直流稳压电源论文

1、电子技术选修课姓 名： 学 号： 专 业： 题 目： 直流稳压电源的制作与调试 设计地点： 电工电子实验室 设计日期： 2014年 4月15日至2014年 5月30日 成 绩： 指导教师： 年 月 电子技术选修课任务书学生姓名专业年级 学号 设计日期：2014年4月15 日 至 2014 年 5月30日设计题目：直流稳压电源的制作与调试设计内容和要求：1. 设计内容 输入交流电(220V/50Hz)； 输出4路直流电(+5V、 +12V、 -12V 及+1.25V+14V可调）。 各路直流输出电流0.5A 纹波电压50mV 具有输出电压指示（发光二极管）2. 设计要求 用Multisim仿真整

2、体电路原理图； 用Altium designer设计整体电路图； 用Altium designer设计PCB板图指导教师签字： 年 月 日【摘要】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整个电子产品的精度、稳定性和可靠性。随着电子技术的日益发展的电源技术也得到了很大的发展，它从过去一个不太复杂的电子线路变为今天具有较强功能的模块。实现电源稳定的方式，由传统的线性稳压发展到今天的开关式稳压，电源技术正从过去附属于其它电子设备状态，逐渐演变为一个电子学科的独立的分支。本文主要介绍了一个完整的小功率直流稳压电路的组成，每个组成部分的原理及其电路

3、设计、电路元器件的选择、电路PCB板设计、电路安装与调试、电路参数测定；详细介绍了晶体管串联型稳压电源、固定输出稳压电源 、可调输出稳压电源三种稳压电源的电路原理；简要叙述了整流、滤波、稳压部分的电路组成、 元器件作用、参数计算、工作原理、电路波形。通过这些能让我们更加直观清晰的了解直流稳压电源的工作特性。【关键词】直流稳压电源 桥式整流电路 滤波电路 稳压电路目 录1 直流稳压电源的组成11.1整流电路21.1.1半波整流31.1.2全波整流41.1.3桥式整流51.2滤波电路71.3稳压电路101.3.1晶体管串联型稳压101.3.2固定输出稳压电源11可调输出稳压电源122 原件选型及型

4、号参数132.1变压器选择132.2整流电路选择132.3 滤波电路选择132.4稳压电路选择133.直流稳压电源组装与调试143.1 PCB板检查143.2元器件检查与整形143.3元器件参数测定143.4元器件装配与焊接143.5整机装配153.6整机调试153.7常见问题处理153.8电路参数测定154 电路仿真154.1变压电路仿真154.2 整流电路仿真154.2.1半波整流154.2.2全波整流164.2.3桥式整流174.3滤波电路仿真184.4稳压电路仿真195 焊接过程中遇到的问题及解决方法206 实验图片207 参考文献228 附录221 直流稳压电源的组成电路原理图晶体管

5、串联型稳压电源原理图如下图所示：电路简单流程图一个完整的直流稳压电源由四部分组成，电源变压器、整流电路、滤波电路以及稳压电路。如图所示。 直流稳压电源组成框图变压器：用来将交流电网电压进行降压转换为所需要的电压值。整流电路：将交流电压变成脉动的直流电压。但此脉动的直流电压含有较大的纹波。滤波电路：对较大的纹波加以滤除，从而得到平滑的直流电压。稳压电路：直流电压随着电网电压的波动、负载和温度的的变化而变化，所以需要在整流滤波电路后加稳压电路，用以维持输出直流电压稳定，确保带载能力。1.1整流电路 常用整流电路分类为，半波整流、全波整流、桥式整流。u其波形图如下： 衡量整流工作性能的参数输出电压平

6、均值VO（AV）反映整流电路将交流电压转换为直流电压的能力。脉动系数S-反映整流输出电压中交流成分的大小，用来衡量整流电路输出平滑程度。半波整流半波整流电路工作原理半波整流电路如图1所示，工作波形如图2所示。 1 2 图半波整流电路半波整流电路输入正半周时 ，u2 0 时: 二极管导通，忽略二极管正向压降，uo=u2，输入负半周时u2 Vb ：二极管 D1、 D3 导通； D2、 D4 截止，工作波形如图( b)所示。 （a） ( b)图 桥式整流电路负半周工作在桥式整流电路中，当输入u 负半周时， VaVb ：二极管 D2、 D4导通；D1、 D3截止，工作波形如图5-62 ( b)中红色波

7、形所示，指标计算如下。脉动系数平均整流电流最大反向电压1.2滤波电路几种滤波电路如图所示，图（a）电容滤波电路，图（b）电感电容滤波电路（倒L型），图（c）P型滤波电路图 滤波电路滤波原理 利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性（电抗元件的储能作用）, 滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。电容滤波电路分析（1） 输出电压 uo与放电时间常数 RLC 有关。RLC 愈大 电容器放电愈慢 纹波减小u o愈大, 一般 (T:电源电压的周期) , 近似估算:uo=1.2U2。（2）流过二极管瞬时电流很大RLC 越大 uo越高 负载电流的

8、平均值越大 ; 整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大，故一般选管时，取（3） 单向桥式整流电容滤波电路单向桥式整流电容滤波电路如图所示。图 桥式整流电容滤波电路未接入RL电路如图，波形如图所示。图 桥式整流电容滤波未接入RL电路(图桥式整流电容滤波未接入RL的电路波形接入RL时电路如图，波形如图所示。图 桥式整流电容滤波接入RL电路 u2 uC时：二极管D1、D3导通，一方面向RL提供电流，另一方面向C充电。 图 桥式整流电容滤波接入RL的电路波形（4）单相半波整流电容滤波电路单相半波整流电容滤波电路如图，波形如图所示。图单相半波整流电容滤波电路图 单相半波整流电容滤波接入RL电路波形1.2

9、.3电容滤波电路的特点：(1).输出电压 Uo与放电时间常数 RLC 有关。RLC 愈大 电容器放电愈慢 纹波减小V o愈大，一般取 (T:电源电压的周期) 近似估算:Uo=1.2U2。(2).流过二极管瞬时电流很大RLC 越大 Uo越高负载电流的平均值越大 ; 整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大. 故一般选管时，取1.3稳压电路经过整流和滤波后的直流电压，会由于交流电网电压的波动以及负载电阻的变动而发生变化。在绝大多数情况下，这种输出电压的变化波动显得太大，仍需要进一步对其稳定，这就需要采用稳压电路。通常，完整的稳压电源电路包括有整流、滤波、和稳压电路。在输入电压、负载、环境温度、电路参

10、数等发生变化时仍能保持输出电压恒定的电路。这种电路能提供稳定的直流电源，广为各种电子设备所采用。图 1-13 直流稳压器框图交流输入电压e1由变压器Tp变成电压e2,经整流、滤波后向调整电路（稳压电路）输送一个不稳定的脉动的直流电压ui。因ui或稳压电路输出电流I0的变动而引起输出电压u0变化时,调整电路使u0保持原值或者只有极小的变动。调整电路中的调整管工作在线性放大区的称为线性电源，工作在非线性区的则称为开关电源。线性电源分为简单稳压电路、并联稳压电路、串联稳压电路和集成化稳压电路。稳压电路的分类1.稳压管稳压电路、电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。2.线性

11、稳压电路、以下主要讨论线性串联式稳压电路。3.开关型稳压电路、效率较高，目前用的也比较多。稳压电路分类图 稳压电路分类晶体管串联型直流稳压电源晶体管串联型直流稳压电源框图图 晶体管串联型直流稳压电源框图晶体管串联型直流稳压电源电路图晶体管串联型直流稳压电源电路晶体管串联型直流稳压电源主要技术指标输入电压：AC: 220V输出直流稳压：DC：3V、4.5V、6V三档。（3）输出直流电流：额定值150mA，最大值 300mA。（4） 具有过载，短路保护，故障消除后自动恢复。 1.3.2固定输出稳压电源1. 三端集成稳压器随着半导体工艺的发展，现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小，可靠

12、性高，使用灵活，价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端，故称之为集成三端稳压器。常用的集成三端稳压器W7800 (W7900)系列，其内部也是串联型晶体管稳压电路,内部附有短路和过热保护环节, 外形及引脚功能如图5-74所示。 W7800系列稳压器外形 W7900系列稳压器外形图 三端集成稳压器常用的W7800 (W7900)系列三端集成稳压器的性能及特点：输出电流超过 1. 5 A（加散热器），不需要外接元件内部有过热保护、过流保护调整管设有安全工作区保护输出电压容差为 4%输出电压额定值有: （5V、6V、 9V、12V 、 15V、 18V、 24V）等 。固定式

13、（W7800正电压系列、W7900负电压系列）2. 三端固定输出集成稳压器的应用输出为固定正电压时的接法如图所示：图图 三端固定输出集成稳压器可调集成三端稳压器正电压： 负电压：CW137-/CW137M-/CW137L CW117-/CW117M-/CW117LCW237-/CW237M-CW237L CW217-/CW217M-CW217LCW337-/CW337M-/CW337L CW317-/CW317M-/CW317L1-为军品级； 2-为工业品级； 3-为民品级 输出可调集成稳压器的应用 图 可调集成三端稳压器改变RP可改变输出：稳压电源质量指标：输出电压输出电压变化量电压调整率输

14、入调整因数稳压系数输出电阻温度系数2 原件选型及型号参数2.1 变压器选择设计要求最大的输出电压为14V，根据第一节计算公式，加滤波电容后，直流输出电压UO 1.2 U2，所以要选择双端输出变压器，并且变压器副边输出电压为(14+3)/1.4=12.14V。结合输出电流要求，选择I/P 220V50Hz,O/P 12V*2 600mA的变压器作为电源变压电路。2.2 整流电路选择由理论可知，全波整流和桥式整流的效率均为UO=0.9U2 , 全波整流的二极管最大反向耐压值为2.82U2，管子导通电流为0.5IO=250mA。查手册可知，常用整流二极管1N4007最大反向耐压为1000V，最大正向

15、平均整流电流为1A，可以满足本设计要求。因此，采用1N4007组成单相全波整流电路作为直流电源的整流电路。2.3 滤波电路选择由于输出最大电压为14V，电流最小为0.5A，所以RL=28。采取电路较为简单的电容滤波，为了获得较为平滑的负载电压，一般时间常数=RL*C（35）T/2.取RL*C=5* T/2，得C=1786F 。考虑电网电压波动10%，则电容所能承受的最高电压1.1*U2*1.414=18.67V，所以采用2200F，25V的电解电容作为滤波电容。2.4 稳压电路的选择根据输出要求可知，有固定输出和可调输出两大块。由于集成稳压器具有稳定性高以及完善的内部保护措施，并且使用方便、价

16、格低廉，所以决定采用7812、7912、7805作为固定稳压器，采用LM317作为可调稳压器，两者的纹波电压均可在50mV以下 ；输出电流方面，78系列可达到1.5A，317系列TO220封装也可达到1.5A，完全满足设计要求。故采用上述器件作为整个电源的稳压部分。3.直流稳压电源组装与调试3.1 PCB板检查拿到PCB板后，需要检查是否有断线、短路、破损等情况。3.2元器件检查与整形检查元件型号、数量是否与清单一致，使用工具对相关元件按照相关技术规范进行整形。（严禁粗暴整形）3.3元器件参数测定对主要元器件（如电源线、变压器、整流二极管等）进行参数测定。3.4元器件装配与焊接元器件装配要按照

17、从低到高的顺序，依次进行。电烙铁进行焊接时，需注意焊点要有光滑整齐的外观，足够的机械强度以及可靠的电气连接。3.5整机装配220V电源线与变压器原边接线要有热缩管保护，防止触电短路。变压器副边中心抽头要接到地线上。3.6整机调试检查电源插头是否短路，各输出对地是否短路，若上述两步均可通过，即可进行通电检查。逐级测量各点参数是否符合设计要求。 3.7常见问题处理（1）变压器副边无输出断电后检查副边线圈电阻，若电阻为无穷大，更换新的变压器。（2）整流电路输出电压不达标整流二极管方向是否正确；（3） 滤波电容发热整流二极管方向是否正确；（4）电源指示灯不亮限流电阻是否正确焊接；发光二级管极性是否安装

18、正确。（5）稳压输出电压不正常是否正确安装稳压器；电压调整电路是否焊接正常。3.8电路参数测定实物调试好后，进行参数测量电压输出测量用万用表直流电压档测量各路输出。（2）输出电阻测量 集成直流稳压电源输出电阻测量电路，见图所示。图 集成直流稳压电源输出电阻测量（3） 最大输出电流测量外加可调大功率电阻，搭建电流测量电路，由大到小调整电阻，记录输出电流。当电压突然出现跌落时，说明已超过其最大输出电流，应及时断开测量回路。此时对应的电流即为最大输出电流。（4）纹波电压测量使用数字示波器，观察的输出电压波形如图所示，切换至交流输入型，此时采入的波形即为纹波电压，如图所示，放大波形，读取峰峰值即可。纹

19、波电压:指的是一个直流电压中的交流成分。产生的原因是：1、滤波不干净 2、负载的波动（5）纹波电压FFT分析如图可知，全波整流后，100Hz处有最大幅值存在，符合电路幅频特性。纹波电压10mV，满足设计要求。4 电路仿真4.1变压电路仿真变压器仿真电路变压器原边和副边波形4.2 整流电路仿真4.2.1半波整流半波整流电路图半波整流系数，故理论上半波整流电压为：半波整流波形图4.2.2全波整流图3.5 全波整流电路全波整流系数，故理论上半波整流电压为：全波整流波形图4.2.3桥式整流桥式整流电路图全波整流系数，故理论上半波整流电压为： 桥式整流波形图4.3滤波电路仿真1.负载开路 负载开路的滤波电路及波形图负载开路系数，理论上滤波电压为：负载闭合负载闭合的滤波电路及波形图4.4稳压电路仿真稳压仿真电路图 刚上电，纹波较大，稳定后纹波减小。稳压仿真波形图5焊接过程中遇到的问题及解决方法本次实验是直流电源的设计与调试，当然就少不了电