直流稳压可调电源的研究-课程设计说明书

1、课程设计说明书题目名称： 直流稳压可调电源的研究 系 部： 电力工程系 专业班级：电气工程及其自动化13-2班 学生姓名： 孟 德 恒 学 号： 2021220023 指导教师： 张 海 丽 完成日期： 2021年01月07日 新疆工程学院课程设计评定意见设计题目 直流可调稳压电源的研究 系 部 电力工程系 专业班级 电气工程及其自动化13-2班 学生姓名_孟 德 恒_ 学生学号 2021220023 评定意见：评定成绩： 指导教师签名： 年 月 日评定意见参考提纲：1、学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。2、学生的勤勉态度。3、设计或说明书的优缺点，包括：学生对理论知识的掌握程度、实

2、践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。新疆工程学院 电 力 系(部)课程设计任务书 2021学年 第一 学期 2015年12 月 28日专业电气工程及其自动化班级13-2班课程名称电力电子技术设计题目直流稳压可调电源的研究指导教师张海丽起止时间2016年01月01日2016年01月07日周数 1周设计地点 B302设计目的：1培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。2培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。3培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。4提高学生课程设计报告撰写水平。设计任务或主要技术指标：设计一个单相交流调压电路交-交变流主要指直接

3、方式。其中，只改变电压、电流或对电路的通断进行控制，而不改变频率的电路称为交流电力控制电路，改变频率的电路称为变频电路。采用通断控制的交流电力控制电路，即交流调功电路和交流无触点开关。设计进度与要求：1根据课程设计题目，收集相关资料、设计主电路和触发电路；2制作主电路和控制电路原理图；3撰写课程设计报告主要参考书及参考资料： 1 周雪电子技术根底北京电子工业出版社20042 郑应光模拟电子线路一南京东南大学出版社20043 周良权模拟电子技术根底北京高等教育出版社20014 骆雅琴电子技术辅导与实习教程合肥中国科学技术大学出版社2004教研室主任签名 系部主任签名 目录 TOC o 1-3 h

4、 z u HYPERLINK l _Toc439768663 1引言 PAGEREF _Toc439768663 h 1 HYPERLINK l _Toc439768664 电力电子简介 PAGEREF _Toc439768664 h 1 HYPERLINK l _Toc439768665 1.2 电力电子的应用 PAGEREF _Toc439768665 h 2 HYPERLINK l _Toc439768666 电力电子技术在电力系统中的应用 PAGEREF _Toc439768666 h 2 HYPERLINK l _Toc439768667 电力电子技术在一般工业中的应用 PAGERE

5、F _Toc439768667 h 2 HYPERLINK l _Toc439768668 电力电子技术在家用电器中的应用 PAGEREF _Toc439768668 h 2 HYPERLINK l _Toc439768669 电力电子器件开展 PAGEREF _Toc439768669 h 3 HYPERLINK l _Toc439768670 电力电子的开展 PAGEREF _Toc439768670 h 4 HYPERLINK l _Toc439768671 电力电子技术未来的开展 PAGEREF _Toc439768671 h 5 HYPERLINK l _Toc439768672 2

6、.集成稳压电源 PAGEREF _Toc439768672 h 6 HYPERLINK l _Toc439768673 集成稳压电源的开展 PAGEREF _Toc439768673 h 6 HYPERLINK l _Toc439768674 常用的集成稳压器有以下几种 PAGEREF _Toc439768674 h 7 HYPERLINK l _Toc439768675 多端可调式集成稳压器 PAGEREF _Toc439768675 h 7 HYPERLINK l _Toc439768676 2.2.2 三端固定式集成稳压器 PAGEREF _Toc439768676 h 7 HYPERL

7、INK l _Toc439768677 三端可调式集成稳压器 PAGEREF _Toc439768677 h 7 HYPERLINK l _Toc439768678 可调式集成稳压电路组成 PAGEREF _Toc439768678 h 8 HYPERLINK l _Toc439768683 整流局部 PAGEREF _Toc439768683 h 8 HYPERLINK l _Toc439768686 滤波电路 PAGEREF _Toc439768686 h 9 HYPERLINK l _Toc439768690 稳压局部 PAGEREF _Toc439768690 h 11 HYPERLI

8、NK l _Toc439768691 2.3.4 保护局部 PAGEREF _Toc439768691 h 12 HYPERLINK l _Toc439768692 直流稳压电源的根本原理 PAGEREF _Toc439768692 h 12 HYPERLINK l _Toc439768693 2.4.1 变压器T PAGEREF _Toc439768693 h 12 HYPERLINK l _Toc439768694 整流滤波电路 PAGEREF _Toc439768694 h 12 HYPERLINK l _Toc439768695 三端集成稳压器 PAGEREF _Toc43976869

9、5 h 13 HYPERLINK l _Toc439768696 稳压电源的性能指标及测试方法 PAGEREF _Toc439768696 h 15 HYPERLINK l _Toc439768697 直流稳压电源的技术要求 PAGEREF _Toc439768697 h 16 HYPERLINK l _Toc439768698 3.电路的总体设计 PAGEREF _Toc439768698 h 17 HYPERLINK l _Toc439768699 设计目的作用 PAGEREF _Toc439768699 h 17 HYPERLINK l _Toc439768700 设计要求 PAGERE

10、F _Toc439768700 h 17 HYPERLINK l _Toc439768701 3.2.1 直流稳压电源的种类及选用 PAGEREF _Toc439768701 h 17 HYPERLINK l _Toc439768702 3.2.2 稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求 PAGEREF _Toc439768702 h 18 HYPERLINK l _Toc439768703 串联型直流稳压电源的设计要求 PAGEREF _Toc439768703 h 18 HYPERLINK l _Toc439768704 设计的具体实现 PAGEREF _Toc439768704 h 18

11、HYPERLINK l _Toc439768705 3.3.1 系统概述 PAGEREF _Toc439768705 h 18 HYPERLINK l _Toc439768706 方案论证与比拟 PAGEREF _Toc439768706 h 20 HYPERLINK l _Toc439768707 主要元器件LM317 PAGEREF _Toc439768707 h 20 HYPERLINK l _Toc439768708 PAGEREF _Toc439768708 h 20 HYPERLINK l _Toc439768709 引脚封装 PAGEREF _Toc439768709 h 21

12、HYPERLINK l _Toc439768710 3.5 单元电路设计与分析 PAGEREF _Toc439768710 h 23 HYPERLINK l _Toc439768711 3.5.1 降压电路 PAGEREF _Toc439768711 h 23 HYPERLINK l _Toc439768712 3.5.2 整流电路 PAGEREF _Toc439768712 h 24 HYPERLINK l _Toc439768713 3.5.3 滤波电路 PAGEREF _Toc439768713 h 25 HYPERLINK l _Toc439768714 3.5.4 稳压电路 PAGE

13、REF _Toc439768714 h 26 HYPERLINK l _Toc439768715 3.6 元件电路参数计算 PAGEREF _Toc439768715 h 27 HYPERLINK l _Toc439768716 根据设计所要求的性能指标，选择集成三端稳压器 PAGEREF _Toc439768716 h 27 HYPERLINK l _Toc439768717 选电源变压器 PAGEREF _Toc439768717 h 27 HYPERLINK l _Toc439768718 选整流二极管及滤波电容 PAGEREF _Toc439768718 h 27 HYPERLINK

14、l _Toc439768719 保护管V1 ,V2 PAGEREF _Toc439768719 h 28 HYPERLINK l _Toc439768720 3.7 改良方案 PAGEREF _Toc439768720 h 28 HYPERLINK l _Toc439768721 电路主要测试数据 PAGEREF _Toc439768721 h 28 HYPERLINK l _Toc439768722 3.9.1PCB 电路板的设计流程 PAGEREF _Toc439768722 h 29 HYPERLINK l _Toc439768723 常见的几种元件的封装 PAGEREF _Toc439

15、768723 h 29 HYPERLINK l _Toc439768724 布线规那么设置 PAGEREF _Toc439768724 h 30 HYPERLINK l _Toc439768725 总结 PAGEREF _Toc439768725 h 33 HYPERLINK l _Toc439768726 致 谢 PAGEREF _Toc439768726 h 34 HYPERLINK l _Toc439768727 参考文献 PAGEREF _Toc439768727 h 35 HYPERLINK l _Toc439768728 附录A PAGEREF _Toc439768728 h 36

16、摘 要当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路电源电路。大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作，当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。超级计算机的电源电路本身就是一套复杂的电源系统，通过这套电源系统，超级计算机各局部都能够得到持续稳定、符合各种复杂标准的电源供给。袖珍计算器那么是简单多的电池电源电路，不过你可不要小看了这个电池电源电路，比拟新型的电路完全具备电池能量提醒、掉电保护等高级功能。可以说电源电路是一切电子设备的根底，没有电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备，我们的生活也就不会这么丰富多彩了。由于电

17、子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源，直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。本文介绍了输出电压可调的直流稳压电源的原理分析和设计过程，通过对相关参数的计算来选择恰当的元器件，设计出电路，经过仿真和焊电路板的实验结果说明，此可调的直流稳压电源满足设计要求。关键词：直流稳压电源；整流；滤波；稳压1引言电力电子技术分为：电力电子器件制造技术和变流技术整流，逆变，斩波，变频，变相等两个分支。电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件如晶闸管，

18、GTO，IGBT等对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换现已成为现代电气工程与45782.htm t _blank 自动化专业不可缺少的一门专业根底课，在培养该专业人才中占有重要地位。一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出的第一个晶闸管为标志的，电力电子技术的概念和根底就是由于晶闸管和晶闸管变流技术的开展而确立的。此前就已经有用于电力变换的电子技术，所以晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前或黎明时期。70年代后期以门极可关断晶闸管

19、GTO，电力双极型晶体管BJT，电力场效应管Power-MOSFET为代表的全控型器件全速开展全控型器件的特点是通过对门极既栅极或基极的控制既可以使其开通又可以使其关断，使电力电子技术的面貌焕然一新进入了新的开展阶段。80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管IGBT 可看作MOSFET和BJT的复合为代表的复合型器件集驱动功率小，开关速度快，通态压降小，载流能力大于一身，性能优越使之成为现代电力电子技术的主导器件。为了使电力电子装置的结构紧凑，体积减小，常常把假设干个电力电子器件及必要的辅助器件做成模块的形式，后来又把驱动，控制，保护电路和功率器件集成在一起，构成功率集成电路PIC。目前PIC的功

20、率都还较小但这代表了电力电子技术开展的一个重要方向。利用电力电子器件实现工业规模电能变换的技术，有时也称为功率电子技术。一般情况下，它是将一种形式的工业电能转换成另一种形式的工业电能。例如，将交流电能变换成直流电能或将直流电能变换成交流电能；将工频电源变换为设备所需频率的电源；在正常交流电源中断时，用逆变器见电力变流器将蓄电池的直流电能变换成工频交流电能。应用电力电子技术还能实现非电能与电能之间的转换。例如，利用太阳电池将太阳辐射能转换成电能。与电子技术不同，电力电子技术变换的电能是作为能源而不是作为信息传感的载体。因此人们关注的是所能转换的电功率。1.2 电力电子的应用一般电力电子技术的应用

21、范围十分广泛它不仅应用于一般工业在交通运输、电力系统、计算机系统、通信系统、新能源系统等也有广泛的应用，在与我们生活息息相关的照明、家用电器领域中电力电子技术也有广泛的应用。 电力电子技术在电力系统中的应用将电力电子技术引人电力系统并获得广泛应用的领域首推应是同步发电机励磁系统，这种励磁系统由于动作迅速容易设计出高顶值电压，并且控制功率小，因而，作为电压调节系统具有优越的性能：另一领域是交流电动机的变频调速它的应用，节约了可观的电能 近年来，国外还研究将电力电子技术引入抽水蓄能电站以提高水泵水轮机的效率并已取得成果在电力系统的发电、输电和配电环节中都离不开电力电子器件和电力电子技术。电力系统的

22、发电环节涉及发电机组的多种设备电力电子技术的应用极大地改善这些设备的运行特性。在输电环节中电力电子器件大量应用于高压输电系统被称为“硅片引起的第二次革命大幅度改善了电力网的稳定运行特性 配电系统迫切需要解决的问题是如何加强供电可靠性和提高电能质量 电能质量控制既要满足对电压、频率、谐波和小对称度的要求，还要抑制各种瞬态的波动和干扰。电力电子技术和现代控制技术在配电系统中的应用成功地解决了这些难题。电力电子技术在一般工业中的应用 在工业中大量应用交直流电动机进行电力拖动，直流电动机有良好的调速性能，给其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。近年来电力电子变频技术的迅速开展，使交流电机

23、的调速性能可与直流电机媲美，交流调速技术大量应用并占据主导地位。电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食盐水等都需要大容量整流电源。电力电子技术还大量用于冶金工业中的高频或中频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等场合。电力电子技术在家用电器中的应用 照明在家用电器中有十分突出的地位。由于电力电子照明电源体积小、发光效率高、可节省大量能源，通常被称为“节能灯，正逐步取代传统的白炽灯和日光灯变频空调器是家用电器中应用电力电子技术的典型例子之一。电视机、音响设备、家用计算机等电子设备的电源局部也都需要电力电子技术。此外，有些洗衣机、电冰箱、微波炉等电器也应用了电力电子技术。电力电子技术广泛用于

24、家用电器使得它和我们的生活变得十分贴近。 电力电子技术是以功率和变换为主要对象的现代工业电子技术，当代工、农业等各个领域都离不开电能，离不开表征电能的电压、电流、频率、波形和相位等根本参 数的控制和转换，而电力电子技术可以对这些参数进行精确的控制和高效的处理，所以电子技术是实现电气工程现代化的重要根底。电力电子技术应用范围十分广泛，国防、工业、交通运输、能源、通信系统、电力系统、计算机系统、新能源系统以及家用电器等无不渗透着电力电子技术的成果。电力电子器件开展1902年出现了第一个玻璃的汞弧整流器。1910年出现了铁壳汞弧整流器。用汞弧整流器代替机械式开关和换流器,这是电力电子技术的发端。19

25、20年试制出氧化铜整流器，1923年出现了硒整流器。30年代，这些整流器开始大量用于电力整流装置中。20世纪40年代末出现了晶体管。20世纪50年代初，晶体管向大功率化开展，同时用半导体单晶材料制成的大功率 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1016.htm t _blank 二极管也得到开展。1954年， HYPERLINK :/baike.baidu /view/815623.htm t _blank 瑞典通用电机公司ASEA公司首先将汞弧管用于高压整流和逆变,并在100千伏直流输电线路上应用，传输20兆瓦的电力。1956年，美国人J.莫尔制成晶闸管雏型。1957

26、年，美国人R.A.约克制成实用的晶闸管。50年代末晶闸管被用于电力电子装置，60年代以来得到迅速推广,并开发出一系列派生器件,拓展了电力电子技术的应用领域。 电力电子电路 随着晶闸管应用的推广，开发出许多电力电子电路，按其功能可分为：将交流电能转换成直流电能的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/135927.htm t _blank 整流电路；将直流电能转换成交流电能的逆变电路；将一种形式的交流电能转换成另一种形式的交流电能的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/978707.htm t _blank 交流变换电路；将一种形式的直流电能转换成另

27、一种形式的直流电能的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/133260.htm t _blank 直流变换电路。这些电路都包含晶闸管，而每个晶闸管都需要相应的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/71792.htm t _blank 触发器。于是配合这些电力电子电路出现了许多的触发控制电路。根据所用的器件,这些控制电路大体上可以分为3代。第一代的控制电路主要由分立的电子元件如晶体管、二极管组成。直到80年代后期，还用得不少。第二代由集成电路组成。自从1958年美国出现了世界上第一个集成电路以来，开展异常迅速。它应用到电力电子装置的控制电路中,使其

28、结构紧凑,功能和可靠性得到提高。第三代由微机进行控制。70年代以来，由于微机的开展使电力电子装置进一步朝实现智能化的方向进步。电力电子装置随着电力电子电路的开展和完善，由晶闸管组成的许多类型的电力电子装置不断出现。如大功率的电解电源、焊接电源、电镀用的直流电源；直流和交流牵引、直流传动、交流串级调速、变频调速等传动用电源；励磁、无功静止补偿、谐波补偿等电力系统用的电力电子装置；低频、中频、高频电源等各种非工频电源，尤其是感应加热的中高频电源；不停电电源、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/2253999.htm t _blank 交流稳压电源等各种工业用电力电子电源；

29、各种调压器等等。这些电力电子装置,与传统的电动机-发电机组比，有较高的电效率(以容量10千瓦至数百千瓦、频率为1000赫的电动机-发电机组为例,在额定负载下,效率=80%，并随负载减小而显著降低,假设用晶闸管电源,92%,且随负载变化不大，因此，有明显的节能效果。电力电子装置是静止式装置，占地面积小，重量轻，安装方便以焊接电源为例,与旋转焊机相比，重量减轻80%,节能15%。同时，电力电子装置往往对频率、电压等的调节比拟容易，响应快，功能多，自动化程度高，因此用于工业上不但明显节能，还往往能提高生产率和产品质量，节省原材料，并常能改善工作环境。但电力电子装置大多为电子开关式装置，它往往对电网和

30、负载产生谐波干扰，有时还对周围环境引起一定的高频干扰，这是在设计这些装置和系统时必须妥善解决的见高次谐波抑制。1.4电力电子的开展从20世纪50年代中到70年代末，以大功率硅二极管、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/3476765.htm t _blank 双极型功率晶体管和晶闸管应用为根底尤其是晶闸管的电力电子技术开展比拟成熟。70年代末以来，两个方面的开展对电力电子技术引起了巨大的冲击。其一为微机的开展对电力电子装置的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/57978.htm t _blank 控制系统、故障检测、信息处理等起了重大作用,今

31、后还将继续开展;其二为微电子技术、光纤技术等渗透到电力电子器件中，开发出更多的新一代电力电子器件。其中除普通晶闸管向更大容量6500伏、3500安开展外，门极可关断晶闸管GTO电压已达4500伏，电流已达 25003000安；双极型晶体管也向着更大容量开展，80年代中后期其工业产品最高电压达1400伏，最大电流达400安,工作频率比晶闸管高得多,采用 HYPERLINK :/baike.baidu /view/3978244.htm t _blank 达林顿结构时电流增益可达75200。 随着光纤技术的开展，美国和日本于19811982年间相继研制成光控晶闸管并用于直流输电系统。这种光控管与电

32、触发的晶闸管相比，简化了 HYPERLINK :/baike.baidu /view/3871275.htm t _blank 触发电路，提高了绝缘水平和抗干扰能力，可使变流设备向小型、轻量方向开展，既降低了造价，又提高运行的可靠性。同时，场控电力电子器件也得到开展，如 HYPERLINK :/baike.baidu /view/2489641.htm t _blank 功率场效应晶体管(power MOSFET)和功率 HYPERLINK :/baike.baidu /view/828928.htm t _blank 静电感应晶体管(SIT)已达千伏级和数十至数百安级的电压、电流等级，中小容

33、量的工作频率可达兆赫级。由场控和双极型合成的新一代电力电子器件，如绝缘栅双极型晶体管IGT或IGBT和MOS控制晶闸管MCT也正在兴起,容量也已相当大。这些新器件均具有门极关断能力，且工作频率可以大大提高，使电力电子电路更加简单，使电力电子装置的体积、重量、效率、性能等各方面指标不断提高，它将使电力电子技术开展到一个更新的阶段。与此同时，电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1466326.htm t _blank 计算机模拟和仿真技术也在不断开展。现代电力电子技术是以高新技术知识为根底的一种知识密集型技术综合，是强弱电相结合的

34、新学科，一方面它是电子学在高电压、大电流等强电或电工领域的一个分支，另一方面它也是电工学在低电压、大电流等电流弱电或电子领域的一个分支。当前，电力电子技术与微电子技术的结合已成为当今技术开展的主流电力电子技术的应用，贯穿在电能的获取、传输、变换和利用的几乎每个环节，使用电效率、节能效益、供电质量大大提高。电力电子技术的应用在电气自动化中发挥越来越重要的作用，为电能的产生和利用搭起了桥梁，为电能的输出、应用提供了更好的方式和平台，从根本上提高了电能的应用效率。 电力电子技术正在不断开展，新材料、新结构器件的陆续诞生，计算机技术的进步为现代控制技术的实际应用提供了有力的支持在各行各业中的应用越来越

35、广泛，从人类对宇宙和大自然的探索到同民经济的各个领域，再到我们的衣食住行，到处都能感受到电力电子技术的存在和巨大魅力。1.5电力电子技术未来的开展在未来，电力电子器件已进入高频化，标准模块化，集成化和智能时代。从理论分析和实验证明电气产品的体积与重量的缩小与供电频率的平方根成反比，也就说， 当我们将50Hz的标准二频大幅的提高之后，使用这样工频的电气设备的体积与重量就能大大缩小，使电气设备制造节约材料，运行时节电就更加明显，设备的系统性能亦大为改善，尤其是对航天工业其意义十分深远的。故电力电子器件的高频化是今后电力电子技术创新的主导方向，而硬件结构的标准模块是器件开展的必然趋势，目前先进的模块

36、，已经包括开关元件和与其反向并联的续流二极管在内及驱动保护电路多个单元，并都以标准化和生产出系列产品，并且可以在一致性与可靠性上到达极高的水平。由于环境、能源、社会和高效化的要求，电力电子设备和系统正朝着应用技术高频化、智能化、全数字控制、系统化及绿色化方向开展。在未来的一段时间内，以各种电力半导体器件为主功率器件的电力电子设备和系统将展开竞争且共同开展。以IGBT为主功率器件的整流器和逆变器可提高效率、减小噪声、减轻设备重量、减小体积，将广泛应用于工业、家用电器和新能源等方面。以IGCT为主功率器件的电力电子设备和系统将有可能逐步取代晶闸管。以MOSFET为主功率器件的电力电子设备和系统将在

37、中功率领域发挥巨大的作用。谐振变流器技术将广泛应用，新的控制技术及手段将在电力电子设备和系统中获得应用，并进一步提高电力电子设备和系统的性能和档次。电力电子设备和系统中的电磁干扰控制、PWM传动系统中的轴电流和轴电压等难题将取得突破性进展。未来电力电子设备和系统的应用热点是：变频调速、智能电网、汽车电子、信息和办公自动化、家用特种电源、新能源、太阳能、风能及燃料电源等。所谓集成稳压器，就是用半导体工艺和薄膜工艺将稳压电路中的二极管、三极管、电阻、电容等元件制作在同一半导体或绝缘基片上，形成具有稳压功能的固体电路。稳压电源是能为负载提供稳定交流电源或直流电源的电子装置。包括交流稳压电源和直流稳压

38、电源两大类。1955年美国的科学家罗那首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器。此后，利用这一技术的各种形式的精益求精直流变换器不断地被研制和涌现出来，从而取代了早期采用的寿命短、可靠性差、转换效率低的旋转和机械振子示换流设备。由于晶体管直流变换器中的功率晶体管工作在开关状态，所以由此而制成的稳压电源输出的组数多、极性可变、效率高、体积小、重量轻，因而当时被广泛地应用于航天及军事电子设备。由于那时的微电子设备及技术十分落后，不能制作出耐压高、开关速度较高、功率较大的晶体管，所以这个时期的直流变换器只能采用低电压输入，并且转换的速度也不能太高。60年代，由于微电子技术的快速开

39、展，高反压的晶体管出现了，从此直流变换器就可以直接由市电经整流、滤波后输入，不再需要工频变压器降压了，从而极大地扩大了它的应用范围，并在此根底上诞生了无工频降压变压器的开关电源。省掉了工频变压器，又使开关稳压电源的体积和重量大为减小，开关稳压电源才真正做到了效率高、体积小、重量轻。70年代以后，与这种技术有关的高频，高反压的功率晶体管、高频电容、开关二极管、开关变压器的铁芯等元件也不断地研制和生产出来，使无工频变压器开关稳压电源得到了飞速的开展，并且被广泛地应用于电子计算机、通信、航天、彩色电视机等领域，从而使无工频变压器开关稳压电源成为各种电源的佼佼者。电子设备都离不开直流稳压电源。许多电子

40、设备要由电力网上的交流电变换的直流电来提供电。根据电子设备的不同，对电源的要求也不同。比方，有的电子设备消耗功率大些，就要求直流电源提供较大的功率；有的电子设备的工作性能对电压波动很敏感，就要求电源的输出电压要稳定、纹波系数要小；也有的要求直流电源输出的电压可调。集成稳压器在近十多年内开展很快，按电路的结构方式分，有单片式集成稳压器和组合式集成稳压器；按电路的工作方式分，有线性集成稳压器和开关式集成稳压器；按管脚的连接方式分，有三端式集成稳压器和多端式集成稳压器；按制造工艺分，有半导体集成稳压器，薄膜混合集成稳压器和厚膜混合集成稳压器。集成稳压器是在半导体硅片上使用外延、氧化、光刻、扩散和金属

41、蒸发等工艺制作而成的稳压电路。这种集成稳压器的各种元件在同一工序中制成。多端可调式集成稳压器这种稳压器取样电阻和保护电路的元件需要外接，它的外接端比拟多，便于适应不同的用法。它的输出电压可调，以满足不同输出电压的要求。目前国内生产的这类产品有WB712、WB724、WA705WA724、5G11、5G14、CW611、CW616、BG602、CW200系列。 三端固定式集成稳压器这类固定输出的通用型线性稳压器，有输入、输出和公共端3个端子，一般来说正电压输出的用四位数字78XX或中间加一位字母表示根本型号。举例来说，7805表示正5V输出的线性稳压器额定电流是1000mA。7800系列的输出电

42、压为5，6，9，12，15，18，24V共7个档次，7806、7808、7809、7812、7815、7818、7824分别表示6V、8V、9V、12V、15V、18V、24V电压输出、额定电流1000mA的线性稳压器，如果在中间加一个字母L例如78L05表示额定电流为100mA，如果加字母M表示额定电流为500mA，如果加字母H表示额定电流为5000mA，如果加字母P表示额定电流为10000mA；负电压输出的用四位数字79XX或中间加一位字母表示根本型号。举例来说，7905表示负5V输出的线性稳压器额定电流为1000mA，其他和78XX系列相同。但是各厂家的型号前缀和后缀各不相同，比方同为7

43、805，ON的产品前缀是MC，型号是MC7805，松下的产品前缀是AN，ST的产品前缀是L，NS的产品前缀是LM等等，这类产品具有使用方便、性能稳定、价格低廉等优点，得到了广泛的应用。三端可调式集成稳压器三端可调式集成稳压器是指输出电压可调的稳压器，它与三端固定式稳压器的外形和变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件。变压器由铁芯或磁芯和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。当初级线圈中通有交流电流时，铁芯或磁芯中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压或电流。变压器按冷却方式分为：干式自冷变压器，油浸自冷变压器，佛化物蒸发冷却变压器；按防潮方式分

44、为：开放式变压器，灌封式变压器，密封式变压器；按铁芯或线圈结构分为：芯式变压器，壳式变压器，环形变压器，金属箔变压器；按电源相数分为：单相变压器，三相变压器，多相变压器；按用途分为：电源变压器，调压变压器，音频变压器，中频变压器，高频变压器，脉冲变压器。本设计是为实验室提供低压直流电源使用，是将市电变为低电压的装置，并且该设计是正负电压输出。因此，只须选用单相双输出电源变压器即可。集成直流稳压电源由四局部组成:四局部分别为:电源变压器,整流电路,滤波电路,稳压电路。图2.1 稳压电源框图图2.2 整流与稳压过程整流局部二极管D1D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。 图2.3 桥式整流电路

45、图2.4 桥式整流原理在v2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向RL，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止。在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。其电流通路可用图中实线箭头表示。在v2的负半周，其极性与图示相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D2流向RL，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向导通。电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。其电流通路如图中虚线箭头所示。综上所述，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导

46、通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。 结合上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图滤波电路经过整流后的直流电幅值变化很大，会影响电路的工作性能。可利用电容的“通交流，隔直流的特性，在电路中并入两个电容作为电容滤波器，滤去其中的交流成分。电容滤波电路是最常见也是最简单的滤波电路，在整流电路的输出端并联一个电容即构成电容滤波电路。滤波电容容量较大，因此一般均采用电解质电容，在接线时要注意电解质电容的正负极。电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。如果将两个滤波电容相连接，且连接点接地，就可同时得

47、到输出电压平滑的正负电源。 滤波电路及其原理如以下图2.5所示:图2.5 RC滤波电路 图2.6 RC滤波电路电容滤波电路中二极管的电流和导通角为了得到平滑的负载电压，一般取 RLC=(35)T/2式中T为电源交流电压的周期。滤波电容的容量可由下式估算： C=ICt/Vip-p式中Vip-p稳压器输入端纹波电压的峰-峰值； T IC电容C放电电流 ，可取IC=Iomax，滤波电容C的耐压值应大于1.4 V2。总之，在电容充电时，回路电阻为整流电路的内阻，即变压器电阻和二极管的导通电阻，其数值很小，因而时间常数很小。电容放电时，回路电阻为RL，放电时间常数RLC通常远大于充电的时间常数。因此滤波

48、效果取决于放电时间。电容愈大，负载电阻愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大。换言之，当滤波电容容量一定时，假设负载电阻减小(即负载电流增大)，那么时间常数RLC减小，放电速度加快，输出电压平均值即下降，并且脉动变大。稳压局部集成串联型稳压电路有三个引脚，分别为输入端，输出端和公共端，因而称为三端稳压器。按功能可分为固定式稳压电路和可调式稳压电路；前者的输出电压不能进行调节，为固定值；后者可通过外接元件使输出电压得到很宽的调节范围。便于实时控制，此设计采用可调式三端稳压器LM317和LM337。LM317和LM337可调式三端稳压器有三个引出端，分别为输入端、输出端和电压调整端(简称调整

49、端)。调整端是基准电压电路的公共端，其典型值为1.25V。其典型线性调整率为0.01，负载调整率为0.1，80dB的纹波抑制比，其工作温度范围为0至+125。由于稳压电路发生波动、负载和温度发生变化，滤波电路输出的直流电压会随着变化。因此，为了维持输出电压稳定不变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素电网电压、负载、环境温度等发生变化时，使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件组成。采用集成稳压器设计的电源具有性能稳定、结构简单等优点。 图2.7 三端可调式稳压器及其电路图2.8 三端固定式稳压器 集成稳压器的种类很多，在小功率稳压电源中，普

50、遍使用的是三端稳压器。按照输出电压类型可分为固定式(图2.8和可调式(图2.7)，此外又可以分为正电压输出和负电压输出两种类型。按照设计要求本设计要用到可调式三端稳压器。 保护局部为了减小电位器上的纹波电压，可在其上并联了一个10uF的电容，由于电容容量较大，一旦输入端断开，电容将从稳压器输出端向稳压器放电，易使稳压器损坏，因此在稳压器的输入端和输出端之间跨接一个二极管，并且在输出短路时，电容将向稳压器调整端放电，并使调整管发射结反偏，为了保护稳压器，故加一个二极管。利用电容可以抵消输入线较长时的电感效应，以防止电路产生自激振荡，因此可在集成稳压器的输入端并接一个瓷片电容，其容量较小，一般小于

51、1uF，故在此选择0.1uF。 直流稳压电源一般由电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成，根本框图如下图。各局部电路的作用如下：图2.9 直流稳压电源组成框架 变压器T 初级与交流电力网连接，次级与整流器连接，用于改变交流电压的大小，使次级输出的交流电压ui符合设计要求。变压器副边与原边的功率之比为式中，为变压器的效率。整流滤波电路整流电路将交流电压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U1。 常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波、倍压整流滤波电路如图 图图所示。图 全波整流电路图桥式整流滤波电路图二倍压整流滤波电路三端集成稳压器 常用的集成稳压器有固定式三

52、端稳压器和可调式三端稳压器均属电压串联型。下面分别介绍其典型应用。 1固定三端集成稳压器 正压系列：78XX系列，该系列稳压块有过流、过热和调整管平安工作区保护，以防过载而损坏。一般不需要外接元件即可工作，有时为改善性能也加少量元件。78XX系列又分三个子系列，即78XX、78MXX和78LXX。其差异只在输出电流和外形，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系列与78XX系列相比，除了输出电压极性、引脚定义不同外，其他特点都相同。 78XX系列、79XX系列的典型电路如图 图图所示。图 正电压输出图 负电压输出图2.15 正

53、、负电压输出2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电阻和一只电位器。其芯片内也有过流、过热和平安工作区保护。最大输出电流为1.5A。 其典型电路如下图。其中电阻R1与电位器RP组成电压输出调节电路，输出电压Uo的表达式为：式中，R1一般取值为120240，输出端与调整压差为稳压器的基准电压典型值为1.25V，所以流经R1的泄放电流为510mA。 负压系列：W337系列，与W317系列相比，除了输出电压极性、引脚定义不同外，其他特点都相同。图2.16可调式三端稳压器的典型应用 稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性

54、指标，包括允许的输入电压、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，稳压系数或电压调整率、输出电阻或电流调整率、温度系数及纹波电压等。测试电路如下图。这些质量指标的含义，可简述如下：图2.17 稳压电源性能指标测试电路1纹波电压 纹波电压是指叠加在输出电压Uo上的交流分量。用示波器观测其峰-峰值， Uopp一般为毫伏量级。也可以用交流电压表测量其有效值，但因Uo不是正弦波，所以用有效值衡量其纹波电压，存在一定误差。 2稳压系数及电压调整率 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，即电压调整率：输入电压

55、相对变化为10%时的输出电压相对变化量，即稳压系数Su和电压调整率Ku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。3输出电阻及电流调整率 输出电阻：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，即电流调整率：输出电流从0变化到最大值ILmax时所产生的输出电压相对变化值，即输出电阻ro和电流调整率Ki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。 1输出电压要符合额定值： 固定U0； 可调电压调节范围UminUmax。 2输出电压要稳定电压调整率Ku。造成输出电压不稳的原因： 交流电网的供电电压不稳，整流器的输出电

56、压也按比例变化； 由于整流器都有一定的内阻，当负载电流发生变化时，输出电压就要随之发生变化； 当整流器的环境温度发生变化时，元器件的特性即发生变化，也导致输出电压的变化。在实际应用中，常以电网电压变化10%时输出电压相对变化的百分数来表示Ku。 3电源内阻ro要小。电压内阻表示在输入电压Ui不变的情况下，当负载电流变化时，引起输出电压变化量的大小。当负载电流较大时，ro越大，在内阻上产生的压降也越大，因此输出电压就变小。 4输出纹波电压要小。输出纹波电压是指电源输出端的交流电压分量。 5要有过流保护、过压保护等保护措施。当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的

57、电路电源电路。大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作，当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。超级计算机的电源电路本身就是一套复杂的电源系统，通过这套电源系统，超级计算机各局部都能够得到持续稳定、符合各种复杂标准的电源供给。袖珍计算器那么是简单多的电池电源电路，不过你可不要小看了这个电池电源电路，比拟新型的电路完全具备电池能量提醒、掉电保护等高级功能。可以说电源电路是一切电子设备的根底，没有电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备，我们的生活也就不会这么丰富多彩了。由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，

58、而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源，直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。 直流稳压电源的种类及选用直流稳定电源按习惯可分为化学电源、线性稳定电源和开关型稳定电源，它们又分别具有各种不同类型： 1化学电源：平常所用的干电池、铅酸蓄电池、镍镉、镍氢、锂离子电池均属于这一类，各有其优缺点。随着科学技术的开展，又产生了智能化电池；在充电电池材料方面，美国研制员发现锰的一种碘化物，用它可以制造出廉价、小巧、放电时间，屡次充电后仍保持性能良好的环保型充电电池。 2线性稳压电源：线性稳定电源有一个共同的特点就是它的功率器件调整管工作在线性区，靠调整管

59、之间的电压降来稳定输出。由于调整管静态损耗大，需要安装一个很大的散热器给它散热,而且由于变压器工作在工频50Hz)上,所以重量较大。该类电源优点是稳定性高，纹波小，可靠性高，易做成多路，输出连续可调的成品；缺点是体积大、较笨重、效率相对较低。 3开关型直流稳压电源：电路型式主要有单端反激式，单端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。它和线性电源的根本区别在于它变压器不工作在工频而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹，功能管不是工作在饱和及截止区即开关状态，开关电源因此而得名。开关电源的优点是体积小，重量轻，稳定可靠；缺点相对于线性电源来说纹波较大一般1% V，好的可做到十几mV或更小)。它的功率可自几瓦几千

60、瓦均有产品。 稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求 1稳定性好 当输入电压Usr整流、滤波的输出电压在规定范围内变动时，输出电压Usc的变化应该很小一般要求。由输入电压变化而引起输出电压变化的程度，称为稳定度指标，常用稳压系数S来表示：S的大小，反映一个稳压电源克服输入电压变化的能力。在同样的输入电压变化条件下，S越小，输出电压的变化越小，电源的稳定度越高。 2输出电阻小负载变化时从空载到满载，输出电压Usc，应根本保持不变。稳压电源这方面的性能可用输出电阻表征。输出电阻又叫等效内阻用rn表示，它等于输出电压变化量和负载电流变化量之比。rn反映负载变动时，输出电压维持恒定的能力，rn越小，那么