模电课程设计直流稳压电源Word文档下载推荐.docx

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五、单元电路的设计（计算与说明）…………………………5

六、硬件的制作与调试……………………………………………9

七、总结……………………………………………………………11

参考文献………………………………………………………………11

附录1：

总体电路原理图…………………………………………12

附录2：

元器件清单………………………………………………12

摘要

直流稳压电源由于具有效率高、体积小、重量轻的特点，近年来获得了飞速发展。

直流稳压电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使直流稳压电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。

本文主要以半桥变换电路为开关电源的主电路，设计一台品质优良的直流开关稳压电源。

直流开关稳压器中所使用的大功率开关器件价格较贵,其控制电路亦比较复杂,另外,开关稳压器的负载一般都是用大量的集成化程度很高的器件安装的电子系统。

晶体管和集成器件耐受电、热冲击的能力较差。

因而开关稳压器的保护应该兼顾稳压器本身和负载的安全。

保护电路的种类很多,这里介绍极性保护、程序保护、过电流保护、过电压保护、欠电压保护以及过热保护等电路。

通常选用几种保护方式加以组合,构成完善的保护系统。

直流高压稳压电源的长期稳定性主要受温度的影响，文中分析了直流高压稳压电源的构成原理，建立了温度稳定性的数学模型，给出了精确和可行的定量计算方法，并应用到具体的实例中加以验证，说明了该模型的应用价值，对直流高压稳压电源的设计具有理论指导作用。

一、设计的目的

（1）学习基本理论在实践中综合运用的初步体验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。

（2）学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。

（3）培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。

（4）设计并制作一个开关稳压电源。

（5）设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。

（6）自拟试验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量，交指导教师审核。

（7）批准后，进行组装、调试，并测试其主要性能参数。

二、设计任务与要求

（1）设计任务

利用7805、7905设计一个输出±

（5～9）V、1A的直流稳压电源。

（2）设计基本要求

1、画出系统电路图，并画出变压器输出、滤波电路输出及稳压输出的电压波形；

画出变压器副边电流的波形。

2、输入工频220V交流电的情况下，确定变压器变比。

3、在满载情况下选择滤波电容的大小（取5倍工频半周期）。

4、求滤波电路的最大输出电压。

5、求电路中固定电阻阻值和可调电阻的调节范围。

（3）设计报告要求

1、画出完整的电路图。

2、画出整流、滤波、稳压各环节的电压波形。

3、选择各环节所用器件的参数。

三、方案设计与论证

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部分组成，如图1所示。

+电源+整流+滤波+稳压+

u1u2u3uIU0

_变压器_电路_电路_电路_

（a）稳压电源的组成框图

u1u2u3uIU0

0t0t0t0t0t

方案设计：

单相桥式整流电路：

使用的整流器件较全波整流时多一倍，整流电压脉动与全波整流相同，每个器件所承受的反向电压为电源电压峰值，变压器利用率较全波整流电路高。

3.1单元电路设计与参数计算

整流电路采用桥式整流电路，电路如图2所示。

在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；

u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。

正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。

电路的输出波形如图3所示。

图2整流电路

在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即。

电路中的每只二极管承受的最大反向电压为

（U2是变压器副边电压有效值）。

在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。

选择电容滤波电路后，直流输出电压：

Uo1=（1.1～1.2）U2，直流输出电流：

（I2是变压器副边电流的有效值。

），稳压电路可选集成三端稳压器电路。

总体原理电路见图4。

图4稳压电路原理图

图四选择集成三端稳压器

四、设计原理及功能说明

4.1①电网供电电压交流220V（有效值）50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。

②降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。

③脉动大的直流电压须经过滤波、稳压电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成分滤掉，保留其直流成分。

④滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。

原理图设计是整个Protel99se工程的开始,是PCB文档设计乃至最后制版的基础。

一般设计程序是:

首先根据实际电路的复杂程度确定图纸的大小,即建立工作平面；

然后从元器件库中取出所需元件放到工作面上,并给它们编号、对其封装进行定义和设定；

最后利用Protel99se提供的工具指令进行布线,将工作平面上的元器件用具有电气意义的导线、符号连接起来,对整个电路进行信号完整性分析,确保整个电路无误。

4.2电路板的规划

电路板规划的主要目的是确定其工作层结构,包括信号层、内部电源/接地层、机械层等。

通过执行菜单命令Design\BoardLayers，在打开的对话框中可以控制各层的显示与否，以及层的颜色等属性设置。

如果不是利用PCB向导来创建一个电路板文件的话,就要自己定义PCB的形状和尺寸。

绘制时需单击工作窗口底部的层标签，再由Place\Keepout命令来单独定义。

该操作步骤实际上就是在KeepOutLayer（禁止布线层）上用走线绘制出一个封闭的多边形，而所绘多边形的大小一般都可以看作是实际印制电路板的大小。

4.3元器件的选择

对元器件的选择要严格遵循设计要求，在进行PCB设计之前，首先要准备好原理图SCH的元件库和PCB的元件库。

元件库可以用peotel99se自带的库，当很难找到合适的，可以自己根据所选器件的标准尺寸资料自己做元件库。

原则上先做PCB的元件库，再做SCH的元件库。

PCB的元件库要求较高，它直接影响板子的安装；

SCH的元件库要求相对比较松，只要注意定义好管脚属性和与PCB元件的对应关系就行。

五、单元电路设计与原理说明

（1）、电源变压器

电源变压器是将交流电网220V的电压变成所需要的电压值，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

整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图3.4所示。

在U2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；

U2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。

电路的输出波形如图3.5所示

在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半。

电路中的每只二极管承受的最大反向电压约为反向击穿电压的一半或三分之二（U2是变压器副边电压有效值）。

（3）滤波电路

滤波电路选用一个2200μF的大容量电解电容C1和一个0.1μF的小电容量涤纶CL11型电容C2并联滤波，如图3.6所示。

理论上，在同一频率下容量大的电容其容抗小，这样一大一小电容相并联后其容量小的电容C2不起作用。

但是，由于大容量的电容器存在感抗特性，等效为一个电容与一个电感串联。

在高频情况下的阻抗反而大于低频时的阻抗，小电容的容量小，在制造时可以克服电感性，几乎不存在电感。

在大电容C1上并联一个小电容C2可以补偿其在高频下的不足。

当电路的工作频率比较低时，小电容不工作（容抗大相当于开路）。

大电容的容量越大滤波效果越好。

当电路的工作频率比较高时（输入信号的高频干扰成分），大电容由于感抗大而处于开路状态。

这时高频干扰成分通过小电容流到底线，滤除各种高频干扰成分。

电路的输出波形如3.7图所示

滤波电容电路的分析示意图

（4）稳压电路

1、稳压电路选用三端集成直流稳压器，其电路连接方式一般如图3.8所示。

三端集成直流稳压器

性能上，常用的集成稳压器由三端固定式、三端可调式和开关式。

以三端固定式为例，其正输出为7800（后两位代表输出的额定稳压值，00是统称）系列，负输出为7900系列，常见的有05、06、08、09、12、15、18、24八种。

一般要求最小的输入、输出电压差（U1—U0）为2V~3V；

输出稳压的容差约为5%；

最大输出电流10max有0.1A（LM7812），0.3A（如78M12）和1.5A（如7812）等多种，部分器件的最大输出电流可达2.2A；

其最大电压UImax一般是7818档以下为35V，7824档为40V；

电压调整率SU一般为0.01%/V；

输出电阻R０小于0.1Ω；

纹波抑制比SR一般为50dB；

温度系数ST一般为每度ImV~2.4mV。

图2.7中，引脚1为电压变换的输入端，引脚2为电压变换后的输出端，引脚3为接地端。

电容Ci作用是改善纹波和抑制输入的过电压，一般取值为0.1μF。

C0作用是改善负载的顺态影响，一般可选取0.1μF的电容，当采用大电容量的电解电容时效果更好。

稳压电源的输入输出端要跨接一个二极管，以防止集成稳压器输出调整管损坏。

2、稳压电路的设计

本设计是把几个供电模块集成到一个供电电源上，能够同时提供固定输出+5V（最大输出电流0.3A）和固定输出

12V（最大输出电流0.1A）的直流电数出。

（1）输出+5V：

核心器件选用LM7805三端集成稳压器，其输出电压为+5V，额定电流0.1A。

当变压器变压后输出6.3V交流电，经整流桥，整流后输出约6V电压，滤波后有LM7805三端集成稳压电源处理，输出+5V电压，电流最大输出为0.3A。

（2）输出

12V：

核心器件选用稳压器LM7812和LM7912，组合应用这两个稳压器件与一个硅整流桥相接，按图2.8号电路就能输出

12V的电压。

组合用LM7812和LM7912时，公共输出接地端用的是变压器输出端口的

12V并分别接入LM7812的接地引脚（GND）和LM7912的电压输入引脚（Vin）；

硅整流桥的正、负输出端口则分别接入LM7812的电压输入端（Vin）和LM7912的接地端；

滤波电容用了两个100μF首尾相接，连接处接公共输出接地端。

图3.9稳压电路

六、硬件的制作与调试

（1）、测试要求

1、测试并记录电路中各环节的输出波形。

2、测试稳压电源输出电压的调整范围及最大输出电流。

固定输出+5V时最大输出电流0.3A和固定输出

12V时最大输出电流0.1A

3、测量输