半导体直流稳压电源.docx

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半导体直流稳压电源

课程设计说明书

课题名称：

半导体直流稳压电源的设计和测试

专业名称：

电子信息工程

学生姓名：

学生学号：

09401140139

学生班级：

电子0901

指导教师：

模拟电子技术课程设计任务书

系：

电气与信息工程系年级：

电子0901专业：

电子信息工程

指导教师姓名

学生姓名

课题名称

半导体直流稳压电源的设计和测试

内

容

及

任

务

一、设计任务和要求

学生通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在《模拟电子技术》中所学的理论知识和实验技能，掌握常用模拟电路的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础

二、设计内容

制作一个半导体直流稳压电源，要求直接接在220V交流电压最后输出±12V（或±9V/±5V）电源，并且要求Iomax=500mA，纹波电压△VOP-P≤5mV，稳压系数Sr≤5%。

三、技术指标

要求电源输出电压为±12V（或±9V/±5V），输入电压为交流220V，最大输出电流为Iomax=500mA，纹波电压△VOP-P≤5mV，稳压系数Sr≤5%。

进

度

安

排

起止日期

设计内容

5.21——5.26

确定设计方案以及设计原理图，用protel画出原理图

5.27——5.31

为实物画封装库，导入PCB图及正确接线

6.01——6.05

PCB的腐蚀，打孔以及实物板的焊接

6．06——6.07

稳压电源性能指标的测试

6.08——6.10

撰写课程设计说明书

主要参考资料

康华光.电子技术基础（模拟部分）.第四版

答辩成绩

指导教师评阅意见

第1章绪论5

1.2直流电源的作用5

3.2.2整流电路11

第4章电路的调试与检测15

4.3调试注意事项18

第5章结论18

第6章心得体会19

实物图21

附录A元件清单22

第1章绪论

1.1直流稳压电源的发展

1955年美国的科学家罗那（G.H.Royer）首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器。

此后，利用这一技术的各种形式不断地被研制和涌现出来，从而取代了早期采用的寿命短、可靠性差、转换效率低的旋转和机械振子示换流设备。

由于晶体管直流变换器中的功率晶体管工作在开关状态，所以由此而制成的稳压电源输出的组数多、极性可变、效率高、体积小、重量轻，因而当时被广泛地应用于航天及军事电子设备。

由于那时的微电子设备及技术十分落后，不能制作出耐压高、开关速度较高、功率较大的晶体管，所以这个时期的直流变换器只能采用低电压输入，并且转换的速度也不能太高。

60年代，由于微电子技术的快速发展，高反压的晶体管出现了，从此直流变换器就可以直接由市电经整流、滤波后输入，不再需要工频变压器降压了，从而极大地扩大了它的应用范围，并在此基础上诞生了无工频降压变压器的开关电源。

省掉了工频变压器，又使开关稳压电源的体积和重量大为减小，开关稳压电源才真正做到了效率高、体积小、重量轻。

70年代以后，与这种技术有关的高频，高反压的功率晶体管、高频电容、开关二极管、开关变压器的铁芯等元件也不断地研制和生产出来，使无工频变压器开关稳压电源得到了飞速的发展，并且被广泛地应用于电子计算机、通信、航天、彩色电视机等领域，从而使无工频变压器开关稳压电源成为各种电源的佼佼者。

1.2直流电源的作用：

九洲电气PowerLeaderTM系列高频开关直流电源系统适用于大型发电厂、水电厂、超高压变电站、无人值守变电站作为控制、信号、保护、自动重合闸操作、事故照明、直流油泵、，各种直流操作机构的分合闸，二次回路的仪表，自动化装置的控制交流不停电电源等用电装置的直流供电电源。

PowerLeaderTM系列高频开关直流电源的单线原理：

GZD（W）型高频开关直流电源由充电屏、馈线屏、蓄电池及直流电压变换器四zz个单元组成。

充电机屏由若干电源模块和微机监控系统组成，单柜（屏）最大配置160A，若需要更大的输出电流可实现多机柜（屏）并联。

馈线屏配有微机绝缘在线监察装置，当某一馈出支路发生接地事故时可显示出某地支路编号及接地电阻。

电池屏内可选配微机蓄电池巡检装置，随时对蓄电池状态进行监控。

直流电压变送器可采用高频直流变送器，当合闸母线在180-300V电压变动时控制线母线的输出电压都能牢牢地稳定在220V。

高频开关直流电源模块的基本原理：

PowerLeaderTM系列高频开关直流电源采用了全桥移相式脉宽调制软开关控制技术，使得模块效率进一步提高，谐波减小。

高频开关直流电源模块采用三相三线380VAC平衡输入，无相序要求，无中线电流损耗，在交流输入端，采用先进的尖峰抑制器件及EMI滤波电路。

高频开关直流电源由全桥整流电路将三相交流电整流为直流，经无源功率因数校正（PFC）后，再由DC/DC高频变换电路把所得的直流电逆变成稳定可控的直流电输出。

高频开关直流电源脉宽调制电路（PWM）及软开关谐振回路根据电网和负载的变化，自动调节高频开关的脉冲宽度和移相角，使输出电压电流在任何允许的情况下都能保持稳定。

JZ-22010D系列电力高频开关电源既可单机工作完成各种基本功能，又可并联组合工作，并具有良好的并机均流效果。

高频开关直流电源通过与微机连接，可实现"遥测、遥信、遥控、遥调"四遥功能。

高频开关直流电源具备完善的保护功能，保证模块或模块组独立运行和微机监控下系统的安全、稳定。

高频开关直流电源模块采用总线采样主、从均流控制方式。

在并机运行时，高频开关直流电源模块组中能自动选出一台主模块，将分流器采集到的电流、电压等外部参数进行处理，集中控制每一台模块的输出电压、电流。

从而，即使在小电流时，也能得到较好的均流效果。

1.3直流电源对大学生的意义

作为大学生的我们，在很多制作过程之中很多东西都需要用一些特定的直流稳压电源作为驱动装置。

因此，直流稳压电源对我们而言都是一个非常常见而且必需的器件，以故自己便选择制作直流稳压电源装置。

而且，在我们刚接触的课程设计之中，电源的制作相对简单些，也为我们以后制作实物做个铺垫。

同时，也为我们今后制作培养兴趣，不至于很讨厌甚至于害怕。

1.4设计思路

直流稳压电源又称直流稳压器。

它的供电电压大都是交流电压，当交流供电电压的电压或输出负载电阻变化时，稳压器的直接输出电压都能保持稳定。

稳压器的参数有电压稳定度、纹波系数和响应速度等。

前者表示输入电压的变化对输出电压的影响。

纹波系数表示在额定工作情况下，输出电压中交流分量的大小；后者表示输入电压或负载急剧变化时，电压回到正常值所需时间。

直流稳压电源课程设计综合了模拟电路中的许多理论知识，它使理论知识得到了更好的巩固，并使理论知识与实际问题相联系。

其中主要用到的基础知识有桥式整流电路的工作原理和应用，半导体二极管的应用，滤波电容的分析方法和应用，集成稳压器的性能与作用等。

在设计的过程中还涉及到了应用Protel99制作原理图和PCB板的一些基础知识。

对于综合运用所学过的知识有一定的帮助。

本课程设计的编写是以实验研究为主线，以科学实验研究所运用的实验技术为主要内容，按照实验是什么，为什么，干什么，怎么干的逻辑思维体系和实验的构成要素（主体，手段，对象和目的）为教材内容展开。

在加强学生基础理论学习的同时，还要加强实验技术的训练。

实践动手能力和课堂理论知识是相辅相成的。

将理论知识、课题内容的作业、讨论与技能训练相结合，融为一体，使能力培养贯穿于整个教学过程。

通过本课题的设计，培养学生掌握电子技术的科学实验规律，实验技术，测量技术等实验研究方法，使其具有独立实验研究的能力，以便在未来的工作中开拓创新。

第2章设计目的及其设计要求与技术指标

2.1设计目的

1）学习直流稳压电源的设计方法；

2）研究直流稳压电源的设计方案；

3）掌握直流稳压电源的稳压系数和内阻测试方法；

2.2设计要求和技术指标

1）技术指标：

要求电源输出电压为±12V（或±9V/±5V），输入电压为交流220V，最大输出电流为Iomax=500mA，纹波电压△VOP-P≤5mV，稳压系数Sr≤5%。

2）设计基本要求：

（1）设计一个能输出±12V/±9V/±5V的直流稳压电源；

（2）拟定设计步骤和测试方案；

（3）根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数；

（4）要求绘出原理图，并用Protel画出印制板图；

（5）在万能板或面包板或PCB板上制作一台直流稳压电源；

（6）测量直流稳压电源的内阻；

（7）测量直流稳压电源的稳压系数、纹波电压；

（8）撰写设计报告。

第3章方案选定

3．1电源原理构成

直流稳压电源主要由变压器,滤波电路,稳压电路组成，其原理图如下图3—1所示：

电源

变压器

整流

电路

滤波

电路

稳压电路

图3—1电源的原理过程图

根据电源的构造，可以将电源分为三类：

简单并联型稳压电源、输出可调开

电源、输出可调开关电源。

有如下方案：

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。

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。

方案三：

由固定式三端稳压器（78**、79**）组成

固定式三端稳压器（78**、79**）输出脚V0、输入脚Vi和接地脚GND组成，它的稳压值分别为+12V、+9V、5V和-12V、-9V、-5V，它属于CW78**和CW79**系列的稳压器。

下图为CW79**系列芯片三端稳压器，图中芯片的输入端上加上负输入电压UI，芯片的公共接地端，在输出端得到标称的负输出电压Uo，电容Ci用来抑制输入电压Ui中的波纹和防止芯片的自激振荡，Co用于抑制输出噪音。

VD为大电流保护二极管，防止在输入端偶然短路到地，输出端大电容上存储的电压反极性加到输出，输入端之间而损坏芯片。

图3-279系列三端稳压器基本应用电路

根据课程设计要求及元件的便捷性及精确性，本次课程设计采用方案三。

由图3—1电源源理图我们可以知道，电路设计可分为四个部分：

（1）变压器:

一般的电子设备所需的直流电压与交流电网提供的220V电压相差较大,为了得到输出电压的额定范围,就需要将电网转换到合适的数值。

此次课程设计本人选择了原副线圈比为18：

1的变压器，使得输出电压约为12V。

所以,变压器的主要作用是将电网电压转为所需的交流电压,同时还可以起到直流电源与电网的隔离作用，有效地避免了因为直接接触高电压而造成的伤害。

（2）整流电路:

利用单向导电器件二极管将交流电压转换成脉动的直流电压，本次设计采用整流桥2CW10，整流桥将交流电转换为比较稳定的直流电压，达到一个初步将交流电转换为直流电的效果。

（3）滤波电路:

利用储能元件电容把脉动直流电转换成比较平坦的直流电。

此次设计总共用了2200uf、470uf、0.1uf电容分别为2个、6个、8个，以此获得相对平坦的直流电。

（4）稳压电路:

尽管经过整流滤波后的电压接近于直流电压,但其电压的稳定性很差,它受温度,负载,电网电压波动等因素的影响很大,因此,还必须有稳压电路以维持输出直流电压的基本稳定。

本次课程设计采用78系列和79系列的稳压片来达到比较好的稳压效果。

3．2单元电路分析及参数的确定

3.2.1电源变压