直流稳压电源的设计方法Word文档下载推荐.docx
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0
及最大值时的
ΔVo，ro=ΔVO/ΔIL。
纹波电压测量：
叠加在输出电压上的交流分量，一般为
mV
级。
可将其放大
后，用示波器观测其峰－峰值△VOP-P；
用可用交流毫伏表测量其有效值V
，
由
于纹波电压不是正弦波，所以用有效值衡量存在一定误差。
2、实验仪器设备
自耦变压器一台、数字万用表、交流毫伏表、面包板或万能板、智能电工
实验台、示波器
3、设计用主要器件
变压器、整流二极管、集成稳压器（7812/7912/7809/7909/7805/7905）、
电容、电阻若干
3、参考书
《电工学》电子工业出版社；
《晶体管直流稳压电源》辽宁科技出版社；
《电子线路设计·
实验·
测试》华中科技大学出版社
《模拟电子技术基础》高等教育出版社
（四）设计报告要求
1、选定设计方案；
2、拟出设计步骤，画出电路，分析并计算主要元件参数值；
3、列出测试数据表格。
4、调试总结。
（五）设计总结
1、总结直流稳压电源的设计方法和运用到的主要知识点，对设计方案进行
比较。
2、总结直流稳压电源主要参数的测试方法。
设计任务书………………………………………………………2
第一章绪论…………………………………………………
5
第二章系统设计方案论证及分析
……………………………
7
2.1概述……………………………………………………
2.2设计目的………………………………………………
2.3设计任务………………………………………………9
2.4设计要求………………………………………………9
2.5电路原理分析…………………………………………
9
2.6设计方案的选择与论证
………………………………
10
2.7直流稳压电源的参数设计方法………………………11
第三章单元电路的设计……………………………………
14
3.1电源变压器……………………………………………14
3.2整流电路………………………………………………14
3.3滤波电路
………………………………………………
16
3.4稳压电路………………………………………………19
第四章制作与调试
……………………………………………20
4.1安装与检查………………………………………………22
4.2焊接技术………………………………………………22
4.3稳压电源各项性能指标的测试…………………………23
4.4误差分析………………………………………………24
第五章结论和心得
……………………………………………25
第六章谢辞
……………………………………………………27
附录………………………………………………………………27
附录
A主要器材………………………………………………28
B原理图………………………………………………29
参考文献…………………………………………………………30
第一章绪论
电子技术是当今高新技术的
“龙头
”，各先进国
家无不把它放在优先的发展的地位。
电子技术是电
类专业的一门重要的技术基础课，课程
地显著特
点之一是它的实践性。
要想很好的掌握电子技术，
除了掌握基
本器件的原理，电子电路的基本组成
及分析方法外，还要掌握电子器件及基本电路的应
用技术，课程设计就是电子技术教学中的重要环节。
本课程设计就是针对模拟电子
技术
这门课程的要
求所做的，同时也将学到的理论与实践紧密结合。
电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于
各行各业。
当今电源技术融合了电气、电子、系统集
成、控制理论、材料等诸多学科领域。
随着计算机和
通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子
技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更
高的要求。
随着数控电源在电子装置中的普遍使用，
普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精
确度。
电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国
纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产
品精度标准。
只有满足产品标准，才能够进入市场。
随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获
得进出的通行证。
电源可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。
交流电源一般为
220V、50Hz
电源，但许多家用电器设备的内部电路
都要采用直流电源作为供电能源，如收音机、电视机、
带微处理器控制的家电设备等都离不开这种电源。
直
流电源又分为两类：
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，本文不做具体介绍；
另一类是将交流电变
换成所需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。
现在所使用的大多数电子设备
中，几乎都必须用到直流稳压电源来使其正常工作，
而最常用的是能将交流电网电压转换为稳定直流电压
的直流电源，可见直流稳压电源在电子设备中起着主
要作用，为设备能够稳定工作提供保证。
电子设备中都需要稳定的直流电源，功率较小的
直流电源大多数都是将
50HZ
的交流电经过电源变压
器，整流，滤波和稳压这四个基本部分后获得。
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；
稳压电路的作用是将当输
入交流电源电压的波动、负载和温度的变化时，维持
输出直流电压的稳定。
由于集成稳压器具有体积小、重量轻、使用方便
和工作可靠等优点，应用越来越广泛。
国产的稳压器
种类很多，主要分为两大类。
稳压器中的调整元件工
作在线性放大状态的称为线性稳压器，调整元件工作
在开关状态的称为开关稳压器。
在电子仪器仪表中，
经常要求有稳定的直流电源，所以在整流滤波后面，
通常需要接直流稳压电路。
本设计是设计的
直流稳压电源，是一种将
交流电转换为稳压输出的直流电源装置，
主要是采用一些简单的电子元件即可，它是有电源变
压器，整流电路，滤波电路和稳压电路四个部分组成。
通过本次设计能使我们
对电子工艺的理论有了
更进一步的系统了解。
我们了解到了设计小电子产品
的一些常规方法，以及培养了我们团队合作的能力，
在讨论设计方案，计算元件参数，购买元件，制作电
路板，安装调试方面都体会到了团队的力量。
本次课程设计的课题是直流稳压电源的设计和
调试，本课程设计将就直流稳压电源电路的工作原
理、参数计算、元件选取、电路调试等做详细的介
绍和说明。
第
2
章系统设计方案论证及分析
2.1
概
述
经电源变压器降为约+24V
的交流电，先经过
D1
整流桥和电容
C1
进行和
C2
整流后分别经过稳压
芯片
U1、U2
分别得到+12V
和-12V
的一个相对稳定的
直流电压。
为提高输出电压的稳定系数，对电子滤波器的性
能进行了改善，电源调整管采用复合管的形式。
分别
在整流滤波和稳压后加电容
C3、C4、C5、C6
实现频
率补偿,防止高频自激振荡和抑制高频干扰。
为了减
小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰分别加
电容
C7、C8。
当输入端时，为保护稳压芯片加
D3、D4。
并且还在输出端加了
D1,D2
两个发光二极管，
来检测电路是否正常工作，为了防止由于电流过大，
讲发光二极管击穿，特用了两个电阻来进行保护。
经
过一系列的改善如：
减小输出电压纹波系数，达到优
良的滤波效果等，是最终电路达到了设计要求。
2.2
设计目的
1、
学习小功率直流稳压电源的设计与调试方法。
2、
掌握小功率直流稳压电源有关参数的测试方法。
3、通过集成直流稳压电源的设计、安装和调试，
要求学会：
（1）选择变压器、整流二极管、滤波电容及集
成稳压器来设计直流稳
压电源；
（2）掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标
的测试方法。
（3）通过电路的设计可以加深对该课程知识的理
解以及对知识的综合运用。
2.3
设计任务
设计一波形直流稳压电源，满足：
（1）当输入电压在
220V±
10%时，输出
直流
电压
为
±
12V，输出
电流
d
的最
大
为
500mA；
（2）输出纹波电压小于
5mV，稳压系数小于
5%，
输出内阻小于
0.1
欧。
2.4
设计要求
直流稳压电源的基本要求：
（1）合理的选择
电源变压器；
（2）合理选择集成稳压器；
（3）完成全电路理论设计、计算机辅助分析与仿真、
安装调试、绘制电路图；
（4）撰写设计使用说明书。
（5）稳压电源
在输入电压为
220Ｖ，
50HZ.
电压
变化范围为
+10%~-10%条件下：
a.
输出直流电压为
+12/-12；
b.
最大输出电流为
:
Iomax＝
c.
纹波电压
（峰
-峰值
）
≤5mV（最低输入电压下，
满载
）；
d.
具有过流保护及短路保护功能；
e.
画出总体设计框图，以说明直流稳压电源有
哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间
的联系、变化，并以文字对原理作辅助说明。
设计
各个功能模块的电路图，加上原理说明。
选择合适
的元器件，接线验证、调试各个功能模块的电路，
在接线验证时设计、选择合适的输入信号和输出方
式，在充分电路正确性同时，输入信号和输出方式
要便于电路的测试和故障排除。
在验证各个功能模
块基础上，对整个电路
的元器件和布线，进行合理布局，进行直流稳压电
源整个电路的调试。
2.6
设计方案的选择与论证
小功率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
所示。
（
a）
u1u2u3
uI
b）整流与稳压过程
图
稳压电源的组成框图及整流与稳压过程
方案一：
简单的并联型稳压电源
并联型稳压电源的调整元件与负载并联，因而具有极低的输出电阻，
动态特性好，电路简单，并具有自动保护功能；
负载短路时调整管截止，
可靠性高，但效率低，尤其是在小电流时调整管需承受很大的电流，损耗
过大，因此在本实验中不适合此方案。
方案二：
输出可调的开关电源；
开关电源的功能元件工作在开关状态，因而效率高，输出功率大；
且
容易实现短路保护与过流保护，但是电路比较复杂，设计繁琐，在低输出
电压时开关频率低，纹波大，稳定度极差，因此在本实验中不适合此方案。
方案三：
由固定式三端稳压器（7812）组成
由固定式三端稳压器（
7812）输出脚
V0、
输入脚
Vi
和接地脚
GND
组成，它的稳压值为
+12V，它属于
CW78**系列的稳压器，输入端接电容
可以进一步滤波，输出端接电容可以改善负载的瞬间影响，此电路比较稳
定。
根据实验设计要求，本实验采用方案三。
电路原理分析
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，
基本框图如图
各部分的作用：
2.2
1）电源变压器
T
的作用是将电网
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。
2）整流滤波电路：
整流电路将交流电压U1
变换成脉动的直流电压。
再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U0。
常
用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等，如图2.3
2.3
整流桥将交流电压
U2
变成脉动的直流电压，再经滤波电容
C
滤波纹波，输出直
流电压
U0。
U0
与交流电压
的有效值
u2
的关系为
U0=（1.1-1.2）u2
每只整流二极管承受的最大的方向电压
Vrm=
U2
通过每只二极管的平均电流
I=0.5Ir=0.45U2/R
式中,R为整流电路的负载电阻.它为电容
提供放电回路,RC
放电时间常数应
满足
RLC≥（3-5）T/2
式中,T
交流电压的周期,即
20ms.
3）电压输出稳压器
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
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。
2.7
直流稳压电源的参数设计方法
稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压Uo、输出电流
Io、
输出纹波电压
ΔUop-p
等性能指标要求，正确地确定出变压器、集成稳压
器、整流桥和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择这些器
件。
直流稳压电源的参数设计可以分为以下三个步骤：
根据稳压电源的输出电压Uo、最大输出电流
Iomax，确定稳压器的
型号及电路形式。
根据稳压器的输入电压
U
I
，确定电源变压器副边电压u2
的有效值
U2；
根据稳压电源的最大输出电流I0max，确定流过电源变压器副边的电
I2
和电源变压器副边的功率P2；
根据
P2，从表
1
查出变压器的效率
η，从而确定电源变压器原边的功率P1。
然后根据所确定的参数，选择
电源变压器。
确定整流桥的正向平均电流ID、整流桥的最大反向电压
RM
和滤波
电容的电容值和耐压值。
根据所确定的参数，选择整流桥和滤波电容。
设计参数如下：
⑴
选择三端集成稳压器，确定电路形式
集成稳压器选用
L7812cv（1.5A,12V）及
PJ7912（1.5A,-12V），其输出电压
范围为：
Uo=12V
-12V。
所确定的稳压电源电路如图2.4
副边功率
P2
<
10VA
10
~
30VA
30
80VA
80
200VA
效率
η
0.6
0.7
0.8
0.85
2.4
⑵选择电源变压器
电源变压器有很多种：
有降压的、有升压的，在这次的设计中我用的
是降压变压器，它的作用是将来自电网的220V
交流电压
u1
变
为整流电路所需要的交流电压u2。
=
P
，其中：
P2
是变压器副边的功
率，
是变压器原边的功率。
一般小型变压器的效率如表1
所示：
的取值决定了相关器件及参数的选择，一般情况下，U1
应比
高
3V
左右（太小影响稳压，太大稳压器功耗大，易受热损坏）。
故可取
U1=12+3=15V，考虑电网电压
10%的波动，最终取
U1=16.7V,
由
UL=（1.1-1.2）V2,变压器次有效值
u2=U1/1.1=15.2V，但因本设计输
出电压为
12V，故变压器输出电压U2=18V，即变比为
0.7，但在实际过
程中，由于商家没有，选购了输出为24V
的。
⑶选用整流桥和滤波电容
整流桥：
整流输出电压平值
Uο
2
sin（ωt）d
（ωt）
π
=
0.9U
=21.6V
二极管平均电流
ID
1
IO
UO
2RL
0.45
RL
=0.327A
二极管最大反向压
URM
2U
=33.94V
故整流桥选用
2W06W（1A,50V）
保护二极管选
IN4001（1A,50V）
滤波电容：
RLC≥（3-5）T/2,则
C1=5T/2RL,
式中
为交流电源周期，
T=20ms，RL
右边的等效电阻，应去最小值，由于Imax=500mA,因此RL
=U1/Imax=33,所以
C1=C2=1515μf,可见
的容量较大，应选电解电容，
受规格限制，电容的耐压要
≥25V,故滤波电容
取容量为
2200uF，耐
压为
25V
的电解电容。
发光二极管的保护电阻选用470
Ω
.
3
章
单元电路设计
3.1
电源变压器
过
整流电路将交流变为脉动的直流电压。
由于此脉动的直流压含有较
的纹波，必须通过滤波电路加以滤波，从而得到平滑的直流电压。
电源变
压器的作用是将交流220V
的电压变为所需的电压值，然后通过
的电压
还随电网电压波动、负载何温度的变化而变化。
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、负载何温度变
化时，维持输出直流电压稳定。
3.2
整流电路
利用二极管的单向导电性，将交流电压（电流）变成单向脉动电压（电流）
的电路，称为整流电路。
交流电分为三相交流电和单相交流电，在小功率电路
中一般采用单相半波、全波、桥式整流电路和倍压整流电路。
本节主要研究单
相桥式整流电路，对于倍压整流电路及全波整流电路，可通过相应参考书来了
解。
为简化分析，假定二极管是理想器件，即当二极管承受正向电压时，将其
作为短路处理；
当承受反向电压时，将其作为开路处理。
单相桥式整流电路
为了保留全波整流电路效率高、脉动系数小的优点而克服其反向电压高的
缺点，若使二极管承受的反向电压和半波电路一样，比全波整流电路减少一半，
使二极管成本下降，可在此基础上多用几只二极管，如图
所示电路就基本
解决了上述问题。
3.1单相桥式整流电路
1）电路组成及工作原理
桥式整流电路由四只二极管组成的一个电桥，电桥的两组相对节点分别接
变压器二次绕组和负载。
这种电路有三种画法，如图所示。
在工作时，D1、D2
与
D3、D4
两两轮流导通。
在
正半周，二极管
D2
正向导通，而
D3、D4
反向截止，形成负载电流
i0，i0
流通路径为：
a→D1→RL→D2→b→a，u0=u2；
的负半周，二极管
D3
D4
D1、D2
反向截止，形成负载电
b→D3→RL→D4→a→b，u0=－u2。
由此可见，不论
哪两只二极管导通，负载电流的方向都始终保持不变。
电路各处电压、电流波
形如图
2）输出电流电压
U0
由桥式整流电路的波形可知，其输出电压及流过二极管的电流与全波整流
的波形相同：
U0=0.9U2
3）整流二极管的选择
由桥式整流电路的波形可知，每只二极管截止时所承受的反向电压为变压
器副边电压峰值，因此，各二极管所承受的最大反向电压为
URM=
虽然是全波整流，由于二极管仍然是只有半个周期导通。
此值与半波整流
电路相同，负载上的电流是这个数值的
倍。
ID=I0/2
3.2单相桥式整流电路的波形图
3.3
滤波电路
经过整流后，输出电压在正负方向上没有变化，但输出电压波形仍然
保持正弦波的形状，起伏很大。
为了能够得到平滑的直流电压波形，需要有滤
波的措施。
在直流电源上多是利用电抗元件对交流信号的电抗性质，将电容器
或电感器与负载电阻恰当连接而构成滤波电路。
电容有通高频、阻低频的作用，
将其直接并在整流电路后面，可以让高频电流通过电容流回电源，从而减少了
流入负载的高频电流，降低了负载电压的高频成分，减小了脉动。
下面讨论电容滤波电路的工作原理，为讨论问题的方便，我们以半波整流
电容滤波电路为例进行分析，电路如图
单向半波整流电容滤波电路及其波形图
（1）工作原理
设
波形如图
3.3（b）所示，未接电容时，输出电压如图
3.3（b）中的
虚线所示。
正半周，设
由零上升，二极管
D
导通，u0=u2，此时电源对
电容充电，由于充电时间常数很小，电容充电很快，所以电容上升的速度完全
跟得上电源电压的上升速度，uC=u2。
当
上升到峰值时，电容充电达到
1.4U2，二极管
截止，随后
下降，电容
向负载
RL
放电，放电时间常数为
RLC，其值较大，所以电容电压下降的速度比
下降到速度慢得多，此时负载
电压靠电容
的放电电流来维持，u0=uC。
当电容放电到
b
点时，uC＜u2，二极
管
又导通，电容又被充电。
充电至
1.4U2
后，又放电。
如此重复进行，就得
到输出电压的波形如图
3.3（b）中实线所示。
由图可见，经电容滤波后，负载
电压变得平稳，且平均值提高了。
桥式整流电容滤波电路的原理与半波时相同，
其电路和波形如图
3.4
3.4单相桥式整流电容滤波电路及其波形图
（2）输出直流电压
在有滤波电容的整流电路中，要对其输出直流电压进行准确的计算是很困
难的，工程上一般按下列经验公式进行估算。
当电容的容量足够大，满足
RLC≥（3－5）T/2（T
为电网电压的周期）时，
对于半波整流电容滤波：
U0≈
对于全波或桥式整流电容滤波：
U0＝1.2
（3）滤波电容的选择
为了得到比较好的滤波效果，在实际工作中常根据下式选择滤波电容的容
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