直流稳压电源设计案例

1、设计一个直流稳压电源，其性能指标要求为：U0= 士 12V、I o（max）=5OOmA纹波电压的有效值w 50mV稳压系数S 3 10 3。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与方法。第1章 设计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 局部组成。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、滤波电路和稳压电路四个局部组成,如图

2、2-1所示图1-1直流稳压电源的方框图电源变压器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= n1-1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n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、全波整流与桥式整流等。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一样， 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

3、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中的大局部纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压 U°U与交流电压U2的有效值 U2的关系为：UI (1.11.2)U2 1-2在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为：Urm 2U2 1-3流过每只二极管的平均电流为：lR 0.45U22 R1-4其中：R为整流

4、滤波电路的负载电阻，它为电容 C提供放电通路，放电时间 常数RC应满足：RC (3 5)T 1-52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在电源供应的电压升高时，能把局部能量存储起 来，而当电压降低时，就能把能量释放出来，使负载电压比拟平滑，即C具有平波作用；与负载串联的电感L，当电源供应的电流增加时，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， 使负载电流比拟平滑，即电感也具有平波 作用。图1-2整流与滤波电路图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 7

5、805输出为+5V,稳 压器7905输出为-5V，输入端接电容Ci可以进一步滤除纹波，输出端接电容 Co能改善负载的瞬态影响，使电路稳定工作。Ci、C。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集成稳压器的参数名称CW7812CW7912最大输入电压N+27-27最小输入电压N输出电压X围+11.5 to-11.5 to/VRippleRejecti on纹波抑制+55db+71db集成稳压器的输出电压 Vo与稳压电源的输出电压一样稳压器的最大允许电流Icmvlo max,输入电压Vi的X围为Vomax+(Vi-Vo)mi*VivVomin+(Vi-Vo)max 1-

6、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。第2章实验方案分析稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压UL、输出电流I。、输出纹波电压厶UU等性能指标要求，正确地确定出变压器、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 U、最大输出电流I omax，确定稳压器的型号与 电路形式。2) 根据稳压器的输入电压U i，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

7、电流I 0max，确定流过电源变压器副边的电流I 2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Pl。然后根据所确定的参数，选择电源变压器。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。根据所确定的参数，选择整流二极管和滤波电容。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别离元件， 通过取样、放大、比拟和调整四个环节，晶体管选用 3DD或3DG等型号。这个方 案一般来说比拟复杂，而且验证过程也比拟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22

8、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 CW781和 CW7912急压器。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。第3章参数确定与元件选择3.1集成稳压的选择与电路确实定根据设计要求与技术指标，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MC7912C引脚排列为：1端接地，2端接输入，3端接输出。电路确实定由实验原理和设计要求确定电路如图 3-1所示，图3-

9、1设计原理图3.2参数确实定电源变压器的选择由式1-6，可得输入电压Vi的X围为：Vomax+(Vi-Vo )min<Vi<Vomin+(Vi-Vo)max12.5+(14.5-11.5) <V i < 11.5+27-12.5<V i < 26V副边电压V2A取 V2=15V,副边电流 I2 > lomax=0.5A 取 I2=1A 所以：副边输出功率P2> I2V2=15W由表1-1得：n根据表二和公式P仁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为留有余地，可选择功率为25

10、W的电源变压器。322整流电路与滤波电容的选择1整流电路的选择由于：Urm 2 15V21214/ , 10max 0.5AUrm 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（数字 *100）,V 如:KBL407 即 4A，700V KBPC5010 即 50A,1000V由于：Urm 2 U2 2 21214 30V，I0max 0.5AIN4001的反向击穿电压 U V RM 50 V，额定工作电流Id=1A&g

11、t;Iomax，故整流 二极管选IN40012滤波电容的选择根据Uo 12V,Ui 15.5, Sv 3 10A 3Uop p 50mv和公式Svio常数T常数可求得： Vi= x 15.5 /(12 X所以，滤波电容：C=Ic t/ Vi=Iomax t/A Vi = 233.3 uF电容的耐压要大于-.2 U2= . 2 X 15=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 10A 3Uop p 50mvCW781和CW7912C允许的最大输出电流l°max=1.5A。输入电压与输出电

12、压差的允许X围为:U -U。= 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电容极性电容：C1= 1000uf两个，C2=1 00 uf 两个C4=0.1 uf两个电阻R仁R2=1OO0集成芯片CW781却 CW7912单排针两个第5章 原理图确实定图5-1原理图第6章稳压电路的性能指标测试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&上消耗的功 率为：PL Uolo 5 0.5 2.5W故Rl

13、取额定功率为5W阻值为10 Q的电位器。大Rl的值，以减小稳测试时，先使Rl 10 ，交流输入电压为220V,用数字电压表测量的电压 值就是U测得它们分别为12.032V和-12.035V然后慢慢调小 ，直到U 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-0.15A记下lomax后，要马上调压器的功耗.*20TOHs*0岸直流稳压 电源图6-1稳压电源性能指标测试电路256.2 .稳压系数的测量按图6-1所示连接电路，在U1 220V时，测出稳压电源的输出电压 Uo。然后调220 U°1 U°2242198 Uo节自耦变压器使输入电压U1 242

14、V，测出稳压电源对应的输出电压 5 ;再调 节自耦变压器使输入电压U1 198V，测出稳压电源的输出电压 吐。如此稳压系 数为：6-1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，如此Sr=0.0004。比照技术指标Sr < 0.3%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 Ui 220V，在负载电 流为0与最大值时的 vo，如此

15、ro= vo/ vll当Io等于0时，测得Vo等于12.032V，当Io为lomax，测得Vo为11.079V Q .6.4 .纹波电压的测试用示波器观察UL的峰峰值，此时丫通道输入信号采用交流耦合 AC，测量 Up-p的值约几mV。测得放大5倍时对应的 vop-p=20div 5mv/div=100mv如此 vop-p=100/5mv=20mv比照技术指标 vop-p < 50mv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%-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；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、但凡使用低端