线性直流稳压电源的设计.docx

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线性直流稳压电源的设计

毕业设计（论文）

题目

线性直流稳压电源的设计

系（院）

物理与电子科学系

专业

电子信息科学与技术

班级

2009级2班

学生姓名

学号

指导教师

职称

二〇一三年六月十八日

独创声明

本人郑重声明：

所呈交的毕业设计（论文），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。

尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。

本声明的法律后果由本人承担。

作者签名:

二〇一三年六月十八日

毕业设计（论文）使用授权声明

本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。

本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。

（保密论文在解密后遵守此规定）

作者签名:

二〇一三年六月十八日

线性直流稳压电源的设计

摘要

线性稳压电源即当调整管工作在线性状态下时的直流稳压电源，是一种电源变换电路，也是电子系统的一个重要组成部分，其功能是为电子电路提供其所需要的电能。

本论文详细叙述了将220V/50Hz的交流电经过变压、整流、滤波、稳压这一系列的过程转换为直流稳压电源的过程。

其中变压器主要是把市电交流电压转换为所需要的低压交流电；整流电路用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压；滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分，使之成为平滑的直流电压，因本电路输出的最大电流较大，故选用电容滤波电路；稳压电路是当输入的交流电压波动、负载及温度变化时，用来维持输出直流电压的稳定。

此方案中展示了线性稳压直流电源的设计中各个组成部分的选型及设计要求的最终实现。

关键词：

稳压电源；整流；变压器；滤波

Thedesignoflineardirectcurrentstabilizevoltagepowersupply

Abstract

Lineardirectcurrentstabilizevoltagepowersupply,namely,whencompensatingpipeworksunderlinearconditionoflineardirectcurrentstabilizevoltagepowersupply，isakindofpowerconversioncircuit,anditisalsoanimportantpartinthesystemofelectroniccircuit.Itsfunctionistoprovidetherequiredelectricalenergy.Thistextdescribesaseriesofprocesses,whichconvertalternatingcurrentof220v/50Hztolineardirectcurrentstabilizevoltagepowersupplythroughthevoltagetransformer,rectifier,filter，regulator.Thevoltagetransformersmainlyneedtoconverthighalternatingvoltagetolowvoltagealternatingvoltage.Unidirectionalrectifiercircuitisusedtotransformalternatingvoltagetoone-waypulsatingdirectcurrentvoltage.Filtercircuitisusedtofilteroutlaterrectifyingone-waypulsevoltageofthealternatingcomponent,makingitasmoothdirectvoltage.Wechoosecapacitorfiltercircuit.Becausethemaximumcurrentofthiscircuitoutputislarger.Regulatingcircuitisusedtomaintainthestabilityoftheoutputdirectvoltagewhentheinputalternatingvoltagefluctuation,loadandtemperaturechange.Thisscenarioshowseachpartoftheselectioninthedesignoflineardirectcurrentstabilizevoltagepowersupplyanddesignrequirementsofthefinalimplementation.

Keywords:

Stabilizedvoltagesupply；Rectifier；Transformer；Filter

引言

线性稳压电源是指调整管工作在线性状态下时的直流稳压电源，它是一种电源变换电路，也是电子系统的重要组成部分，其功能主要是为电子电路提供它所需要的电能。

电子设备通常需要电压稳定的直流电源对负载进行供电。

线性稳压电源被广泛的应用于电子电路中，虽然各种新型的稳压电路结构层出不穷，但线性稳压电源却始终是无法代替的。

电源的质量的好坏直接影响着电子设备的可靠性，而且电子设备的故障大部分来自于电源，因此，电源越来越受到人们的重视。

然而电子设备的小型化和低成本化使电源也以轻、薄、小和高效率为发展方向[1]。

电子设备中都需要稳定的直流电源，而功率较小的直流电源大多数都是将交流电经过整流、滤波和稳压后获得。

本设计中主要是通过不同的模块将生活中常用的交流电压转换为稳定的直流电压。

在我国以电力电子学为核心技术的电源产业从二十世纪60年代中期就已经开始形成了，而到了90年代以来电源产业进入快速发展时期[2]。

一方面电源产业规模的发展在加快;另一方面，在国家自然科学基金的资助和创新意识的指导下，我国电子电力技术的研究从引进吸收消化和一般跟踪发展到前沿跟踪和基础创新，电源产业界涌现出了一些技术难度较大、具有国际先进水平的产品，而且还产生了大批的具有代表性的研究成果和产品[3]。

目前在国内还开展了跟踪国际多方面前沿性课题的研究或基础创新研究。

但是我国电源产业与发达国家相比仍旧存在着一定的差距和不足:

在电源产品的质量、可靠性、开发投入、生产规模、工艺水平、先进检测设备、智能化、网络化、持续创新能力等方面的差距为十到十五年[4]，尤其是在实现直流稳压电源的智能化、网络化方面的研究还不是很多。

总体说来，国内直流稳压电源技术在实现智能化等方面依然相对落后，面对激烈的国际竞争这也是个极其严峻的挑战。

早在20世纪50年代，美国宇航局就已经以小型化、重量轻为主要目标，还为搭载火箭开发出了开关电源[5]。

在近半个世纪的发展过程中，开关电源因其具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等一系列的优点而逐步取代了传统技术制造的连续工作电源[6]，并广泛应用在了电子整机与设备中。

到21世纪小型电子设备的发展更加迅速和更加普及，但是现在很多的小型电子设备都是依靠电池来供电的，所以开发一种新型的多路输出稳压电源应用于小型电子设备中就显得更为重要了。

第一章线性直流稳压电源的工作原理

1．1普通电源的工作原理

现在随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域也变得越来越广泛，电子设备的种类也在逐渐的不断更新、不断增多，电子设备与人们日常的工作、生活的关系也是日益密切。

任何的电子设备都离不开安全有效的电源，电源是一切电力电子设备的动力源，因此它被形象地称之为“电路的心脏”[7]。

现在的生活中，各种高科技产品对电源的技术性能指标的要求更是越来越高。

电源通常可以分为交流电源和直流电源，它是任何电子设备都不可缺少的组成部分。

直流电源又可分为两类[8]，即：

一类是能直接供给直流电流或电压的，如电池、蓄电池、太阳能电池、硅光电池、生物电池等，；另一类是能将交流电变换成所需要的稳定的直流电流或电压的，这类变换电路统称为直流稳压电源。

图1-1电源分类

图1-2交流电压转换电路

现代电子设备的电路中使用了大量的半导体器件，这些半导体一般需要几伏到几十伏的直流供电电源，以便于得到其正常工作时所必需的能源。

现代电子设备中使用的直流稳压电源主要分为两大类：

线性稳压电源和开关性稳压电源。

线性稳压电源亦称为直流线性稳压电源，它的稳压性能很好，而且输出纹波很小，其缺点是需要使用体积和重量都比较大的工频变压器，而且稳定效率也比较低。

开关型稳压电源按照不同分类方式可以分成多种类型。

按照其输出是否调整元（开关元件）等构成的其他部分隔离，这种隔离可以分为非隔离型和隔离型两类[9]；按照开关元件的激励方式，又可以将其分成自激励和他激励两种类型；而按照电源的输入，又可分为AC/DC和DC/DC两种类型[10]；按照开关元件的连接形式，可分成串联型和并列型两种类型。

它的优点是效率高，体积小，重量轻，但却存在着线路结构复杂、维修技术难度大等的一系列的缺点。

开关电源和线性电源的成本都随着其输出功率的增加而增长，但二者的增长速率各异。

一般，当输出功率较小时，线性电源的成本相对较低。

但是，当线性电源成本在某一输出功率点上时，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。

直流稳压电源的发展方向：

智能化、数字化、模块化、绿色化[11]。

20世纪末，各种有源滤波器和有源补偿器的诞生也为21世纪批量生产各种绿色直流稳压电源产品奠定了基础。

1.2线性直流稳压电源的工作原理

线性稳压电源是指调整管工作在线性状态下的直流稳压电源，是一种电源变换电路，是电子系统的重要组成部分，其功能是为电子电路提供它所需要的电能[12]

当接入220V/50Hz的市电后，先经过变压器，将220V的交流高电压转换为低电压输出到整流桥，经过整流桥的整流作用输出脉动较大的直流电，接入到滤波电路中，再利用储能元件电容两端的电压不能突变的特性,滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，最后得到平滑的输出电压。

图1-3各模块输出波形

1.3线性直流稳压电源设计指标

（1）电网调整率

它表示输入电网电压由额定值变化±10%时，稳压电源输出电压的相对变化量，有时也以绝对值表示。

一般稳压电源的电网调整率等于或小于1%、0.1%，甚至0.01%。

（2）稳压系数

稳压系数有绝对稳压系数和相对稳压系数两种。

绝对稳压系数表示负载不变时，稳压电源输出直流变化量

与输入电网电压变化量

之比，即

1-

（1）

它表示输入电网电压变化量

引起多大输出电压的变化。

所以绝对稳压系数K值越小越好。

K越小，说明同一

引起的

越小，也就是输出电压越稳定。

但是，在稳压电源中更重视相对稳压系数。

相对稳压系数S表示在负载不变时，稳压器输出直流电压

的相对变化量

与输入电网电压

的相对变化量

之比，即

1-

（2）

稳压系数通常是指相对稳压系数S，而不是绝对稳压系数K。

（3）输出电阻（也称等效内阻