上海大学生产实习5V直流稳压电源设计报告.docx

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上海大学生产实习5V直流稳压电源设计报告

生产实习设计报告

——5V直流稳压电源仿真及制作

上海大学机自学院自动化系

电气工程及其自动化

姓名:

***

学号:

*******

指导老师:

***

2016年7月7日

第1章直流稳压电源简介

1.1定义

稳压电源是能为负载提供稳定交流电源或直流电源的电子装置。

包括交流稳压电源和直流稳压电源两大类。

本报告讨论直流稳压电源的仿真与设计。

直流稳压电源是一种利用市电为小型电子设备（负载）供电或充电，能为其提供稳定直流电源的电子装置。

直流稳压电源的供电电源大都是交流电源，当交流供电电源的电压或负载电阻变化时，稳压器的直流输出电压基本能够保持稳定。

1.2直流稳压电源的构成

许多电子产品如电视机、电子计算机、音响设备等都需要直流电源，电子仪器也需要直流电源，实验室更需要独立的直流电源。

为了提高电子设备的精度及稳定性，在直流电源中还要加入稳压电路，因此称为直流稳压电源。

典型的直流稳压电源主要由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路等几部分构成。

电源变压器把50Hz的交流电网电压变成所需要的交流电压；整流电路用来将交流电变换为单向脉动直流电；滤波电路用来滤除整流后单向脉动电流中的交流成分（即波纹电压），是指成为平滑的直流电；稳压电路的作用是当输入交流电网电压波动、负载及温度变化时，维持输出直流电压的稳定。

1.3直流稳压电源的分类

目前生产直流稳压电源种类很多，可以从不同的角度分类：

1，依稳定方式：

参数型（如稳压管+电阻）、反馈型（如调整管+差放）；

2，依工作状态：

线性电源、开关电源；

3，依连接方式：

串联型、并联型。

4，按作用器件：

电子管稳压器、稳压管稳压器、晶体管稳压器、可控硅稳压器等。

第2章直流稳压电源的设计及仿真

2.1设计目的及要求

（1）学习基本理论在实践中综合运用的初步体验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力；

（2）培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力；

（3）设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数；

2.2设计步骤及思路

2.2.1直流稳压电源设计思路

①电网供电电压交流220V（有效值）50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。

②降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。

③由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成分滤掉，保留其直流成分。

④滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。

2.2.2直流稳压电源原理

直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，见图2.1和图2.2。

图2.1直流稳压电源方框图

图2.2直流稳压各过程波形

2.3方案论证仿真

2.3.1总体方案确定

老师给出5V或3.3V电源可供选择，我选择制作5V稳压电源。

查阅资料得知，总体方案有两种，即

方案一：

采用集成运放和分立元件组成的串联式直流稳压电源；

方案二：

采用三端集成稳压电路实现。

比较下来，方案一电路简单，容易实现，成本低，可以达到技术要求，与所学的知识结合紧密；方案二电路比一更简单，采用三端集成稳压芯片更易实现，成本低，能达到技术要求，但与所学知识结合不紧密，有违老师让我们制作的初衷。

所以我决定采用方案一。

2.3.2各过程仿真及确定

1，电源变压器：

是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变化由变压器的副边电压确定。

因为想要制作5V稳压电源，所以选择变压到6V（有效值）左右。

图2.3加变压器电路图

图2.4加变压器后的波形比较

由图中可以看出，经变压器后，电压峰值降至8.576V左右，换算成有效值即为6.064V，符合要求。

2，整流电路：

利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。

方案一：

单相半波整流电路

图2.5半波整流电路图

图2.6半波整流波形比较

单相半波整流简单，使用器件少，它只对交流电的一半波形整流，只要横轴上面的半波或者只要下面的半波。

但由于只利用了交流电的一半波形，所以整流效率不高，而且整流电压的脉动较大，变压器的利用率低。

由于半波整流电路只利用电源的正半轴，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。

方案二：

单相全波整流电路

由于对multisim软件的使用不是很熟练，无法找到中心抽头加到变压器的次级，因而没有能够实现对全波整流的仿真，只能用理论波形图代替讨论。

图2.7全波整流电路图

图2.8全波整流波形图

使用的整流器件较半波整流时多一倍，整流电压脉动较小，比半波整流小一半。

方案三：

单相桥式整流电路

图2.9全桥整流电路图

图2.10全桥整流波形

分析：

电源在正半周时，T1次级上端为正下端为负，整流二极管13端和24端导通，电流由变压器T1次级上端经过13,24回到变压器T1次级下端：

由图可以看出在电源负半周时，T1上端为负下端为正，整流二极管14和23导通，电流由变压器T1次级下端经过14,23回到变压器B1次级上端.负载俩端的电压始终是上正下负，其波形与全波时一致。

使用的整流器件较全波整流时多一倍，整流电压脉动与全波整流相同，每个器件所承受的反向电压为电源电压峰值，变压器利用率较全波整流电路高。

综合3种方案的优缺点:

决定选用方案三。

3，滤波电路：

滤波电路分为电容和电感滤波，由于所设计的电源负载电流不大，所以放弃电感滤波，选择电容滤波，并结合了课堂所学RC滤波的知识，仿真如图：

图2.11滤波电路图

图2.12滤波波形图比较

由图中可以看出，经过滤波电压基本输出稳定的直流量，滤波效果较佳。

4，稳压电路：

虽然滤波后已经可以得到较为平整的直流电压，但是其受到交流电压及负载变化的影响而不稳定，因此需要进行稳压。

本次设计采用稳压二极管进行稳压，仿真如图：

图2.13稳压电路图

图2.14稳压后的波形

分析：

图中可以看出经过稳压可以得到相当稳定的直流电压。

2.3.3总体电路图

第3章直流稳压电源制作

3.1元器件选择和电路参数计算说明

1、变压器的选择

在电容滤波的整流电路中，变压器次级线圈除供给负载电流外，还要向电容充电。

由于充电时的电流瞬时值很大，因此通过变压器次级线圈的电流平均值虽然等于I=，但通过变压器次级线圈的有效值I2要比I=大，I2和I=的关系决定于电流脉冲波型的形状，波型愈小，有效值愈大。

由于一般这种整流电路后面都要用稳压电路，因此估算已能解决实际问题，而没有必要再作繁琐的精确计算。