直流稳压电源之欧阳史创编.docx
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直流稳压电源之欧阳史创编
设计题目：
18V稳压直流电源
时间：
2021.02.10
创作：
欧阳史
院系：
电气工程系
专业：
电子信息工程
年级：
姓名：
指导教师：
课程设计任务书
专业电子信息工程姓名学号
开题日期：
2014年11月1日完成日期：
2014年12月9日
题目18V稳压直流电源
一、设计的目的
第一，掌握直流压源的组成及结构原理。
第二，掌握三端可调稳压器的选择与使用方法。
第三，了解直流稳压电源的各种参数。
二、设计的内容及要求
本文主要设计基于W7818的直流稳压电源，一般直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路以及稳压电路组成。
采用变压器把220V交流电压变成所需的低压交流电，并通过整流桥把交流电变成直流电，经滤波电容后，采用三端稳压器W7818把不稳定的直流电压变成稳定的直流电压输出。
本文要求为设计18V稳压直流电源，输出为电压为18V。
用multisim做仿真，并分析其误差产生的原因。
三、指导教师评语
四、成绩
指导教师（签章）
年月日
第一章绪论4
1.1课题研究背景4
1.2国内外研究状况5
1.3本文主要章节安排5
1.4本文主要研究内容6
第二章课程设计基本内容6
2.1课程设计名称6
2.2项目设计任务6
2.3项目设计要求7
2.4设计原理及流程7
第三章基本电路设计8
3.1变压器8
3.1.1变压器8
3.1.2绕组电压的确定9
3.1.3变压器电流的确定9
3.2.整流电路9
3.2.1半波整流电路10
3.2.2全波整流电路10
3.2.3桥式整流电路10
3.3滤波电路12
3.3.1电感滤波电路12
3.3.2复式滤波电路12
3.3.3电容滤波电路13
3.4稳压电路14
第四章电路图的设计、仿真以及误差分析和设计思路分析15
4.1电路原理图16
4.2电路仿真16
4.3直流稳压电源的误差分析16
4.4直流稳压电源的设计总思路17
第五章总结与展望17
参考文献：
19
第一章绪论
1.1课题研究背景
当今社会科学技术与信息高速发展，电子设备充斥着人们的生活，各种各样的电子产品占据了我们生活的各个方面，而电源作为电子电路、电动设备及各种用电设备的动力来源，对于电子产品电源相当于它的心脏，而电源技术是一门很重要的技术，服务于各行各业。
稳压直流电源是电子技术中常用的仪器设备之一。
是电子科技人员和电路开发部门进行试验操作和科学研究不可缺少的电子仪器。
整个电源系统是由变压、整流、滤波、稳压四部组成。
但实际生活中是由220V的交流电网供电，这就需要通过电源系统将交流电转换成低电压直流电。
电源的性能的优劣将直接影响到整个系统的性能参数和稳定性因此,电源对整个电路系统至关重要,具体表现如下:
（1）不论是工业上用的大型装置设备、还是实验室内用的精密仪器,如果没有.稳定电源的支持,都不可能完成他所具备的功能,甚至会出现故障。
不同的电子设备其对于电源都有不同的要求,因此这就要求电源必须拥有稳定良好的性能,才能保证用电设备的正常工作。
（2）由于电源的特殊性,在某搜场合,如高能物理,原子能的研究,电源要先于仪器、设备及装置制造出来。
否则无法进行试验
（3）随将电子产业,特别是PC机及IT业的快速发展,由于电源产业是各类高科技电产业发展的越础,所有的高精尖科技设备都需要电源系统技术的配套和支持。
1.2国内外研究状况
从十九世纪90年代末起，随着对系统更高效率和更低功耗的需求，电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。
在上世纪80年代的第一代分布式供电系统开始转向到上世纪末更为先进的第四代分布式供电结构，直流/直流电源行业正面临着新的挑战，即如何在现有系统加入嵌入式电源智能系统和数字控制。
与发达国家相比仍然存在着很大差距。
国内成都电子科技大学和广州华南理工大学在直流稳压电源的智能化、网络化方面研究很深入,他们主要是采用单片机和可编程系统来控制开关直流稳压电源或数字化电压单元达精密控制的目的,但和国外的比较起来,效果不是理想,还有很大差距。
1.3本文主要章节安排
第一章概括课题的背景和意义，了解国内外技术发展状况，明确研究内容和各章节安排；
第二章介绍了课程设计的基本内容；
第三章分别介绍了组成18V稳压直流电源的各电路，包括变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路；
第四章设计电路原理图及仿真图；
第五章18V直流稳压电源的设计结论及误差分析；
1.4本文主要研究内容
基于W7818的直流稳压电源,一般由电源变压器、整流电路、滤波电路以及稳压电路组成。
采用电源变压器把220v交流电压变成所需的低压交流电，并通过整流桥把交流电变成直流电，经电容滤波后，采用三端稳压器W7818把不稳定的直流电压变成稳定的直流电压输出。
第二章课程设计基本内容
2.1课程设计名称
18V稳压直流电源的设计与制作。
2.2项目设计任务
1.绘制出所设计的直流稳压电源的系统框图，并分析各组成部分的功能及工作原理。
2.设计出每个功能方框图的具体电路图，并根据所提供的技术参数的要求，计算出电路中所用元件的参数值。
2.3项目设计要求
设计一个+18V简易直流稳压电源，满足：
当输入为220V50Hz交流电时，输出直流电压为+18V，输出电流为1A。
2.4设计原理及流程
稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成，直流稳压电源原理图如图1所示，稳压电源各单元电压波形图如图2所示。
图1集成直流稳压电源原理图
+变压+整流+滤波+稳压+
U1u2u3uIU0
_电路_电路_电路_电路
u1u2u3uIU0
0t0t0t0t0t
图2稳压电源各单元电压波形图
第三章基本电路设计
3.1变压器
3.1.1变压器
通常直流稳压电源使用电源变压器来改变输入到后级电路的电压。
电源变压器的作用：
将电网提供的220V50Hz交流电压转换为各种电路设备所需的交流电压。
电源变压器由初级绕组、次级绕组和铁芯组成。
初级绕组用来输入电源交流电压，次级绕组输出所需要的交流电压。
通俗的说，电源变压器是一种电→磁→电转换器件。
即初级的交流电转化成铁芯的闭合交变磁场，磁场的磁力线切割次级线圈产生交变电动势。
次级接上负载时，电路闭合，次级电路有交变电流通过。
变压器的电路原理图符号见图3。
图3变压器的电路图符号
交流在二次绕组中产生的感应电动势
为：
式中，N1，N2为一次绕组和二次绕组的匝数。
其中，U1为加在一次绕组上的电压，在本文中U1=220V。
考虑到输出18V电压，1A电流，根据实际情况可提供的变压器，且满足课程设计要求，所以本文选择25W的变压器。
3.1.2绕组电压的确定
变压器次级绕组端电压Es的另一种更加精确的计算公式：
其中：
Vc为经过整流后的直流电压平均值；
为纹波电压的峰值差；
Vf为整流二极管的正向压降，桥式整流中Vf=2V；
A为变压器端子电压的设定误差；
B为导线压降；
3.1.3变压器电流的确定
与经过整流处理后的直流电流不同，流过变压器的电流变为交流电，因此应应取其有效值进行计算，设流过二极管的电流为
，则流过变压器的电流为
。
（其中
的值由后面桥式整流电路据算得出）
3.2.整流电路
整流电路：
利用单向导电器件将交流电转换成脉动直流电路。
3.2.1半波整流电路
半波整流电路只利用电源的正半周，电源的利用效率非常低，所以半波整流电路仅在高电压、小电流等少数情况下使用，一般电源电路中很少使用。
3.2.2全波整流电路
全波整流电路每个整流二极管上流过的电流只是负载电流的一半，比半波整流小一倍。
由于全波整流电路需要特制的变压器，制作起来比较麻烦，所以在实际运用中很少使用。
3.2.3桥式整流电路
电路如图2所示。
在u2的正半周内，二极管D1、D3导通，D2、D4截止。
u2的负半周内，D2、D4接通，D1、D3截止。
正负半周内都有电流流过负载，且方向一致。
每个整流二极管上流过的电流是负载电流的一半，由于四个整流二极管连接成电桥形式，所以称这种整流电路为桥式整流电路。
本设计中采用桥式整流电路，
图4单相桥式整流电路
图5单相桥式整流电路波形图
流过整流二极管的平均电流为：
整流二极管承受的最高反向电压为：
1N4001的最大反向耐压为50V，额定工作电流
，故整流二极管选用1N4001。
为了克服半波整流和全波整流的缺点，在本设计中整流电路采用最常用的桥式整流电路。
3.3滤波电路
滤波电路利用极性电容把脉动直流电转换成比较平坦的直流电利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。
常见的滤波电路有电感滤波和复式滤波电路。
电容滤波、
3.3.1电感滤波电路
电感滤波电路是利用储能元件电感器L的电磁感应使电流不能突变的性质，把电感L与整流电路的负载串联，也可以起到滤波的作用。
3.3.2复式滤波电路
当单独使用电容或电感进行滤波，效果仍不理想时，可采用复式滤波电路。
复式滤波电路常用的有三种类型，它们的电路组成原则是，把对交流阻抗大的元件（如电感、电阻）与负载串联，以降落较大的纹波电压，而把对交流阻抗小的元件（如电容）与负载并联，以旁路较大的纹波电流。
其滤波原理与电容、电感波类似。
3.3.3电容滤波电路
本设计中采用电容滤波电路。
在上述整流电路输出端并联一个由一个电容值较大的电解电容和一个电容值较小的电容并联形成的滤波电路。
如图6.
优点：
结构简单、价格低廉的电容滤波电路。
图6电容滤波电路
图7桥式整流电路电容滤波电路电压、电流波形图
当
时：
当
为有限值时：
通常取
RC越大
越大
①在电源设计中，滤波电容的选择原则：
（T为输入交流电压的频率，R为负载，C为滤波电容）
②滤波电容大小可由纹波电压和稳压系数来确定。
因设计要求中对这两个参数没作要求，所以按正常范围选择滤波电容：
1000μF
③滤波电容的耐压应大于
。
综上，所以滤波电容选择1000μF/35V的电解电容即可。
3.4稳压电路
稳压电路：
利用电路的调整作用使输出电压稳定
本设计中稳压电路采用三端稳压芯片LM7818及外围元件组成。
LM7818共有三端，输入端、输出端、调整端。
三端式稳压器由启动电路、基准电压电路、取样比较放大电路、调整电路和保护电路等部分组成。
其内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。
调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压高得多的波纹抑制比。
可调整输出电压低到1.2V，保证1.5A输出电流，典型线性调整率0.01%，80dB波纹抑制比，输出短路保护，过流、过热保护，调整管安全工作区保护，标准三极管封装。
其电路图为：
图7稳压电路
5.6稳压电源的保护电路
保护电路的主要作用是由微处理器对检测电路得到的各种信号进行算法处理，以判断为频器本身或系统是否出现了异常。
当检测到变频器或系统的异常时，则进行各种必要的处理，包括停止变频器的输出，以对变频器和系统提供保护。
为保护整个稳压电源，在上电指示电路前串接一只保险丝。
整个稳压电源的总电流略大于电源变压器的原边绕组的电流。
第四章电路图的设计、仿真以及误差分析和设计思路分析
4.1电路原理图
用protel99SE画出其电路原理图，如下：
4.2电路仿真
本次课程设计选用multisim做仿真。
Multisim是一种功能强大的电路仿真软件，不仅在工程实践中，对电子产品的开发与研制能够发挥高效率、高精度的作用。
考虑到实际情况与本文需要。
加之，直流稳压电源输出的恒定值，我们直接在电路输出端接一个适当量程的电压表。
仿真结果如下：
4.3直流稳压电源的误差分析
由4.2可以看出，电源输出为18.043V与本文设计的18V虽有稍许误差，但近似相等。
电路中测量值出现误差其原因可以分为以下几个部分：
（1）电路安装的元器件本身阻值存在误差；
（2）元件在通电后发热导致消耗能量产生误差；
（3）在选用元件上，存在误差，比如由于实际情况的限制，选用25W变压器稍微偏大，可能导致少许误差；
4.4直流稳压电源的设计总思路
直流稳压电源电路的设计电路都是经过四个步骤：
变压、整流、滤波、稳压。
在这四个步骤中，由输出电压的要求来决定稳压电路，三端可调集成稳压芯片M7818为正电压输出。
决定了稳压电路后，由设计要求输出的电压值来考虑变压器的选择，本文要求为输出电压18V，电流为1A。
由最大输出电流来考虑整流二极管滤波电容的选择，整流部分一般选用桥式整流。
第五章总结与展望
本文通过分析与计算，设计了一个精度较高的18V直流稳压电源电路，通过软件仿真对电源输出各项参数进行测试分析，基本达到了设计的预期要求。
在本课程设计进行过程中，由于时间等因素，对课题的研究还不够深入，很多工作还有待进一步提高和完善。
首先，由于本课程设计重点在于介绍18V稳压直流电源的设计方案，因此对除了主调整电路以外的辅助电路部分没有做过多的讨论和设计。
其次，由于时间比较匆忙，对电路实验结果的验证只限于仿真电路图的仿真结果，没有制作出具体实物进行验证。
在后续工作中，还应进行适当完善。
参考文献：
[1]一种线性稳压电源的设计与研究，山东大学硕士学位论文，山东：
山东大学，2012
[2]一种带有保护的直流稳压电源的设计，西安电子科技大学硕士学位论文，西安：
西安电子科技大学，2011
[3]关海川，付聪，模拟电子技术基础，电子工业出版社，2013
[4]贺益康，潘再平，电力电子技术（第二版），科学出版社，2010
时间：
2021.02.10
创作：
欧阳史
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