直流稳压电源设计.docx

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直流稳压电源设计

毕业设计（报告）

课题:

直流稳压电源设计

学生:

黄卫系部:

应用电子学院

班级:

声像1002学号:

2010110125

指导教师:

罗小辉

装订交卷日期:

装订顺序:

（1）封面

（2）毕业设计（报告）成绩评定记录（3）标题、中文摘要及关键词（4）正文（5）附录（6）参考文献

毕业设计（报告）成绩评定记录表

指导教师评语（包含学生在毕业实习期间的表现）:

成绩（平时成绩）:

指导教师签名：

年月日

评阅教师评语：

成绩（评阅成绩）:

评阅教师签名：

年月日

答辩情况记录:

答辩成绩:

答辩委员会主任（或答辩教师小组组长）签名:

年月日

总评成绩:

注：

1.此表适用于参加毕业答辩学生的毕业设计（报告）成绩评定；

2.平时成绩占20%、卷面评阅成绩占50%、答辩成绩占30%，在上面的评分表中，可分别按20分、50分、30分来量化评分，三项相加所得总分即为总评成绩，总评成绩请转换为优秀、良好、中等、及格、不及格五等级计分。

教务处制

毕业设计（报告）成绩评定记录表

指导教师评语（包含学生在毕业实习期间的表现）:

成绩（平时成绩）:

指导教师签名：

年月日

评阅教师评语：

成绩（评阅成绩）:

评阅教师签名：

年月日

总评成绩:

注：

1.此表适用于不参加毕业答辩学生的毕业设计（报告）成绩评定；

2.平时成绩占40%、卷面评阅成绩占60%，在上面的评分表中，可分别按40分、60分来量化评分，二项相加所得总分即为总评成绩，总评成绩请转换为优秀、良好、中等、及格、不及格五等级计分。

教务处

郑重申明

本人呈交的毕业实习报告（设计），是在导师的指导下，独立进行实习和研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。

尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本毕业实习报告（设计）的成果不包含他人享有著作权的内容。

对本毕业实习报告（设计）所涉及的实习和研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。

本毕业实习报告（设计）的知识产权归属于作者与培养单位。

学生签名[签字盖章]

日期0000.00

摘要

直流稳压电源设计是对模拟电子技术基础第八章直流稳压电源理论知识的一次实践的检测。

我们设计的题目是利用7805、7905设计一个输出±（5～9）V、1A的直流稳压电源，融合整流桥的整流作用以及电容的滤波作用，实现对交流220V电压的转化，使其最终输出±5V—9V的一组可调电压。

本次设计在对今后的学习中将具有很高的价值应用。

关键词：

整流桥;滤波电容;三端稳压器

1绪论.............................................................01

2总体设计.........................................................03

2.1设计目的及其任务.............................................03

2.1.1设计目的................................................03

2.1.2设计任务................................................03

2.2设计原理及其方案.............................................04

2.2.1设计原理................................................04

2.2.2设计方案................................................05

3单元电路的设计...................................................07

3.1电源变压器单元电路的设计....................................07

3.2整流单元电路的设计..........................................08

3.3滤波单元电路的设计.........................................09

3.4稳压单元电路的设计.........................................11

4仿真与制作.......................................................13

4.1仿真电路....................................................13

4.2仿真结果及其分析............................................13

4.2.1电源变压器原、副边输出电压的波形及压值...............,.13

4.2.2整流电路的输出波形....................................15

4.2.3滤波电路输出的电压波形................................15

4.2.4稳压输出的电压波形....................................16

结论..............................................................19

参考文献.........................................................20

致谢.............................................................21

附录.............................................................22

1、绪论

在电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。

在电子电路及电子设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。

常见的供电方式一般分为两种：

一种是采用干电池、蓄电池或其他形式向电路供电，这种供电方式

往往会受到实际条件的限制；另一种是利用电网向电路供电，这种方法将电网的交流电经过降压、整流、滤波、稳压之后，转化为直流稳压电源向电路供电。

具有不受实际条件限制、不会间断的优点。

直流稳压电源主要由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四部分组成。

（如图1-1所示）

滤波

电路

稳压

电路

整流

电路

电源

变压器

u1→→→→→uo

图1-1直流稳压电源的设计电路框图

图1-2直流稳压电源各环节的波形

如图1-2所示，电源变压器将电网220V电压变为所需的电压，然后用整流桥将交流电压变为脉动的直流电压，在经滤波电路将其中的纹波电压滤掉，从而得到平滑的电压。

但是，这样的电压还会随电网电压的波动（一般为10%左右的波动）、负载、温度的变化而变化。

因而，还需要稳压环节消除由电网电压的波动、负载、温度的变化而带来的电压变化，从而输出稳定的直流电压曲线。

在电子电路及电子设备中，电源输出功率一般要求较小，而电压的稳定性要求较高。

对直流电源的要求是：

输出电压稳定，纹波小，负载能力强等。

直流稳压电源的几个性能指标如下：

（1）电网电压u1直流稳压电源要求输入的电压，即电网电压，我国一般220V、50HZ的交流电。

（2）输出电压uo即要求输出的±（5～9）V的一组可调直流电

压。

（3）最大输出电流io直流稳压电源输出要求电压uo时，所能

提出的最大输出电流。

有时也可以用最大输出功率P来表示。

（4）纹波系数S直流稳压电源输出电压中所含有基波分量的

峰值电压与输出直流电压之比，它反映了电压的稳定程度。

（5）电压调整率Su输入电压的变化因其输出电压的相对变化。

这次设计直流稳压电源主要作用是将电网的单相交流电变为稳定的直流电,从而实现电路及直流稳压电源主要技术指标。

2、总体设计

2.1设计目的及其任务

2.1.1设计目的

（1）引导学生自主性学习、研究性学习，加强团队合作，提高创新意识，实现自主性学习与研究性学习。

（2）通过直流稳压电源的设计和调试，学会选择变压器、整流二极管、滤波电容、稳压器相关元器件。

掌握直流稳压电源电路的调试和相关系数测试的方法。

2.1.2设计任务

（1）设计任务

利用7805、7905设计一个输出±（5～9）V、1A的直流稳压电源。

（2）设计基本要求

1、画出系统电路图，并画出变压器输出、滤波电路输出及稳压输出的电压波形；画出变压器副边电流的波形。

2、输入工频220V交流电的情况下，确定变压器变比。

3、在满载情况下选择滤波电容的大小（取5倍工频半周期）。

4、求滤波电路的最大输出电压。

5、求电路中固定电阻阻值和可调电阻的调节范围。

（3）设计报告要求

1、画出完整的电路图。

2、画出整流、滤波、稳压各环节的电压波形。

3、选择各环节所用器件的参数。

2.2设计原理及其方案

2.2.1设计原理

直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四部分组成，如上图2-1所示。

图2-1直流稳压电源的设计电路框图及相应各环节波形

直流稳压电源的工作原理：

直流稳压电路由电网接入幅值为220V、频率为50Hz的交流电压u1，通过电源变压器，将220V的交流电压调整为合适的直流稳压电路的工作电压u2。

电源变压器输送过来的交流电，经过桥式整流电路的整流作用，得到单方向全波脉动的直流电压。

由于单方向全波脉动的直流电压中含有交流成分，为了获得平滑的直流电压，在整流电路的后面加一个滤波电路，以滤去交流成分，电容C就起到这个作用；对于要求不高的电路，经过滤波后的直流电压可以直接应用，对于一些要求比较高的电路。

我们在滤波电路的后面再接一个稳压电路，使输出的直流电压更加平滑，如集成稳压器LM7805CT和UPC7905。

一般来说，滤波电容C的容量比较大，本身就存在着较大的等效电感，因此对于引入的各种高频干扰的抑制能力很差。

为了解决这个问题，在电容C旁并联一只小容量电容器C1、C2，就可有效地抑制高频干扰。

另外，稳压器在开环增益较高、负载较重的状态下时，由于分布参数的影响，有可能产生自激，则C1、C2兼有抑制高频振荡的作用。

输出端接入电容器C3、C4，是为了改善瞬态负载响应特性和减小高频输出阻抗。

2.2.2设计方案

实验设计方案总图2-2-1如下所示：

　图2-2-1直流稳压电源设计总图

图2-2-2滤波整流电路供电电路

图2-2-2所示电路也可以作为整流滤波电路的供电电路，设计方案与2-2-1相同。

我们主要以2-2-1电路来介绍。

根据给出的直流稳压电源设计的基本要求，得出最终的实验方案，对照图2-1分别对应于图中的各个电路环节，分别实现相应的功能。

其中，直流稳压电源的设计总图中各个元器件对应的功能电路或作用元件如下表：

表1各元器件对应的功能电路或作用元件

功能电路或作用元件的名称

对应元器件的符号

输入的单相交流电

电源变压器

桥式整流电路

D1、D2

滤波电容

C1、C2

稳压电路

由LM7805CT和UPC7905组成的电路

调压电路

R2、R3和R5、R6组成的电路

可调负载电路负载

R1、R2

保险丝

U1、U2

由以上各个功能电路和作用元件，配以科学合适的元件类型及参数，实现了一个可以输出±（5～9）V一组可调电压、最大电流为1A的直流稳压电源。

3、单元电路的设计

3.1电源变压器单元电路的设计

电源变压器T1的作用是将电网220V的单相交流电压u1变换成整流滤波电路所需要的交流电压u2。

变压器副边与原边的变比为：

N2/

N1=n。

电源变压器的功能是功率传送、电压变换和绝缘隔离，作

为一种主要的软磁电磁元件，在电源技术中和电力电子技术中得到广泛的应用。

根据传送功率的大小，电源变压器可以分为几档：

10kVA以上为大功率，10kVA～0.5kVA为中功率，0.5kVA～25VA为小功率，25VA以下为微功率。

本次实验设用到的是4端或者3端变比可调的变压器，如图3-1所示。

因为三端稳压器LM7805CT和UPC7905要求输入电压与输出间电压相差3V～5V，考虑到桥式整流电路与电感滤波电路的压降作用，所以变压器副边输出电压大概在±

图3-1电源变压器电路

（9～11）V区间内，电压值比较合理。

此时，将变压器变比ｎ调节到0.045。

由电网输入的单相交流电压：

u1＝220Ｖ

变压器副边输出的交流电压：

u2＝±u1×n＝220Ｖ×0.045=±9.9V（符合电压要求）

由此，电源变压器变比确定为n=0.045，注意电源变压器的接地问题。

3.2整流单元电路的设计

整流电路的任务是将交流电变换成直流电。

完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用，因此，二极管是构成整流电路的关键元件。

在小功率（1kW以下）整流电路中，常见的几种整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流电路。

（二极管用理想模型来处理，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大）。

—

如图3-2所示，分析可知，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，且方向是一致的。

在桥式整流电路中，每个二

图3-2桥式整流电路

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：

If=0.5I=0.5A

电路中的每只二极管承受的最大反向电压为：

Uf=1.414U2=14V（U2是变压器副边电压有效值）。

于是整流桥部分采用型号为3N250的二极管构成。

桥式整流电路输出电压的平均值为：

u3=

=0.9u2

而电源变压器副边输出电压：

u2=9V~11V

所以，桥式整流二极管的压降：

ΔU=0.1u2≈1V

一般电网电压的波动范围为+10%到－10%之间，实际上选用的

二极管的最大整流电流和最高反向电压应该留有大于10%的余量。

由电源变压器副边输出的交流电压经过桥

式整流电路的整流作用输出带有纹波电压的直流电压，输送到电感滤波电路进行滤波。

3.3滤波单元电路的设计

滤波电路如图3-3所示，电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一般有电抗元件组成，例如在负载电阻两端并联电容器C,或者在整流电路输出端与负载之间串联电感器L，以及由电容、电感组合而成的各种复式滤波电路。

图3-3滤波电路的基本形式

图3-3中的（a）图是C形滤波电路，（b）图是倒L形滤波电路，

图（c）是

形滤波电路。

本实验设计采用电感滤波电路，如图3-3中的C1、C2即为滤波电容，一般比较大，在mF级。

图3-4所示为单相桥式整流、电容滤波电路。

在分析电容滤波电路时，要特别注意电容器两端电压对整流元件导电的影响。

整流元件只有在受正向电压作用时才导通，否则便截止。

图3-4桥式整流、电容滤波电路

如图3-5用电压表和电流表测出电容滤波电路之后的电压和电流，计算出RL1和RL2的等效电阻，从而进一步确定滤波电容值。

为了得到平滑的负载电压，一般取:

RLC=（3~5）

电压变电流读数：

U=12.303mVI=1.367A

等效电阻计算：

RL1=RL2=U/I=12.303/1.367Ω=9Ω

要求取5倍工频半周期，则：

C=5T/2RL=5*10/（2*9）≈5.56mF

如图3-5等效电阻测试图及电压、电流值

3.4稳压单元电路的设计

根据设计任务要求：

电源输出电压为±（5～9）V，输最大输出电流为Io=1A。

因为三端稳压器比较方便，故采用LM7805CT和UPC7905稳压器组成稳压电路。

图3-6三端稳压器组成的可调电压电路

如图3-6所示，其中C1、C2防止自激，电容值一般在0.1～0.33μF，这里取C1=C2=0.33μF。

C3、C4是为了改善瞬态负载响应特性和减小高频输出阻抗，其容值一般在0.1μF以上，这里取C3=C4=0.1μF。

引入运算放大器（LM358AD）及定值电阻和可调电阻，为了将三端稳压器输出的±5定值电压转换为所需要的±（5～9）V，调节电位器，来实现输出电压可调。

根据仿真情况确定定值电阻和可调电阻的阻值大小R3=R6=12.452KΩ,R4=R5=10KΩ。

此环节，因为要求最大输出电流为1A，加上保险丝（U1、U2）可起到保护电路的作用，而不至于将直流稳压电源烧坏。

4、仿真与制作

4.1仿真电路

仿真实验电路如图4-1所示：

图4-1仿真实验电路图

4.2仿真结果及其分析

1、电源变压器原、副边输出电压的波形及压值

图4-2电源变压器原、副边输出电压的压值

图4-3电源变压器原、副边输出电压的波形

A通道为原边电压波形，Ｂ通道为副边复变电压波形。

2、整流电路的输出波形

图4-4桥式整理电路输出电压波形

3、滤波电路输出的电压波形

图4-5电容滤波电路输出的电压波形

4、稳压输出的电压波形

图4-6稳压输出的波形

图4-6选择输出最低电压±5V、中间电压±7.03V、最大电压±9V三种情况下的波形情况。

测量电压调整率Su

仿真的输出结果在±9V时，现在，测试的过程是：

先调节变压器，使输入电压增加10%，即VI=242V，测量此时对应的输出电压Uo1=9.003V，再次调节变压器使输入电压减少10%，即VI=198V时，测量输出电压Uo2=8.972V，在测量UI=220V时，对应的输出电压Uo=9.001V，于是电压调整率为：

符合设计要求。

纹波系数S

测量出直流稳压电源输出电压中所含有基波分量的峰值电压Up=15.843μV，与输出直流电压Uo=9.001V之比：

符合设计要求

结论

通过这次课程设计，培养了我们综合应用课本理论解决实际问题的能力，需要我们将学过的理论知识与实际系统地联系起来，加强我们对学过的知识的实际应用能力。

此外，增强了了我们自主性学习、研究性学习的能力，再做实验设计的同时，也加强我们团队合作的能力和思维创新的意识。

在将近一个月的设计过程中，我们首先分配好设计计划，第一周，看课本第八章内容，在纸上完成初步课程实验必做题目设计方案；第二周，完成仿真调试，完善课程实验设计；第三周，完成课程设计报告内容，并确定选作内容，初步确定选做题目设计方案；第四周，完成选做题目的仿真调试，写好设计报告，并准备好答辩时用的PPT。

本次课程设计，是我收获很多，实践是检验真理的唯一标准。

书本知识是死的，需要我们活学活用。

遇到问题时，要积极寻求解决办法，查阅资料，图书馆、因特网都是很好的资源，但是我们要具备辨别并吸收信息的能力。

此外，请教同学好老师也是很好的办法之一。

课程设计过程中，初步设计方案问题比较多，一些参数测试只能在仿真软件下进行，通过直流稳压电源的设计和调试，学会选择变压器、整流二极管、滤波电容、稳压器相关元器件。

掌握直流稳压电源电路的调试和相关系数测试的方法。

但是由于水平有限，各种测试手段使用不是很全面，我们的课程设计难免会有一些错误和误差，还望老师及各位评委批评指正。

参考文献

1、刘润华李震梅.《模拟电子技术基础》.中国石油大学出版社，2007.1

2、朱定华主编.《模拟电子技术》.清华大学出版社，2005.2

3、赵桂钦.《模拟电子技术教程与实验》.清华大学出版社，2008.2

4、林涛林薇.《模拟电子技术基础》.清华大学出版社，2010.11

5、黄志伟主编.《基于NIMultisim的电子电路计算机仿真设计与分析》（修订版）.电子工

业出版社，2011.6

致谢

单位:

重庆电子工程职业学院

老师:

罗小辉

附录I电路图

附录

元件清单

名称

序号

型号参数

数量

电源变压器

200V、50HZ，n=0.045

桥式整流

二极管

3N250

电容

5.56mF

0.33μF

0.1μF

定值电阻

10KΩ

滑动变阻器

5KΩ

12.452KΩ

5KΩ

12.452KΩ

三端稳压器

LM7905CT

UPC7905

运算放大器

U3A

LM358AD

U6A

LM358AD

保险丝

1_AMP

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