直流稳压电源课程设计.docx

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直流稳压电源课程设计

电子技术课程设计

题目名称：

直流稳压电源

姓名：

指导老师：

学号：

班级：

太原科技大学机械工程学院

摘要

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。

电子设备都离不开直流电源。

许多电子设备要由电力网上的交流电所变化的直流电来提供电。

根据电子设备的不同，对电源的要求也不一样。

比如说，有的电子设备消耗功率大些，就要求直流电源提供较大的功率；有的电子设备的工作性能对电压波动很敏感，就要求电源的输出电压要稳定、纹波系数要小；也有的要求直流电源输出的电压可调。

关键字：

直流稳压电源输出电流扩展

一、引言1

1.设计任务1

2.设计要求1

三、整体构思1

四、具体实现2

1.整流电路方案选择2

2.滤波电路方案选择4

3.稳压电路方案选择7

五、各部分定性说明及定量计算10

6、设计结果展示11

七、问题及排除措施13

八、设计心得体会14

九、参考文献14

一、引言

当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路--电源电路。

而直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。

变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。

整流器把交流电变为直流电。

经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。

本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并实现电压可调。

对本次课程设计，原则上指导老师只给出大致的设计要求，在设计思路上不框定和约束同学们的思维，所以同学们可以发挥自己的创造性，有所发挥，并力求设计方案凝练可行、思路独特、效果良好。

但是由于设计者的水平有限，设计过程中难免有缺点和错误，敬请老师给予批评和指正。

2、设计任务及要求

1.设计任务

直流稳压电源

2.设计要求

输出电压可以在3—10v连续调节，且输出电流可扩展。

并且要求适当考虑如何采取短路保护措施。

并在实验过程中切忌由于操作不慎，发生输出短路，烧毁变压器。

三、整体构思

根据要求设计稳压直流电源，输出电压在3V到10V之间，所以根据所学模拟电子技术知识应该先有一个变压器可将220V交流电转变为我们设计电源所需要的电压大小，所以设计电路的最先一部就应该是变压器的变压了。

但是变压器的种类多多，所以首先我们要选择变压器了。

然后已经得到了我们所需的交流电压，接下来我们叫要考虑怎样将交流电变换为直流电了，因为我们要做的就是直流稳压电源。

下一步就应该是整流部分了，是交流电转换为直流电。

整流电路也是种类繁多所以整流电路就应该是我们所考虑的了。

通过变压和整流我们所得到的直流电，但是并不符合最后的要求，根据所学的知识我们所得到的直流电还是会随着电网电压的变换而变化，不是一个稳定的直流电，因此紧接着需要做的就是滤波电路和稳压电路。

经过这几步我们进行组合我们已经能够得到一个稳压直流电源了。

如图1

图1

4、具体实现

对直流稳压电路的四部分电路进行方案设计选择，四部分电路分别是电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路。

1、整流部分的选择

整流电路部分可供选择的有两个方案。

方案一、单相半波整流电路

方案二、单相桥式整流电路

方案一单相半波整流电路如图2

工作原理：

图4-1

设变压器副边电压的有效值为U2。

则其瞬时值

在

的正半周，A点为正，B点为负，二极管导通，电流从A流出，经过二极管D和负载电阻

流入B点，

。

在

的负半周，B点为正，A点为负，二极管外加反向电压，因而处于截止状态，

。

负载电阻

电阻的电压和电流都具有单一方向脉动的特性。

主要参数：

S愈大脉动愈大

特点：

半波整流电路有结构简单，使用的元件少等优点，但是输出波形脉动大，直流成分低；变压器有半个周期不导电，利用率低；变压器电流含有直流成分，容易饱和，输出电流小。

方案二单向桥式整流如图3

图3

工作原理：

设变压器副边有效值为U2则瞬时值U2sin。

当U2位正半周时，电流有A点流出，经过D1.RL.D3流入B点，因而负载电阻RL上的电压等于变压器副边电压即U0=U2，D2、D4管承受的反相电压为-U2，当U2为负半周时，电流由B点流出经D2、RL、D4流入A点，负载电阻RL上的电压等于-U2，D3、D1承受的反相电压为U2。

由于D1、D3和D2、D4两队二极管交替导通，致使负载电阻RL上在U2的整个周期都有电流（反向不变）通过。

单向桥式整流带电路采用了四只二极管组成了电桥电路。

四只二极管每两只轮流工作，完成了对支流电源的整流作用，输出为全波脉动电压。

桥式整流电路输出波形脉动较小，输出电压高，对二极管的要求低，但是相对于半波整流他的结构相对复杂。

参数

电路

半波整流

0.45

157％

100％

1.41

桥式整流

0.9

67％

50％

1.41

综上所述两种方案，单向桥式整流电路更实用效率高要求低，所以选择桥式整流电路作为整流部分。

2、滤波电路的选择

根据所学知识并查文献一，滤波电路部分主要有五种方案。

分别是电容滤波、电感滤波、LC滤波、

型滤波、

型滤波

方案一电容滤波如图5

图5

工作原理：

在U2的正半周，当D1、D2导通时，除了有一个电流i0流向负载外同时还有一个电流ic流向电容充电，电容电压Uc的极性为上正下负，如果忽略二极管内的电阻，则在二极管导通时Uc=U0=U2，当U2达到最大值时开始下降，此时电容上的电压UC也将由于放电开始下降，当Uc=U2时二极管D1、D2倍反向偏执，因而不导电，于是Uc以一定得规律下降。

特点：

电容滤波的结构简单因而常被采用。

电容滤波适用于小电流负载，它的外特性比较软，采用时二极管中将流过较大的冲击电流。

方案二电感滤波如图6

图6

工作原理：

当输出电流发生变化时，L中将感应出一个反电动势，其方向将阻止电流发生变化。

在半波整流中，这个反电动势将是整流管的导通角大于180度，在桥式整流中在U2极性由正变负后，虽然L上的反电势有助于D1、D2继续导电，但是由于此时D3、D4导电，变压器二次电压全部加在D1、D2两端，是D1、D2反向截止。

特点：

降低了输出电压的脉动成分。

外特性比较硬。

电流输出波形比较平滑，避免了产生较大的冲击电流。

缺点：

输出电压较低，设备比较笨重。

方案三LC滤波电路如图7

工作原理：

实际上是电感和电容基本特性的组合利用输出电压的交流成分绝大部分降落在电感上，电容C对交流接近于短路，由于整流后先进行电感滤波，总特性与电感滤波电路相近。

LC滤波电路外特性比较好，输出电压对负载影响小，电感元件限制了电流的脉动峰值，减小了对整流二极管的冲击。

方案四LC-∏型滤波电路如图8

图8

工作原理：

输出电压经过电容C1，滤除了交流成分后，在经过电感滤波，电容C2上的交流成分减少，因此滤波电路的输出波形更加平滑，

优点：

输出电压的脉动系数比仅有LC滤波时更小，波动更加平滑。

缺点：

铁芯电感体积大，笨重，成本高，使用不便。

整流管冲击电流较大，外特性比较软。

方案五RC-∏型滤波电路如图9

图9

工作原理：

电阻对交流和直流成分均产生压降，所以会使输出电压下降，电容C1滤波后的输出电压绝大部分降在电阻RL上，RL越大，C2越大，滤波效果越好。

缺点：

适用于负载电流较小而又要求电压脉动成分小的场合。

序号

性能

类型

适合场合

整流管的冲击电流

外特性

电容滤波

小电流

大

软

电感滤波

0.9

大电流

小

硬

LC滤波

0.9

适应性较强

小

硬

型滤波

小电流

大

软

型滤波

小电流

大

更软

综上五种方案选用方案一电容滤波比较好。

3、稳压电路的选择

根据所学知识及查阅文献一，主要的稳压电路方案有两种。

方案一：

串联型稳压电路

方案二：

三端稳压电路

方案一串联型稳压电路如图10

图10

工作原理：

1、采样电阻

有电阻R1、R2、R3组成。

当输出电压发生变是，采样电阻对变化量进行采样，并传送到放大电路的反相输入端。

2、放大电路

放大电路A的作用是将采样电阻送来的变化量进行放大，然后传送到调整管的基极。

3、基准电压

基准电压由稳压管VDz提供，接在放大电路的同相输入端。

采样电压与基准电压进行比较，得到的差值再由放大电路进行放大。

4、调整管

调整管接在输入直流电压U1与输出端的负载电阻Rl之间，当输出电压Uo发生被动时，调整管的集电极电压产生相应的变化，使输出电压基本上保持稳定。

当UI增大或IL减小而导致输出电压UO增大，则通过采样以后反馈到放大电路反相输入端的电压UF也按比例的增加，但同相输入端的基准电压UZ保持不变，放大电路的差模输入电压UID=UZ-UF将减小，于是放大电路的输出电压减小，使调整管的基极输出电压UBE减小，则调整管的集电极电流IC随之减小，同时集电极电压UCE增大，最后使输出电压UO保持基本不变。

以上稳压过程可简明表示：

UI↑或IL↓→UO↑→UF↑→UID↑→UBE↓→IC↓→UCE↓→UO↑

优点：

输出电压在一定范围内可以调整。

缺点：

所用元器件比较多，比较复杂。

方案二利用三端稳压器构成的输出电压可调的的稳压电路

三端集成稳压器W78XX系列介绍如图11

1W78XX2

3图11

最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端集成稳压器。

W7800系列三端固定电压稳压器、W117可调电压型三端稳压器其内部是采用串联型晶体管稳压电路，稳压电路的硅片封装在普通功率管的外壳内，内部集成有短路和过热自我保护电路。

W7800系列三端固定电压集成稳压器引脚功能。

1端是输入端2端是输出端3端是公共端。

三端集成稳压器内部结构如图12

图12

利用三端稳压器构成的输出电压可调的的稳压电路如图13

图13

由于设计任务要求电路可以扩展电流，故采用方案二，并加晶体管扩展电流

通过以上各部分电路的选择，最后设计的总体电路如下图所示

5、各部分定量计算以及元件的选择

1、电源变压器的计算：

一般调整管的饱和管压降在2V—3V左右，而输出最大电压要求为10V，以饱和管压降为3V计算，为了使调整管工作在放大区，则最小输出电压不能小于13V，为了保险起见，可选择220V—15V的变压器。

取最大输出电流为1A，则功率P=UI=15W，故选取220V—15V，功率为20W的变压器。

2、单桥整流中二极管的计算：

由于U=15V，所以最高反向工作电压

=21.21V.

最大整流平均电流为

/2=500mA

通过查手册，选择1N4001，具体参数如下图

3、滤波电容C的计算：

=15V，

=1.2

=18V

则求得

=18

，求得C=1670uF至2780uF。

选取标准值2200uF

4、稳压电路部分的计算：

三端稳压块选择LM117K其具体参数为1.2Vto37V三端正可调稳压器

运算放大器选择UA741CP，其工作电压Max.（V）:

36，工作电压Min.（V）:

7，符合本电路要求

电容的选择，

=0.1uF,

=1uF

电阻的选择：

由公式

以及任务要求3V—10V，故选择

分别为240

500

1100

。

5、总结以上所需元件，列原件清单如下图：

元件名称