串联型直流稳压电源

1、指标输出电压：+12V , -12V, +5V +5V单独输出 最大输出电流lornax =3AVopp <1mV最大输出电流皆为I omax = 0.5AVopp =10mV 以上稳压系数瓦吒5"O4串联型直流稳压电源电源电路的作用是把交流市电 (220V) 变换成稳定的直流电压， 直 接或间接地给各个部分电路提供适当的供电， 以保证负载电路能正常 地进行工作。对电源电路总的 要求 是：稳压性能好，纹波系数小，功 率损耗小，过载过压保护能力强等。电源电路的常见形式有：一般型的可调串联稳压电路，泵电源， 高速可控硅稳压电源， 开关式稳压电源等。 开关式稳压电源 具有工作 效率高

2、，稳压范围大特点。 串联型稳压电源虽然具有功耗较大，效率 低，笨重的缺点，但同时因为其具有结构简单，安全可靠，维修容易 等优点而被广泛使用， 鉴于这些优点我们决定设计串联型直流稳压电 源。、串联型直流稳压电源的组成与原理、串联型直流稳压电源的组成直流稳压电源一般有电源变压器、 整流滤波电路及稳压电路所组成。如图 1 所示图1直流稳压电源组成框图其中稳压电路部分包括：调整，误差取样，比较放大和基准电路 几个部分。2、稳压原理稳压电路部分是串联型稳压电路的 主体部分。其中调整电路的作用相当于一个与负载串联的可变电阻。当输出的直流电压U0,因某种 因素影响而升高时，通过误差取样电路，取出其变化值。此

3、变化量经 比较放大电路而形成控制电压，去控制这个可变电阻，使其电阻增大,其上的压降增大，使输出电压下降，仍回到U0,当输出电压U0变化 时，按照上述同样的过程，但变化的极性相反，使这个可变电阻的阻值变小，其上的压降减小，使输出电压U0回升，这样就起到了稳定电压的作用。随着集成电路的发展，把调整管、误差取样、基准和比较放大电路等部分做在一起成为集成化器件。如 LM78XX系列，LM79XX系 列等。为使电路简洁，可靠，我们使用三端稳压集成块。二、串联型稳压电源设计串联型稳压电源总体电路图如下:图2串联稳压电源电路图1、电源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

4、交流电压。变压器输出次级电压的计算:V为三端稳压块的输入电压， V与交流电压v2的有效值v2的关 系为Vj = (1.1 1.2)V2(2 1)电路中我们使用固定三端稳压集成电路 LM7805 LM7812 LM7912 来稳定电压。其最小输入、输出压差（Vi -Vo）mjn = 3V，最大输入、输出压差（Vj -Vo）ma4CV。由式（2 1）可得变压器次级的输出 电压V2与稳压器输入电压V的关系。V2的值不能取大，V2越大，稳 压器的压差越大，功耗也就越大。一般取V2工Vimn /1.1，I2 > Iomax。输入电压V的范围为Vo+(Vi -Vo)mi n 兰 Vi 兰 Vo+ (

5、Vi -Vo)max 12V + 3/ < Vj 兰 12/ + 40V15V <« <52V15/1.13.67 - 14V同理，-12V与+ 12V相同。因此我们选用稳压输出电压+12V、-12V的变压器次级抽头输出电压 V2 = 15V。次级电流12 > lomax = 0.5A，取I 2 = 0.7A，则变压器± 12V组次级输出功率P2 " 2V2 = 16.8W。5V + 3V 兰 V'j 兰 5V + 4(0/8V < V'j 兰 45VV2 >8/1.1 = 7.3V - 8V稳压输出电压+5V的

6、变压器次级抽头输出电压V2 = 8V。次级电流I 2 A I oma2A，取12二2.2A，则变压器+5V组次级输出功率F22V2 = 1W，变压器次级总功率为 16.8+11=26.8W,为留有余地，次级总功率为30W2、整流电路整流二极管D1 D4组成单相桥式整流电路，将变压器的次级输出交流电压V2变成脉动的直流电压，再经滤波电容 C滤除纹波, 输出直流电压Vi。V2是V2的有效值。每只整流二极管承受的最大反向电压(2 2)据上面变压器的输出交流电压有效值计算:+ 12V和-12V变压器次级整流二极管最大反向电压Vrm = 42V, = V20pp 二 20V+5V变压器次级整流二极管最大

7、反向电压Vrm = 丁勿2 二 V20pp =10V我们使用远大于此值的常用整流二极管1N4007，以满足要求。1N4007极限参数为VRM工1000/ ,1 F3、滤波电容参数计算(23)滤波电容C可由下式计算:Zp-p（根据电子线路设计-实验测试（第二版）谢自美主编96页）式中，也Vjp_p为稳压器输入端纹波电压的峰-峰值；t为电容C 的放电时间，t=T/2 = 0.01s ； IC为电容C的放电电流，可取Iomax，滤波电容C的耐压值应大于层2。若要按+5V输出电压的纹波系数为3mV，正负12V输出电压的 纹波系数为20mv由公式（23）计算7805前滤波电容值为AVoppVj1mW&l

8、t;8VVoSv5Vrr0YV=3.2V2AX 0.01S= 6250uF耐压值需大于10V，取电容值6800uF,耐压值大于16V的电解 电容。7812、7912前滤波电容值为Vi%pVi1mVx 15V4= 2.5VVoSv12V X 5 沢 eV1AX 0.01S25厂=4000uF耐压值需大于20V，取电容值2200uF,耐压值大于36V的电解电容。可得瓦=2.75"0/4、散热片的选择为保证稳压器能正常工作并达到设计指标，首先要把稳压器工作时产生的热量及时散发掉。稳压器的最大允许功耗取决于芯片的最高结温。仅当芯片的工作温度低于最高结温时，稳压器才能正常工作。因此，稳压器的散

9、热能力与强，芯片的实际结温就愈低，它所能承受的功率也愈大。稳压器的散热能力取决于它的热阻给半导体器件夹散热器后可以减小总热阻。Red =TjM Ta-Ra(24)PdjM式中，Rd表示散热片与周围空气的热阻，TjM为稳压器的允许最高结温，Ta为环境温度，Pd表示设计功耗，Ra表示从结到器件 表面的热阻。稳压器允许最高结温为TjM =125 C （民品），环境温度Ta = 40 C7805稳压器的设计功耗为：PD = 3V咒2A = 6W。查资料得TO220封装 R = 7P/W，TO3 封装 R" = 6°C/W代入公式（24）中得Rd =12540_7 = 72C/W6查

10、资料得散热片的表面积约为100cm2 （铝板）。留出1/3余量, 实际铝散热板面积为130 cm2。涂导热硅脂后，查资料得电=1°C/W，算得甩=1429側，需散热片的表面积约为30cm2，实际为留有余量选择40cm2铝板。同理，算得7812, 7912若涂导热硅脂= 55.69/W，不需要加散热片。三、测试方案及结果1、调试设备与测试条件调试设备：586 PC机_一台TDS210型数字双踪示波器_一台DT890B+数字式万用电表一只测试条件:220V市电，室温 250-28 0C2、测试方案通电后，观察指示灯的亮灭。若不全亮，关闭电源，检查电路。若全亮，用万用表测量稳压器件的输出电

11、压是否达到指标要求。Q 电流表表滑线变阻器图3稳压电源性能指标测试电路输出电压和最大输出电流采用如图 3所示的测试电路，可以同时测量V0与Iomax。测试过程是：输出端接负载电阻rl，输入端接220V的交流电压，数字电压表的测量值即为 V0。再使Rl逐渐减小,直到V的值下降5%此时流经负载Rl的电流即为I记下I'omax ° 2 I ' omax后迅速增大Rl，以减小稳压电源的功耗）。纹波电压的测试方案，纹波指叠加在输出电压V上的交流分量，一般为mV级。可将其放大后用示波器观测其峰-峰值AVopp。也可以用交流电压表测量其有效值 也Vo，由于纹波电压不是正弦波，所 以用有效值衡量存在一定误差。稳压系数的测试方案，负载电流10，环境温度T不变的情况下,S /V0/V0F Z /Vi如图3所示，先调节自耦变压器使输入电压增加10%即Vj = 242V，测量此时对应的输出电压 V01 ;再调节自耦变压器式输 入电压减小10%即V =198/，测量此时的输出电压V02，然后再输出Vj = 220V时对应的输出电压V0，则稳压系数(3 1)O _ 心 Vo /V0 _220V01 - V02也 Vj/Vj242-198V03、测量结果 输出电压：+4.978V, +12.129V,-11.869V （都是空载状况下测）电源噪声：+5V- 10m