基于集成稳压器的直流稳压电源设计.docx

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基于集成稳压器的直流稳压电源设计

直流稳压电源的设计

初始条件：

选择的可调式三端稳压器CW317的特性参数为Uo=+1.2V～+37V,Iomax=1.5A，最小输入输出压差（Ui-Uo）min=3V,最大输入输出压差（Ui-Uo）max=40V由式Uo=1.25（1+RP1/R1），取R1=240欧姆，Uo=+3V～+9V,则RP1min=336欧姆，RP1max=1490欧姆，故取RP1为4700欧姆的精密线绕可调电位器

CW7812固定式三端稳压器的特性参数为：

输入电压Ui=19V，输出电压范围为Uo=11.4～12.6V，最小输入电压Uimin=14V，最大输出电流为1A。

CW7912固定式三端稳压器的特性参数为：

输入电压Ui=－19V,输出电压范围UO=－11.4～－12.6V，最小输入电压为－14V，最大输出电流为1A。

要求完成的主要任务:

完成电路原理图的设计，完成电路各个元器件的参数计算和型号选择，最后要经过调试得出实验的具体结果，达到实验的要求：

输出电压U0及最大输出电流Iomax（I挡U0=±12V对称输出，Iomax=100mA;二挡U0=＋5V,Iomax=300mA;三挡 U0=（＋3～＋9）V连续可调，Iomax=200mA）；纹波电压△Uop-p≤5mV稳压系数≤5×10-3.然后根据前面的任务撰写实验报告，要求把自己的设计过程详细地写出来，然后根据性能指标计算出元件的参数并选择元件的型号，然后画出电路原理图，说明电路工作的原理，根据电路的元件参数计算出理论值，并画出波形图。

记录实验得到的数据和波形图，与理论值进行比较分析。

然后写出在设计电路原理图和对实验数据进行调试的过程中遇到的问题和解决办法。

最后写出元件清单和实验后的收获﹑心得和体会。

并写出设计时所参考的文献资料。

时间安排：

第19周：

理论讲解

第20周：

理论设计，实验室安装调试以及撰写设计报告

第21周：

答辩

地点：

鉴主15楼通信实验室一

指导教师签名：

2010年1月23日

系主任（或责任教师）签名：

年月日

目录

摘要

1电路的基本组成部分……………………………………………………………3

2设计任务…………………………………………………………………………4

3原理电路设计………………………………………………………………………4

  3.1考虑过的方案………………………………………………………………4

3.1.1方案一：

电容滤波电路………………………………………………………4

3.1.2方案二：

电感滤波电路………………………………………………………6

3.1.3方案三：

倍压整流电路………………………………………………………7

3.2单元电路的设计和元器件的选择…………………………………………7

3.2.1电源变压器………………………………………………………………8

3.2.2整流滤波电路……………………………………………………………8

3.2.3稳压电路…………………………………………………………………8

3.3各元件主要参数的计算……………………………………………………8

3.4电路图和必要的波形图以及电路的工作原理…………………………10

4在安装调试中遇到的问题和解决办法…………………………………………12

5整理好的数据和仿真结果………………………………………………………12

5.1电源变压器…………………………………………………………………12

5.2整流电路……………………………………………………………………13

5.3滤波电路……………………………………………………………………14

6收获﹑体会和建议…………………………………………………………15

7元器件清单………………………………………………………………………16

8参考文献…………………………………………………………………………17

摘 要

 本课程设计是关于集成稳压直流电源的设计，按照老师所补充的要求设计了三档可调式稳压直流电源，分别输出为±12V、﹢5V、﹢3～﹢9V三种不同的电压值。

 我通过自己先设计的电路，然后再参考一些书籍上的电路并经过修改和创造，设计成了最终符合要求的电路原理图，并进一步了解和学习了整个电路的各个部分的具体工作原理，达到了理想的要求。

最后我用MultiSIM软件对电路图进行了部分仿真。

由于找不到要求的稳压管，所以稳压部分的波形没有做出来，但是经过对前面部分电路的仿真我掌握了仿真的具体方法。

总的来说我对仿真的结果还是比较满意。

 这次的设计实验我不仅进一步学习了稳压电路的原理和设计，以及对电路的更深一步的了解，特别是掌握了仿真的方法，学会了仿真软件的应用，获益匪浅。

1.电路的基本组成部分:

输入-电源变压器-整流电路-滤波电路-稳压电路-输出

2. 设计任务

2.1已知条件：

集成稳压器CW7812﹑CW7912﹑CW317，其性能参数请查阅集成稳压器手册。

2.2性能指标要求：

输出电压Uo及最大输出电流Iomax（I挡U0=±12V对称输出，Iomax=100mA;二挡Uo=＋5V,Iomax=300mA;三挡 Uo=（＋3～＋9）V连续可调，Iomax=200mA）；纹波电压△Uop-p≤5mV稳压系数≤5×10-3.

2.3实验仪器设备：

双踪示波器COS50201台 数字万用表UT2003（41/2位） 1只     

交流毫伏表DA-16   1只     自耦变压器    1只滑线电阻器    1台。

3. 原理电路设计

3.1考虑过的方案:

3.1.1电容滤波电路

工作原理：

负载RL未接入（开关S断开），设电容C两端的初始电压为0，接入交流电源后，当U2正半周时，U2通过D1﹑D2向电容器C充电；U2为负半周时，经D2﹑D4向电容器C充电，充电时间常数为

                       Te=RintC

式中Rint包括变压器二次绕组的直流电阻和二极管D的正向电阻，由于Rint一般很小，电容器很快就充电到交流电压U2的最大值√2U2，由于电容器C无放电回路，故输出电压（即电容器C两端的电压Uc）保持在√2U2，输出为一个恒定的直流电压，如图中wt<0部分所示。

    接入负载RL（开关S合上），设变压器二次电压U2从0开始上升（即正半周开始）时接入负载RL，由于电容器在负载未接入前充了电，故刚接入负载时U2Uc时二极管D1﹑D3受正向电压作用而导通，此时U2经二极管D1﹑D3一方面向负载RL提供电流，另一方面向电容器C充电，Uc升高将如图中的bc段，图中bc段上的阴影部分为电路中的电流在整流电路内阻Rint上产生的压降。

Uc随着交流电压U2升高到最大值√2U2的附近。

然后，U2又按正弦规律下降。

当U2

电容器C如此周而复始地进行充放电，负载上便得到如图所示的一个近似锯齿波的电压UL=Uc，使负载电压的波动大为减小。

电路的电压﹑电流和纹波电压Ur波形如图所示。

由以上分析可知，电容滤波电路由如下特点：

①二极管的导电角大于180度，流过二极管的瞬时电流很大。

电流的有效值和平均值的关系与波形有关，在平均值相同的情况下，波形越尖，有效值越大。

在纯电阻负载时，变压器二次电流的有效值I2=1.11IL，而由电容滤波时

                   I2=（1.5～2）IL

②负载平均电压UL升高，纹波（交流成分）减小，且RLC越大，电容放电速率越慢，则负载电压中的纹波成分越小，负载平均电压越高。

      为了得到平滑的负载电压，一般取

                         Td=RLC≥（3～5）T/2

式中T为电源交流电压的周期。

③负载直流电压随负载电流增加（RL减小）而减小。

UL随IL的变化关系称为输出特性或外特性，如图所示。

3.2电路的输出特性

 当RL=∞，即空载时C值一定，Td=∞,有

                           ULO=√2U2≈1.4U2

 当C=0，即无电容时

                 ULO=0.9U2

在整流电路的内阻不太大（几欧）和放电时间常数满足条件时，电容滤波电路的负载电压UL与U2的关系约为

                      UL=（1.1～1.2）U2

总之，电容滤波电路简单，负载直流电压UL较高，纹波也较小，它的缺点时输出特性较差，故适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。

3.1.2电感滤波电路

在桥式整流电路和负载电阻RL之间串入一个电感L，如图所示。

当通过电感线圈的电流增加时，电感线圈产生自感电势（左"+"右"-"）阻止电流增加，同时将一部分电能转化为磁场能量储存于电感中；当电流减小时，自感电势（左"-"右"+"）阻止电流减小，同时将电感中的磁场能量释放出来，以补偿地昂流的减小。

此时整流二极管D依然导电，导电角增大，使导电角等于180度，利用电感的储能作用可以减小输出电压和电流的纹波，从而得到比较平滑的直流。

当忽略电感器L的电阻时，负载上输出的平均电压和纯电阻（不加电感）负载相同，如忽略L的直流电阻上的压降，即UL=0.9U2。

电感滤波的特点是，整流管的导电角较大（电感L的反电势使整流管导电角增大），无峰值电流，输出特性比较平坦。

其缺点是由于铁心的存在，笨重﹑体积大，易引起电磁干扰。

一般只适用于低电压﹑大电流场合。

3.1.3倍压整流电路

如图所示为二倍压整流电路，变压器二次电压u2=U2，当U2处于正半周（a端为正，b端为负）时，D1导通﹑D2截止，U2向电容器C1充电，电压极性为右正左负，峰值电压可达√2U2；当U2处于负半周（a端为负，b端为正）时，D1截止，D2导通，U2与C1两端电压向电容器C2充电，电压极性为右正左负，峰值为2√2U2，即U0等于C2的电压等于峰值电压2√2U2，故图示为二倍压整流电路。

这是因为当电路接的负载电阻RL很大（负载电流小）时，C2的放电时间常数RLC2>>T（电源电压周期），C2两端电压在一个周期内下降很小，输出电压U0为变压器二次电压峰值的两倍。

利用同样的原理可实现所需电源电压倍数的输出电压。

通常该电路中的二极管承受的最大反向电压URM大于2√2U2。

C1的耐压大于√2U2，C2的耐压应大于2√2U2。

倍压整流电路一般用于高电压﹑小电流（几毫安以下）和负载变化不大的直流电源中。

经过比较和根据电路参数以及实际情况我选择电路一。

3.2单元电路的设计和元器件的选择

3.2.1电源变压器

电源变压器的作用是将电网220V的交流电压U1变换成整流滤波电路所需的交流电压U2。

变压器副边与原边的功率比为

                       P2/P1=n

式中，n为变压器的效率。

通过比较选择副边功率为10～30VA，效率为0.7的变压器。

3.2.2整流滤波电路

整流滤波电路由四个相同型号的二极管组成的单向桥式整流电路，将交流电压U2变成脉动的直流电压，再经滤波电容C滤除纹波，输出直流电压Ui。

Ui与交流电压U2的有效值的关系为

                  Ui=（1.1～1.2）U2

每只整流二极管承受的最大反向电压  URM=√2U2