的电路图 可调式三端集成稳压器正压系列：W317系列稳压块能在输出电压为1.25V37V的范围内连续可调，外接元件只需一个固定

11、电阻和一只电位器。其芯片内也有过流、过热和调整管安全工作区保护。最大输出电流为1.5A。其典型电路如图1-4，其中电阻R1与电位器R2组成输出电压调节器，输出电压Uo的表达式为：Uo1.25（1R2/R1） 4 电路设计与调试4.1 集成直流稳压电源的设计与调试4.1.1直流稳压电源的参数计算稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数（或电压调整率）、输出电阻（或电流调整率）、纹波电压（纹波系数）及温度系数。1） 纹波电压：叠加在输出电压上的交流电压分量。用示波器观测其峰-

12、峰值，UOPP一般为毫伏量级。也可用交流毫伏表测量其有效值，但因UO不是正弦波，所以有一定的误差。（2）稳压系数：在负载电流、环境温度不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化，即： (3.1)（3） 电压调整率：输入电压相对变化为±10%时的输出电压相对变化量，即 (3.2)稳压系数和电压调整率均说明输入电压变化对输出电压的影响，因此只需测试其中之一即可。（4） 输出电阻及电流调整率输出电阻与放大器的输出电阻相同，其值为当输入电压不变时，输出电压变化量与输出电流变化量之比的绝对值，即 (3.3)电流调整率：输出电流从0变到最大值时所产生的输出电压相对变化值，即 (3.4

13、)输出电阻和电流调整率均说明负载电流变化对输出电压的影响，因此也只需测试其中之一即可。4.1.2 直流稳压电源元器件由直流稳压电源的参数与计算原理可对元器件进行选择，元器件的选择如表4-1直流稳压电源元器件表所示。 表4.1 直流稳压电源元器件表电阻电容二极管集成稳压器 三极管 10 2只6.8 2只 2200µF 1只，0.22µF 2只，0.1µF 2只 IN4007 4只 7812,7819 各1只 9012 PNP 2只，2N2222 NPN 2只4.1.3 直流稳压电源总原理图 图1-4 直流稳压电路的原理图 4.1.4集成直流稳压电源电路板实物图、5

14、实验结果分析5.1 集成直流稳压电源结果分析5.1.1 整流滤波电路输出结果分析整流滤波电路通过四个二极管组成的桥式整流电路整流变换成脉动的直流，用滤波电路减小电压的脉动标准的市电经过该变压器之后，将市电变换成相对较小的波，其一次侧和二次侧的波形图如下次侧电压经整流后的波形图如下：滤波后的电路波形图如下：5.1.2 直流稳压电路的输出分析结果电压经过稳压电路之后电压值和波形图如下图所示：5.1.3 误差分析（1）整流之后的电压小于理论值。（2）滤波后输出电压在示波器上显示波形不够平滑，脉动系数较大，原因是滤波电容不够大。6 总结 通过本次课程设计，我认识到了学懂书本上的知识和能够运用书本上的知

15、识的差别，懂得了理论与实践相结合的重要性。知道了以后在学习我们的专业知识时一定要理论与实践两手抓。这次课程设计涉及到了很多的专业知识，比如模拟电子技术基础、数字电子技术基础、计算机等是相关专业很重要的技术基础课，其中电子实验、电子实践是整个教学过程中的一个重要环节，而且也是电子类实验、实践的基础。在课程设计过程中，先根据可调直流稳压电源的特点收集、选择相关资料，再整理收集到的资料，然后初步拟定放案，再通过与同学进行几次方案的讨论、修改，最后确定最终的方案。设计方案确定后，又在同学的帮助指导下进行扩初详细设计，并画出能够清楚表达自己设计意图的电路图表。然后学习使用Proteus仿真软件，最后使用

16、Proteus对我们所设计的电路进行仿真并进行调试。最后，我认为自己的设计还是不够完善，其中还有一些地方应该得到改进，比如说设计的直流稳压电源所产生的电压还不够稳定，希望通过以后的学习能够进一步的使该直流稳压电源所产生的电压稳定。致谢这次的课程设计使我了解到团队的力量，我们小组的几个人一起研究课题，都获得了不小的收获，很感谢他们，特别感谢我的老师刘淑华和韩雅菲，给我们耐心的讲解，遇到不会的还帮我们耐心的查看，一点也不嫌烦，真的很感谢老师。帮助我们一遍遍的调试，一遍遍的检查电路。本论文是在老师的悉心指导下完成的，期间老师给予我了很大的支持，另外还有其他同学们也给了我许多非常好的建议，在这里对他们致以衷心的感谢！老师和蔼可亲，不