直流稳压电源设计案例

1、实用标准文案精彩文档设计一个直流稳压电源，其性能指标要求为：Uo= 12V、lo（max）=5OOmA ;纹波电压的有效值w50mV ;稳压系数S 3 103。 所设计电源的方案和工作原理分析；选取的元件和器件的参数确定；直流稳压电源各项性能指标的测试及方法。第 1 章设计原理1.1 电路原理直流稳压电源的工作流程如下稳压电源一般由变压器、整流器和稳压器三大 部分组成。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电， 整流电路变换成单 向脉冲电压，由滤波电路滤去其中的交流分量， 得到较平滑的直流电压，最后稳 压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波

2、电路和稳压电路四个部分组成,1.1.1 电源变压器电源变压器 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Ui。变压器副边与原边的功率比为P2/ P1=n(1-1)如图2-1所示图 1-1 直流稳压电源的方框图实用标准文案精彩文档式中n是变压器的效率。表 1 1 小型变压器的效率副边功率P/vA1010-3030-8080-200效率n0.60.70.80.851.1.2 整流滤波电路将变压器输出的符合电压要求的交流电变换为所需数值的直流电。常用的整流电路主要有：半波整流、全波整流及桥式整流等。相对于半波整流相，全波 整流二极管交替导通，其输出电压纹波明显减小；而

3、桥式整流电路是全波整流电 路的一个变形，其输出电压波形与全波整流电路相同， 但加在变压器次级线圈上 的电流变为了极性正负交替的脉冲电流， 其性能更加优越。本设计中采用性能优 越的桥式整流电路。直流电路的任务是将交流点变为直流电。 完成这一任务主要 是靠二极管的单向导电作用。因此二极管是整流电路的关键元件。在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压U2变换成脉动的直流电压U3。滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直 流电压U3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压UI。UI与交流电压U2的有效值U2的关系为：UI(1.1 1.2)U2( 1-2)在整流电路

4、中，每只二极管所承受的最大反向电压为：实用标准文案精彩文档常数RC应满足：RC（35）T（ 1-5）2其中：T = 20ms是50Hz交流电压的周期。滤波电路用于滤去输出电压中的纹波， 一般由电抗元件组成。由于电抗元件在电 路中有储能作用，并联的电容C在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储 起来，而当电压降低时，就能把能量释放出来，使负载电压比较平滑，即C具有平波作用；与负载串联的电感L,当电源供给的电流增加时，它能把能量存储 起来，而当电流减小时又能把能量释放出来， 使负载电流比较平滑，即电感也具 有平波作用。1.1.3 稳压电路固定式三端稳压器与电容C组成稳压电路。 稳压器7805输出为

5、+5V，稳压器7905输出为-5V，输入端接电容G可以进一步滤除纹波，输出端接 电容 Co能改善负载的瞬URM-2U2（1-3）流过每只二极管的平均电流为：1R0.45U2（1-4）1D2R其中：R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C提供放电通路，放电时间图 1-2 整流与滤波电路图实用标准文案精彩文档态影响，使电路稳定工作。 Ci、Co采用漏电流小的 钽电容。其中稳压器的相关参数如表1-2所示：表 1-2 集成稳压器的参数实用标准文案精彩文档名称CW781CW79122最大输入电压+27-27/V最小输入电压+14.5-14.5/V输出电压范围+11.5-11.5 to/Vto-12.5+1

6、2.5Ripple+55db+71dRejecti on 纹波b抑制集成稳压器的输出电压Vo与稳压电源的输出电压相同.稳压器的最大允 许电流Icmvlo max,输入电压Vi的范围为Vomax+(Vi-Vo)mi*VivVomin+(Vi-Vo)max(1-6)式中，Vomax为最大输出电压，Vomin为最小输出电压，(Vi-Vo)max为稳压器的最大输入、输出压差，(Vi-Vo)min为稳压器最小输入、输出压差。实用标准文案精彩文档第 2 章实验方案分析2.1 稳压电源的设计方法：稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压Uo、输出电流Io、输出纹波电压Uop-p等性能指标要求，正确地确定出变

7、压器、集成稳压器、整流二极管 和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择这些器件。稳压电源的设计可以分为以下三个步骤：1）根据稳压电源的输出电压Uo、最大输出电流lomax，确定稳压器的型号 及电路形式。2）根据稳压器的输入电压 U|，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I2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n,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3）确定整流二极管的正向平均电流ID、整流二极管的最大反向电压 URM和 滤波电容的电容值和耐压值。根据所确定的参

8、数，选择整流二极管和滤波电容。2.2 方案的确定2.2.1方案一：采用电源变压器、整流滤波电路和稳压电路。其中稳压电路是使用分离元件， 通过取样、放大、比较和调整四个环节，晶体管选用3DD或3DG等型号。这个方案一般来说比较复杂，而且验证过程也比较麻烦且所用到的元件较多且误差 较大，因此尽量不用这个方案2.2.2方案二：采用电源变压器、整流滤波电路和稳压电路。其中稳压电路是使用集成电路CW7812和CW7912稳压器。该电路能输出固定的正负12V的直流电压，而 且电路较方案一相比结构简单，所用元件数目少，且容易调试。因此，本次设计 我们采用此方案。实用标准文案精彩文档第 3 章 参数确定及元件

9、选择3.1 集成稳压的选择及电路的确定3.1.1集成稳压器的选择根据设计要求及技术指标，选做电压为正负12V的直流稳压电源，选择固定式三端稳压器MC7812和MC7912。芯片MC7812引脚排列为：1端接输入，2端接地,3端接输出。芯片MC7912CV引脚排列为：1端接地，2端接输入，3端接输出。3.1.2电路的确定由实验原理和设计要求确定电路如图3-1所示，图 3-1 设计原理图实用标准文案精彩文档3.2 参数的确定3.2.1电源变压器的选择由式(1-6)，可得输入电压Vi的范围为：Vomax+(Vi-Vo )minViVomin+(Vi-Vo)max12.5+(14.5-11.5)Vi1

10、1.5+(27-12.5)得:15.5VVi/1.1=15.5V/1.仁14.1V取V2=15V，副边电流I2lomax=0.5A取I2=1A所以：副边输出功率P2 I2V2=15W由表1-1得：n=0.7根据表二和公式P1=P2/n,因为变压器的副边功率为15W,故它的效率为0.7, 可知变压器的功率P1为：P1 P2/n=15/0.7=21.5W为留有余地，可选择功率为25W的电源变压器。3.2.2整流电路及滤波电容的选择1）整流电路的选择由于：Urm .215V21-214V, lomax0.5AUrm .2 15V21.214V但由于桥式整流所需二极管正偏时导通电阻不为0，使得电路内阻

11、较大,从而使损耗也较大，故采用符合要求的整流桥堆KBP307。一般整流桥命名中有3 个数字，第一个数字代表额定电流，A;后两个数字代表额电压实用标准文案精彩文档（数字 *100）,V如:KBL407 即 4A，700V KBPC5010 即 50A,1000V由于：Urm 2 U2、221.21430V，玄灭0.5AIN4001 的反向击穿电压U VRM50 V，额定工作电流Id=1AIomax故整流二极管选 IN40012 ）滤波电容的选择根据Uo 12V,Ui 15.5, Sv 3 10A3Uop p 50mv和公式可求得：= A/op-pVi/(VoSv)=0.05X15.5/(12X0

12、.003)=21.53V所以，滤波电容：C=Ic t/i=Iomaxt/A/i = 233.3 uF电容的耐压要大于2U2= 2X15=21.3V故滤波电容C取容量为1000uF，耐压为35V的电解电容.3.2.3稳压电路的选择根据Uo 12V,Ui 15.5, Sv 3 10八3Svio常数T常数实用标准文案精彩文档Uop p 50mvCW7812和CW7912CV允许的最大输出电流lomax=1.5A。输入电压与输出电压差的允许范围为：Ui-Uo= 3 5V第 4 章元件清单表 4-1 元件清单变压器220V-15V整流桥堆KBP307二极管发光二极管两个极性电容：3= 1000uf电容两

13、个，C2=1 00 uf两个电容：C3=0.33uf两个C4=0.1 uf两个电阻R仁R2=1000Q集成芯片CW7812和CW7912实用标准文案精彩文档单排针两个第5章 原理图的确定图 5-1 原理图第 6 章 稳压电路的性能指标测试实用标准文案精彩文档6.1 .输出电压与最大输出电流的测试测试电路如图6-1所示。一般情况下，稳压器正常工作时，其输出电流Io要小于最大输出电流 lomax，取 I。0.5A，可算出RL=24Q,工作时 RL上消耗的功率为：PLUolo5 0.52.5W故 RL取额定功率为5W，阻值为10Q的电位器。测试时，先使 RL10 ，交流输入电压为220V,用数字电压

14、表测量的电压值就是Uo（测得它们分别为12.032V和-12.035V）;然后慢慢调小 RL，直到Uo的值下降5%，此时流经 RL的电流就是 lomax（测得它们分别为0.14A和图 6-1 稳压电源性能指标测试电路6.2 .稳压系数的测量在 5220V 时，测出稳压电源的输出电压U。然压系数为：UoSrUoU220Uo1Uo2/ U1242198UoU1再调节自耦变压器使输入电压 U1(6-1)-0.15A），记下 Io max值，以减小稳压器的功50HzUi后调节自耦变压器使输入电压 U1242V，测出稳压电源对应的输出电压Uo1;按图6-1所示连接电路,198V，测出稳压电源的输出电压U

15、o2。则稳直流稳压电源后，要马上调大 RL的耗.实用标准文案精彩文档所以当Uo=12V时，测得Vo=12.032V，Vo仁12.035V，Vo2=12.029V，由(6-1)式得Sr=0.0025;同理，当Uo=-12V时，测得Vo=-12.035,Vo1=-12.036,Vo2=-12.035V, 则Sr=0.0004。对比技术指标Sr0.3%知，稳压系数符合设计指标。6.3 .稳压电源内阻的测量按图6-1所示连接电路，保持稳压电源的输入电压5 220V，在负载电流为0及最大值时的vo，贝Uro=Avo/Avll当Io等于0时，测得Vo等于12.032V，当Io为lomax，测得Vo为11.

16、079V。ro=1.9Q.6.4 .纹波电压的测试用示波器观察U。的峰峰值， （此时丫通道输入信号采用交流耦合AC）,测 量AUop-p的值（约几mV）。测得放大5倍时对应的Avop-p=20div5mv/div=100mv则Avop-p=100/5mv=20mv，对比技术指标Avop-p50mv知符合技术指标。第七章误差分析7.1、误差分析1）误差计算+Vcc%=|5.00-5.03|/5.00=0.60%实用标准文案精彩文档-Vcc%=|5.00-5.05|/5.00=1.00%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；7.2调试中注意事项调试结果是否正确，很大程度受测量正确与否和测量精度的影响。为了保 证高度准确的效果，必须减小测量误差，提高测量精度。为此，需注意以下几占：八、1.正确使用测量仪器的接地端凡是使用低端