直流稳压电源设计说明.docx

直流稳压电源设计说明.docx

《直流稳压电源设计说明.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《直流稳压电源设计说明.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

直流稳压电源设计说明

大学

课程设计报告

所属院系：

电气工程学院

专业：

自动化

课程名称：

电子技术基础A

设计题目：

直流稳压电源的设计

班级：

自动化091

学生：

xxx

学生学号：

2009xxxxxxx

指导老师:

xxxx

完成日期：

2011.7.7

课程设计题目：

直流稳压电源的设计

要求完成的容：

设计一个个对偶式直流稳压电源。

指标条件如下：

技术指标要求为：

输出直流电压Vo=±12V，最大输出电流Io=500mA，电压调整率SU≤0.1％/V,输出

端纹波抑制比SR≥60dB，有完善的过载、短路保护措施。

使用的元器件要求为：

三

端稳压器（7812、7912），电容（瓷片电容），电阻（0.25瓦）变压器（双12V）等。

要求：

（1）根据设计要求，确定电路的设计方案，计算并选取电路的元件参数。

（2）分析、测量电路的相关参数，修改、复核，使之满足设计要求。

（3）综合分析计算电路参数，满足设计要求后，认真完成设计报告。

指导教师评语：

该生具有查阅文献资料和手册的能力，了解与课题有关的电子电路

以及元器件的工程技术规。

能够把课堂理论知识用于实际，按照任务

书的要求完成设计任务。

设计思路明确，概念清晰，设计的电路正确

分析计算合理，仿真结果满足性能指标要求，论文容详尽，格式满足

报告要求。

评定成绩为：

指导教师签名：

年月日

直流稳压电源的设计

直流稳压电源的设计要比较基本的设计，设计要求电源输出三档可调直流

电压。

设计中包括电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四个部分。

通过四

部分的组合将220V交流电压转变为设计要求直流电压。

并且用仿真软件进行仿真

分析。

一、设计方案

1．拟定系统方案框图

直流稳压电源由四部分组成。

四部分分别为:

电源变压器,整流电路,滤波电路,稳压电路。

系统方框图如下图1。

图1稳压电源的系统组成框图

图2直流稳压电源的方框图

采用LM7812和LM7912固定式三端稳压器共同组成稳压电路。

固定式三端稳压器LM7812和LM7912组装电路可对称输出±12v,其电路图如

图所示。

该电路的特点是它们共用一组整流、滤波电路，且有共同的公共端，可以同时

输出正、负电压，使用十分方便。

图3直流稳压电源电路

二、单元电路的设计和计算

1.单元电路的设计

1.1．电源变压器

图4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=η。

电源变压器的功能是功率传送、电压变换和绝缘隔离，作为一种主要的软磁电

磁元件，在电源技术中和电力电子技术中得到广泛的应用。

根据传送功率的大

小，电源变压器可以分为几档：

10kVA以上为大功率，10kVA～0.5kVA为中

功率，0.5kVA～25VA为小功率，25VA以下为微功率。

如图4电源变压器将220V，50HZ交流电压降压后输出到副边，变成整流电路

要求的交流电压值，然后通过整流电路将交流电压变成动脉的直流电压。

得到的电

源变压器的工作波形如图5。

图5电源变压器输出波形

1.2整流电路的设计

整流电路的任务是将交流电变换成直流电。

完成这一任务主要是靠二极管的单

向导电作用，因此，二极管是构成整流电路的关键元件。

电路图如图3所示，图中

T1为电源变压器，R1是要求直流供电的负载电阻，四只型号为1N4001的整流二。

极管D1～D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称

图6单相桥式整流电路

电路图如图6所示，图中T1为电源变压器，R1是要求直流供电的负载电阻，

四只型号为1N4001的整流二极管D1～D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。

在U2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

R1，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。

在U2的负半周，其极性与上述相反，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R1，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R1时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。

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7。

图7桥式整流电路的工作波形

1.3滤波电路

滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一般有电抗元件组成，例如在负载

电阻两端并联电容器C,或者在整流电路输出端与负载之间串联电感器L，以及由电

容、电感组合而成的各种复式滤波电路。

滤波电路的形式很多，为了掌握它的分析规律，把它分为电容输入式（电容C

接在最前面）和电感输入式（电感L接在最前面）。

前一种滤波电路多用在小功率

电源中，而后一种滤波电路多用于较大功率电源中（而且当电流很大时仅用一个电

感器与负载串联）。

本实验采用电容滤波：

图8单相桥式整流、滤波电路图

滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波,在负载两端并联电容器C,负载平均

电压Uo升高,纹波减小,且R1*C越大,电容放电速度越慢,则负载电压中的纹波成分

越小,负载平均电压越高，得到波形如图9。

图9滤波电路的输出波形

1.4稳压电路

稳压电路：

稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负

载的变化而变化。

图10稳压电路图

经整流滤波输出的电压通常是不稳定的，不能直接对系统供电，因此需要经过

稳压电路将电压稳定到单片机系统所需的要求。

对任何稳压电路都应从两个方面考

察其稳压特性，一是设电网电压波动，研究起输出电压是否稳定；二是设负载变化，

研究其输出电压是否稳定。

流稳压电路分为串联型稳压电路和开关型稳压电路，本

设计采用串联型稳压电路。

稳压器一般包括单管稳压器和集成稳压器。

常用的集成

稳压器有固定式三端稳压器和可调式三端稳压器，本设计同时使用固定式三端稳压

器LW7812和LW7912，其分别输出+12V和-12V电压。

可根据电路图得到它的工作波

形如图11。

图11稳压电路工作波形

2．单元电路元件的选择和计算

2.1电源变压器

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U2。

变压器副边与原边的功率比为P2/P1=η，式中η是变压器的效率。

如上的对应电路图我们选用的是LM7812做稳压电路，要求得到的输出电压为

Uo=12V，稳压管LM7812的输入输出电压差为2~3V，则稳压电路的输入电压为

14V~15V，UImin=14/1.41V，得到：

U2=UImin/1.1=14/1.414/1.1=9V；

又I2≥Iomax=500mA；则电源变压器的输出功率P≥U2I2=4.5W；所以选用U=±12V，

P=6W的双变压器。

2．整流电路中的二极管

最大允许流经每个二极管的ID=0.5IL=0.5*500=250mA而每个二极管所承

受的最大反向电压为：

VRM=

=24V而1N4001的U=50V>24V,I=1A>0.5A,于

是整流桥部分采用的是四个型号为1N4001的二极管构成。

3.滤波电容

滤波电容C可由下式估算

C=

为稳压器纹波电压，t为电容C的放电时间，t=0.5T=0.01sIc为电容

c的放电电流。

可取Ic=Iomax，滤波电容c的耐压值应该大于

。

又:

＝（3~5）T/2

式中T——为输入交流信号周期，即电容C放电时间，RL——为整流滤波电路的等效负

载电阻；其中R1=24Ω，ｆ＝50Hz，得到周期为

T=1/f=1/50=0.02s

选用

＝4xT/2，则得到C=1670μF；若考虑到电网电压波动+10%或-10%，则电容器承

受的最高电压为:

Ucm=1.414*U2*1.1=26.4V；则选用标称值为2400μF/35V的电解电容器

电容相并联。

若考虑电网电压波动

%10,则电容器承受的最高电压为：

Vcm=

*1.1=1.4*17*1.1=26.4V

由任务书技术指标要求可确定滤波电容选用标称值为2200μF/35V的电解电容器电容

相并联。

4.稳压器的选择

当负载电流变化时，由于整流滤波电路存在阻，输出电压将要变化；当电

网电压波动时，使整流滤波电路输出的直流电压不稳定。

为了获得相对稳定的直

流电压，我们在整流滤波之后通常还要接一个稳压电路。

在小功率设备中常用的

稳压电路，稳压管电路和开关型稳压电路等。

其中稳压管稳压电路较简单，

但是带负载能力差，一般只提供基准电压。

开关型稳压电源效率较高，目前使用

也比较多，但是电路比较复杂，而且价格比较贵。

而且本次设计的要求不是很高，所以使用了图10所示的最简单的稳压电路。

设计要求输出电压为:

一档要求输出±12V对称输出电压，而LW7812系列的固定

式稳压器输出的电压是+12V和LW7912固定式稳压器能得到输出电压为-12V，所

以选用LW7812和LW7912的稳压器这样可以得到+12V和-12V的输出电压。

二

者组装可得到±12V对称输出。

芯片说明：

LM7812、LM7912芯片由于它只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端式

稳压器。

它由启动电路，基准电压电路，取样比较放大电路，调整电路和保护电路

等部分组成。

其主要参数有：

输出直流电压U0＝＋12V，输出电流L:

0.1A，M:

0.5A，电压调

整率10mV/V，输出电阻R0＝0.15Ω，输入电压UI的围15～17V因为一般UI要

比U0大3～5V，才能保证集成稳压器工作在线性区。

用三端式稳压器W7812构成

的单电源电压输出串联型稳压电源。

其中整流部分采用了由四个二极管组成的桥式

整流器成品（也叫整流堆）,当然也可以自已用四个速流二极管（如,IN4001）组成。

滤

波电容C1、C2一般选取几百～几千微法。

当稳压器距离整流滤波电路比较远时，

输在入端必须接入电容器C3（数值0.33μF），以抵消线路的电感效应，防止产生

自激振荡。

输出端电容C4（0.1μF）用以滤除输出端的高频信号，改善电路的暂态响

应。

三、总体设计

1．总体电路

在电路中，通常都需要电压稳定的直流稳压电源供电。

稳压电路的组成是由电

源变压、整流、滤波和稳压电路等四部分组成。

电源变压器将交流电网220V的电

压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将电压变为脉动的直流电压。

由于此脉

动的直流电压还含有较大的波纹，必须加以滤波电路滤除，从而得到平滑的直流电

压。

这样就可以在电网电压波动，负载和温度变化的时候，维持输出直流电压稳定。

当负载要求功率较大、效率较高时，常采用开关稳压电源。

其中：

（1）电源变压器：

是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流

电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。

（2）整流电路：

利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。

（3）滤波电路：

可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得

到比较平滑的直流电。

（4）稳压电路：

稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和

负载的变化而变化。

根据电路的要求选择LW7812和LW7912芯片做稳压电路，得到符合课程要求

的直流稳压电源的电气原理图如图12。

图12对偶式直流稳压电源

2．元件明细表

表1元器件明细表

元件名称

数量

型号

元件名称

数量

型号

交流电源

1个

220V、50Hz

二极管

4个

1N4001

电容

1个

2200μF/35V

变压器

1个

12V双变压器

2个

0.33μF/63V

稳压管

1个

LM7812

2个

0.1μF/63V

1个

LM7912

电阻

2个

1KΩ

3．综合分析

1）输出波形及电压：

图13输出电压大小及波形

2）稳压系数

先调节自藕变压器使输入的电压增加10%，即Vi=242V,测量此时对应的输出

电压Vo1；再调节自藕变压器使输入减少10%，即Vi=198,测量此时对应的输出电

压Vo2,然后测量出Vi=220V时对应的输出电压Vo,则稳压系数

Sr=△VoVI/△VIVo=

/△VI

改变电压所得结果如下：

由此可得该电路中电压调整率

S

=

符合设计要求

一般情况下，稳压器正常工作时，其输出稳压电源性能指标的测试电路电流

要小于最大输出电流

，对于交流220V被测稳压电路稳压电路中取

，

输出电压为Uo=12V,可算出RL=12/0.5=24Ω，工作时

上消耗的功率为：

P=12*0.5=6W，故

取额定功率为6W，阻值为24Ω的负载。

3）纹波电压

用示波器观察Uo的峰峰值，（此时Y通道输入信号采用交流耦合AC），测量ΔUop-p

的值（约几mV）。

测得ΔUop-p=83.372uV-15.386uV=67.986uV。

4）纹波因数

用交流毫伏表测出稳压电源输出电压交流分量的有效值，用万用表（或数字万用

表）的直流电压档测量稳压电源输出电压的直流分量。

则纹波因数为：

5）纹波抑制比：

Sr=20ln

=209.9db

四、小结

本次课程设计自己的收获很大，自己对集成直流稳压电源有了更为深刻的了解。

模拟电子课本上介绍了串联式直流稳压电源，基于其原理，加入稳压管LM7912,

设计出对偶式直流稳压电源，保证双端输出都为12伏。

设计过程中参考了课外的

一些知识，包括网上和图书馆的资料，也得到了老师的细心指点。

加深了自己对

直流稳压电源的工作原理的认识，提高了团队协作的精神。

诚然，设计过程中也

存在很多的不足之处。

1）存在问题如下:

①对仿真软件Multism运用不是很熟练，绘图过程中遇到一些困难；

②计算元件参数，选择元件时存在一些困难，不知道如何下手，怪自己学习这一

章时没有用心。

导致设计过程中花费时间较多。

③对纹波电压的概念比较陌生，在计算纹波因数及纹波抑制比时遇到一些困难。

2）体会：

①掌握了简单的电子电路的设计与制作，也掌握了稳压芯片的原理与作用；

②在模拟仿真时，我连接电路时一定要认真仔细，而且要确保每条导线接触良好

③在接电路之前，一定要把电路的原理搞清楚，通过查资料把电路中的每个元件

的作用弄明白和把每个芯片的管脚的功能及连接方法弄清楚

④接线时不仅要仔细并且还要有耐心，不能急于求成，只要做到了这些才能保证电

路成功率比较高。

附录

仿真结果：

经变压器后的电压波形：

经过整流电路后的波形图：

经滤波电路后的波形图：

稳压电源最后输出的波形图：