12V直流稳压电源的设计文档格式.docx
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集成稳压器；
小容量；
设计；
分析
引言
人类的经济活动已经进入工业经济时代，并正在转入高新技术产业迅猛发展的时期，电源是位于市电与负载之间，向负载提供优质电能的供电设备，是工业的基础，而稳压电源技术是一种应用功率半导体器件，综合电力变换技术、现代电子技术、等多学科技术。
随着科学技术的发展，目前稳压电源技术已逐步发展成为一门多学科互相渗透的综合性技术学科；
它为现代通讯、电子仪器、计算机、工业自动化、电力工程、国防及某些高新技术提供高质量、高功率、高可靠性起着关键的作用。
小功率稳压电源的组成主要是由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成。
电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。
由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。
但这样的电压还随电网电压波动（一般有±
10%左右的波动）、负载和温度的变化而变化。
因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。
稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。
将串联稳压电源和保护电路集成在一起的集成稳压器。
现在的集成稳压器只有三个端口：
输入端、输出端和公共端，称为三端集成稳压器。
本次设计的±
12V稳压电源是采用三端集成电路为主要稳压器件，他具有结构简单、体积小重量轻、电源输出不间断、功率高、造价低、电源能工作在特殊的环境中、高稳定度（节约电能、降低材料消耗以及提高生产效率）之优点，随着电子设备的越来越普及，将越来越广泛。
并为现代生产和生活带来深远的影响。
1直流稳压电源的分类
当今，电子产品已普及到工作与生活的各个方面，其性能价格比愈来愈高，功能愈来愈强，供电的电源电路在整机电路中是相当重要的。
它的性能直接影响整个电子产品的精度、稳定性和可靠性。
电压稳定的方式，由传统的线性稳压发展到今天的非线性稳压，电源电路也由简单变得复杂，电源技术正从过去附属于其他电子设备的状态，逐渐演变成一个独立学科分支。
目前生产的直流稳压电源种类很多，主要分类方法是按调整元件的工作状态分类，其次还可以从其它不同角度来分类：
（1）按稳定方式分，有参数型稳压电源和反馈调整型稳压电源。
参数型稳压电源电路简单，主要是利用电子元件的非线性实现稳压，例如一只电阻和一只稳压二极管即成参数稳压器。
按调整元件的工作状态分，有线性稳压电源和开关稳压电源。
反馈调整型稳压电源具有负反馈闭环，是闭环自动调整系统，它的优点是技术成熟，性能优良、稳定，设计与制造简单；
缺点是体积大，效率低。
（2）非线性电源主要是指开关电源，开关电源的分类方法多种多样。
按激励方式分，有自激式和它激式
（3）按调制方式分，有保持开头工作频率不变，控制导通脉冲宽度的，称为脉宽调制型（PWM）；
也有保持开头导通时间不变，改变工作频率的称为频率调制型（PFM）；
还有宽度和频率均改变的，称为混合型。
（4）按开关电流工作方式分，有频率调制型分晶体管型和可控制硅型。
2设计规范及任务
2.1设计规范
设计一个±
12V简易直流稳压电源，满足：
1．当输入电压在220V交流时，输出直流电压为±
12V。
2．输出电流为1A，容量为24W。
3．输入端须设上电指示灯，输出端须具备短路和过流保护功能。
2.2设计任务
1.绘制出所设计的直流稳压电源的系统框图，并分析各组成部分的功能及工作原理。
2.设计出每个功能方框图的具体电路图，并根据所提供的技术参数的要求，计算出电路中所用元件的参数值，最后按工程实际确定元件参数的标称值。
具体参数要求：
变压器的额定电压、额定电流、额定容量、电压比；
整流元件的型号；
电阻的阻值和功率；
电容的容值和耐压以及类型；
稳压块型号等。
2.3要求掌握
通过此集成直流稳压电源的设计，要求掌握：
1.选择变压器、整流二极管、滤波电容及三端集成稳压器来设计直流稳压电源。
2.掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测试方法
3各电路组成的工作原理及设计的采用
3.1指示电路
指示电路为上电输入电源的有电指示，当稳压电源连接到市电AC220V后，有1红色电源指示灯亮。
此稳压电源为简易直流稳压电源，所以要求体积比较小。
如选用指示灯来指示会使得体积增大，所以一般均采用红色发光二极管来指示，这样体积小成本低。
3.2变压电路
通常直流稳压电源使用电源变压器来改变输入到后级电路的电压。
电源变压器由初级绕组、次级绕组和铁芯组成。
初级绕组用来输入电源交流电压，次级绕组输出所需要的交流电压。
通俗的说，电源变压器是一种电→磁→电转换器件。
即初级的交流电转化成铁芯的闭合交变磁场，磁场的磁力线切割次级线圈产生交变电动势。
次级接上负载时，电路闭合，次级电路有交变电流通过。
变压器的电路图符号见图1
Tr
图1变压器的电路图符号
3.3整流电路
整流电路的主要作用是由整流电路、直流中间电路和逆变电路三部分以及有关的辅助电路组成。
在电流型变频器中整流电路的作用相当于一个直流电流源，而在电压型变频器中整流电路的作用则相当于一个直流电压源。
经过变压器变压后的仍然是交流电，需要转换为直流电才能提供给后级电路，这个转换电路就是整流电路。
在直流稳压电源中利用二极管的单项导电特性，将方向变化的交流电整流为直流电。
整流电路的种类如下：
1.半波整流电路
半波整流电路只利用电源的正半周，电源的利用效率非常低，所以半波整流电路仅在高电压、小电流等少数情况下使用，一般电源电路中很少使用。
2.全波整流电路
全波整流电路每个整流二极管上流过的电流只是负载电流的一半，比半波整流小一倍。
由于全波整流电路需要特制的变压器，制作起来比较麻烦，所以在实际运用中很少使用。
3.桥式整流电路
桥式整流电路使用普通的变压器，每个整流二极管上流过的电流是负载电流的一半，与全波整流相同。
桥式整流比全波整流多用了两个整流二极管，由于四个整流二极管连接成电桥形式，所以称这种整流电路为桥式整流电路。
通常情况下桥式整流电路见图2
桥式整流电路图
桥式整流电路简化电路图桥式整流电路电压、电流波形图
图2桥式整流电路图
为了克服半波整流和全波整流的缺点，在本设计中整流电路采用最常用的桥式整流电路。
3.4滤波电路
滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。
电容器C对直流开路，对交流阴抗小，所以C应该并联在负载两端。
电感L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。
经过渺小滤波电路后，既可保留直流分量，又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。
滤波电路的种类如下：
1.电容滤波电路
电容滤波电路是利用电容的充放电原理达到滤波的作用。
在脉动直流波形的上升段，电容充电，由于充电时间常数很小，所以充电速度很快；
在脉动直流波形的下降段，电容放电，由于放电时间常数很大，所以放电速度很慢。
在电容还没有完全放电时再次开始进行充电。
这样通过电容的反复充放电实现了滤波作用。
桥式整流电路电容滤波电路电压、电流波形见图3
当时：
当为有限值时：
通常取RC越大越大
为获得良好滤波效果，一般取：
（T为输入交流电压的周期）
图3桥式整流电路电容滤波电路电压、电流波形图
2.电感滤波电路
电感滤波电路是利用储能元件电感器L的电磁感应使电流不能突变的性质，把电感L与整流电路的负载串联，也可以起到滤波的作用。
3.复式滤波电路
当单独使用电容或电感进行滤波，效果仍不理想时，可采用复式滤波电路。
复式滤波电路常用的有三种类型，（17页）它们的电路组成原则是，把对交流阻抗大的元件（如电感、电阻）与负载串联，以降落较大的纹波电压，而把对交流阻抗小的元件（如电容）与负载并联，以旁路较大的纹波电流。
其滤波原理与电容、电感波类似。
本设计为简易直流稳压电源，综上所述，采用结构简单、价格低廉的电容滤波电路。
3.5稳压电路
由于输入电压u1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压UI会随着变化。
因此，为了维持输出电压UI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）发生变化时，能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所组成。
采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。
3.5.1结构与符号
将串联稳压电源和保护电路集成在一个器件上，这个器件就是集成稳压器。
早期的集成稳压器外引线较多，现在的集成稳压器只有三个：
输入端、输出端和公共端，称为三端集成稳压器。
它的电路符号见图4，外形如图5所示。
图4电路符号图5三端集成稳压器外形
3.5.2线性三端集成稳压器的分类及型号
1.三端固定正输出集成稳压器，国标型号为CW78--/CW78M--/CW78L--
2.三端固定负输出集成稳压器，国标型号为CW79--/CW79M--/CW79L—
3.三端可调正输出集成稳压器，国标型号为CW117--/CW117M--/CW117L--
CW217--/CW217M--/CW217L—
CW317--/CW317M--/CW317L--
4.三端可调负输出集成稳压器，国标型号为CW137--/CW137M--/CW137L—
CW237--/CW237M--CW237L—
CW337--/CW337M--/CW337L—
5.三端低压差集成稳压器
6.大电流三端集成稳压器
三端集成稳压器型号中数字含义：
1---为军品级；
2---为工业品级；
3---为民品级。
军品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-55℃～150℃；
工业品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-25℃～150℃;
民品级多为塑料封装，工作温度范围0℃～125℃。
3.5.3三端集成稳压器的工作原理
现以具有正电压输出的CW78×
×
系列为例介绍它的工作原理。
图6是CW7800的电路原理图。
这个电路大体上可分成几个组成部分，其框图如图7所示，与典型的串联型稳压电路相比，多了保护电路和启动电路。
图6CW7800集成稳压电路原理图
图7CW7800集成稳压电路原理框图
1.调整管
由V16和V17组成复合调整管，采用复合结构可以用小电流推动较大的输出电流，并有很高的输入阻抗。
2.放大电路
由V3、V4及V9组成，为了提高放大器的输入阻抗，V3、V4管接成达林顿形式，为了增加放大器的增益，用V8、V9管组成的电流源作为集电极的有源负载，反馈电压Uk通过V6（V2作为有源负载）送到V3管的基极，放大管V4的集电极输出推动V16、V17，这样整个放大器具有很高的增益。
3.基准电路
由V1、V2、V5、V6、及R2等组成，我们知道稳压电源的输出电压与基准电压成一定比例关系，因此基准电压的稳定程度是决定稳压电源性能的关键。
这个稳压器的基准电压电路是与放大电路重合在一起的，由V6提供电流
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