小功率可调输出稳压电源课程设计.docx

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小功率可调输出稳压电源课程设计

第一章小功率可调输出稳压电源描述

直流稳压电源，一般是将～220V、50Hz的交流电网电压，经电源变压器降压，再经整流、滤波和稳压后，获得平稳的直流电压输出。

1.1小功率可调输出稳压电源的原理

在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流稳压电源供电，小功率的稳压电源是由电源变压器，整流电路，滤波电路和稳压电路等四部分组成。

在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流稳压电源供电，小功率的稳压电源是由电源变压器，整流电路，滤波电路和稳压电路等四部分组成。

功率较小的直流电源大多数都是将50Hz的交流电经过整流、滤波和稳压后获得。

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；稳压电路的作用是当输入交流电源电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。

图1直流稳压电源方框图

1.2整流滤波电路的确定

整流电路，有单相半波整流、单相全波整流和单相桥式整流电路。

滤波电路有电容滤波、RC滤波等。

作为直流稳压电源使用的整流滤波电路，一般采用单相桥式整流、电容滤波电路．且整流器件多采用硅桥。

大多数滤波器都采用大容量的电解电容器和小容量的有机薄膜电容器并联，来构成低，高频滤波电路。

1.3稳压电路

在直流稳压电路的各种形式中，属于使用分立元件组成的，有串联型稳压电路、并联型稳压电路、开关型稳压电路和硅稳压管稳压电路等。

在这些稳压电路中，除硅稳压管稳压电路因电路简单，又有一定稳压效果，在某些要求不高的电子设备中尚有应用外，其他各种分立元件的稳压电路已很少有人去设计它们了。

属于使用集成稳压器组成的稳压电源有用三端固定式集成稳压器、三端可调式集成稳压器和集成开关电源控制器组成的稳压电源。

由于用集成稳压器组成的稳压电源电路简单、性能好、成本低、故障少因此一般在设计直流稳压电源时，多采用集成稳压器去完成。

第二章方案设计

2.1设计任务和要求

1．输出电压

（1）Uo＝+5V，

（2）Uo＝0—15V，连续可调。

以上两组直流电源不同时使用。

2．输出电流

Io＝0—500mA。

3．电压调整率

Su（U。

）<8mV。

4.电流调整率

Si（Uo）<50mV

5．电路保护

要求电路具有过电流、过电压和过热保护功能

2.2电路总体构思

根据设计任务和要求，其电压调整率和电流调整率的指标均较高，尤其是要求电路具有过电流、过电压和过热的保护功能。

若用分立元件的方案，能满足以上要求的电路一定较复杂；否则，难以满足要求。

所以，实际上已排除了使用分立元件的可能性。

使用集成稳压器：

据Uo＝+5V，可选用三端固定输出集成稳压器CW7805；又据Uo＝0～15V，但它不与固定+5V电源同时输出（即使用+5V直流电源时，就不用0—15V；同理，若使用0—15V直流电源时，就不用+5V电源）。

因此，可以考虑将上述CW7805通过转换开关，接成既可固定输出，又可转换成可调输出的两用直流稳压电源的设计方案。

其总体方案如图1所示。

。

在图1中：

当转换开关S投向“固定”时，此时稳压电路就是一个输出电压为+5V固定输出的直流稳压电路；当转换开关S投向“可调”时，此时输出电压为

式中Uxx——所用集成稳压器标称输出电压值，此处为Uxx＝+5V；

Uz—硅稳压管辅助稳压电路的稳定电压；

Id——集成稳压器的静态工作电流；

R1,Rp——为适应固定输出改为可调输出而设置的外接取样电阻和电位器。

在式（2—10）中，因Uz＝Uxx，故输出电压可改写成

显然，Uo与Rp成正比，即在Rp＝0时，输出电压Uo＝0V：

随着Rp阻值增大，输出电压Uo亦提高，实现了输出电压从0V起调的可调电压输出。

第三章电路设计

3.1元件选择与电路参数计算

（1）选择集成稳压器。

三端固定输出集成稳压器CW7805，其输出电流有100mA、

500mA，lA，1．5A和3A以上等电流档次之分。

本课题可选用输出电流为1A的塑封三端固定输出集成稳压器CW7805，其电参数典型规范值为：

输入直流电压Ui=10V；

输出直流电压Uo＝5V；

电压调整率Su（Uo）＝2．0mV；

电流调整率Si（Uo）＝8．0mV；·

纹波抑制比Sr=75dB；

输入、输出最小电压差（Ui—Uo）min＝2．0V；

最高输入电压Uimax＝35—40V；

静态工作电流Id＝3.2mA。

图2固定输出和可调输出两用直流稳压电源

（2）确定输入电压Ui。

集成稳压器输入电压Ui选取原则是，在既满足输出电压要求，稳压器又能正常工作的前提下，Ui越低越好，这可以从两种最不利的情况去考虑：

当输出电压最低时，此时加于CW7805输入、输出两端之间的电压最高，但不得超过允许值，即Ui—Uomin<35V。

，

当输出电压最高时，此时加于CW7805输入，输出两端之间的电压最低，但仍要CW7805能正常工作，即（Ui—Uo）min>2．0V。

为此，并结合本课题的具体要求，可选取Ui＝18V。

当Uo＝0V时，Ui－Uo=18—0=18（V），稳压器输入，输出两端之间的电压未超过允许值；当Uo=15V时，Ui－Uo=18—15=3（V），稳压器能正常工作。

（3）确定变压器次级电压有效值U2。

若采用硅桥整流，电容滤波电路，则根据桥式整流电容滤波电路的输出电压公式

U2＝（1.05—1.1）Ui／1.2（2—12）

可得U＝1.05Ui／1.2=1.05x18／1.2=15.75（V）

取U2＝16（V）

在式（2—12）中，（1.05－1.1）是电压系数，即5％~10％系数是考虑到变压器内阻、整流器压降等电压损失而设置的。

（4）选择硅桥。

硅桥的耐压为

硅桥的额定电流为

根据以上两条，可选用500mA／50V的硅桥。

（5）确定摅波电容C1。

桥式整流电容滤波电路求滤波电容的公式为

式中T——交流电网电压的周期，

从滤波电容C1两端来看，其负载电阻为：

所以：

取C1为1000F／25V的铝电解电容器

（6）确定外接取样电阻R1

CW7805接成可调输出使用时，需要外接取样电阻R1和可调电位器Rp。

CW7805静态工作电流典型值为Id＝3.2mA，此电流会随输出电压的变化而稍有变化。

为减小Id对输出电压的影响，一般可使取样电流IR1≥（3—5）Id。

若取IR＝3Id，则

取：

R1=510Q。

（7）可调电位器Rp。

当Rp的下端不接-5V辅助电源而直接接地时，由理论分析可得

由式（2—14）可得

取Rp为lk的可调电位器即可。

（8）C2、C3的选取。

电路中C2、C3是为减小纹波，消除自激振荡而设立的。

在稳压器远离滤波电路、纹波要求小的场合，必须接入C2；在无自激振荡的情况下，亦可不接C3。

因为电路中的分布参数不易计算，C2、C3的值常由实验来确定，一般选取C2：

0.1~0.33uF，C3：

0.1~0.33uF

（9）—5V辅助硅稳压管稳压电路的设计。

为抵消中5V而设置的—5V辅助硅稳压管稳压电路的设计，可参阅有关教材，此处不再赘述。

第四章安装调试

直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。

图3直流稳压电源方框图

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压。

（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。

整流电路常采用二极管单相全波整流电路如图4.1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4.2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，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）。

滤波电路

一般采用电容滤波电路。

电路如图5所示。

输出电压波形反映的是电路稳态的结果。

图5电容滤波电路

从图5波形图中可以看出，要保持一定的输出电压或输出纹波小，其放电时间长数应足够大，应满足关系是

RLC（3～5）T/2=（3～5）/2f式中T和f为电网电压的周期和频率，频率通常为50Hz。

输出电压与输入电压一般可取VO≈1.2V2

稳压电路

集成三端稳压器具有体积小，外围元减少，调整简单，使用方便且性能好，稳定性高，价格便宜等优点，因而获得越来越广泛的应用。

常见的有固定式和可调式两类集成三端稳压器，内部多以串联型稳压电路为主，还有适当的过流、过热等保护电路。

一般固定式较便宜，可调式较贵，性能也好些，功率也相对较大。

在这里我们用可调式三端稳压器

第五章安装调试

5.1元件识别

电解电容的引脚

正负极引脚的判定：

长脚为正极，短脚为负极，在电解电容的表面还印有负

标志。

色环电阻读数

四色环电阻读数：

从左端起向右排列，第1、2色环表示阻值的2位有效数字，第3色环表示应乘的倍数，第4色环表示允许误差。

五色环电阻读数：

第1至3色环表示阻值的3位有效数字，第4色环表示应乘的倍数，第5色环表示允许误差。

二极管

外型：

-++-

↑

有标志的为负极

三端可调稳压器

应用注意事项:

（1）在装入电路前，一定要清楚各端子的作用，避免接错。

（2）稳压器的输入端要尽量靠近滤波电容C4，以免线路受分布参数影响，引起输入端的高频自激。

（3）使用时．对要求加散热装置的，必须加装符合要求尺寸的散热装置。

5.2安装布局图

5.3安装

电路的安装应本着按电路基本走向布局的原则安排元器件，每个单元电路的元件和布线相对集中，电源正极和负极（接地线）要分别在电路板的两侧安排独立走线。

元件之间的引线应该紧贴电路板走直线，需要绕行时应该走直角拐弯，一面无法走通时可以在元件面跳线，跳线同样要走直，紧贴电路板。

引线和跳线无焊接处不允许裸线相交。

焊接时要求动作迅速准确，切忌在一个焊点上反复焊接，这样极易造成焊盘脱落。

5.4.调试

集成稳压电源的调试方法、步骤，一般可分为电路检查和初测、电路性能测试、过载保护功能检查三大步骤去进行。

1）电路检查和初测

电路组装好以后，要检查一遍接线情况，在确定安装接线无误的情况下，就可进行电路通电初测。

初测时，一般先测变压器次级电压U2，再测整流滤波电路输出电压．即稳压器的输入电压Ui，最后测稳压器的输出电压Uo；如果正常，说明设计组装基本成功，可进行下一步性能鉴定的测试。

2）电路主要性能的测试

（1）输出电压值及输出电压范围的测试。

将电压范围转换开关S投向“固定”档，测出输出电压值，应符合要求。

再将电压范围转换开关S投向“可调”档，改变电位器Rp，此时输出电压应满足0—15V的要求（对于方案二，其最低输出电压约为1．2V左右）。

（2）负载能力的测试。

在额定输出电压、最大输出电流的情况下，观察稳压器的发热情况。

（3）测试电压调整率。

固定输出电流（即固定外接负载），在稳压器输出额定电压+5V的情况下／将稳压器的输入电压变化±10％，测出与此时相对应的输出电压的变化量。

在集成稳压器的器件手册中，有的就用此输出电压的变化量来表征电压调整率的大小，表示为Su（U。

）；也可利用电压调整率的定义公式