集成直流稳压电源课程设计.docx
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集成直流稳压电源课程设计
集成直流稳压电源课程设计
UniversityofSouthChina
电子课程设计说明书
设计题目:
集成直流稳压电源
专
业：
电气工程及其自动化
年
级：
08级
学
号：
20084450209
姓
名：
康巍
指导教师：
管金云
2011年1月
1设计任务与要
求
1.1
务・•
1.2
求・.
2设计原理及总体设计方
案
2.1
理“
2.2总体设计方
案
3单元电路设计与参数计
算
3.1选择集成三端稳压
器
计
3.3
选
择
整流
滤
波
电
路
3.4
选择
整
流
二极
管和
滤波
电
容
•••
3.5
选
择
电
源
变
压
器
4
rm••••.
总
原
理
图
5
安
装
与
调
试
6
ZH••••.
结
论
与
心
得
参
考
文
3.2
输出电流扩充及保护电路的设
引言
宜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,并实现同时输出±15V的直流电压。
1设计任务与要求
1.1设计任务
（1）同时输出电压：
U°=±15V；输出电流：
/0=2A；
（2）输出波纹电压：
△、小5印；稳压系数：
5/5X10-3；
（3）输出内阻：
^<0.10;
（4）加输出保护电路，/omax<2A
1.2设计要求
（1）电源变压器只做理论要求；
（2）合理选择集成稳压管及扩流三极管；
（3）保护电路采用限流型；
（4）完成全电路设计、安装调试、绘制电路图、自制印刷板；
（5）撰写设计报告、调试总结报告及使用说明书。
2设计原理及方案图
直流稳压电源一般由电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图和基本应用电路如图2・1和图2-2所示。
各部分电路的作用如下：
1申源变压蚩!
整流波波
稳压电路」
.I
图2-2直流稳压电源基本应用电路
2.1设计原理
（1）电源变压器：
电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压U1。
变压器副边与原边的功率比为
S=n
式中n为变压器的效率。
一般小型变压器的效率如表2-3所示。
表2-3小型变压器的效率
副边功率?
2
<10VA
10~30VA
30〜80VA
80~200VA
）——-
效率7J
0.6
0.7
0.8
0.85
通过上表可以算出变压器原边的功率P.O
（2）整流滤波电路
整流电路将交流电压Ui变换成脉动的宜流电压。
再经滤波电路滤除纹波，输出直流电压Uoc
常用的整流滤波电路有全波整流电路、桥式整流电路、倍压整流滤波电路如图2-4（a）、（b）及（c）所示。
图2.4几种常见整流滤波电路
（a）全波整流电路：
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。
无滤波电路时的输出电压Vo=0.9Vi,变压器的利用率比半波整流时高。
变压器二次绕组需中心抽头。
整流器件所承受的反向电压较高。
（b）桥式整流电路：
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。
（C）二倍压整流电路：
倍压整流电路一般用于高电压、小电流（几毫安一下）和负载变化不大的直流电源中。
上述三种整流电路中滤波电容C满足：
"=（3~5）T/2
式中T为输出交流信号周期；氏」为整流滤波电路的等效负载电阻。
（3）三端集成稳压器
常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器（均属电压串联型），下面分别介绍其典型应用。
1固定式集成稳压器
正压系列：
78XX系列，该系列稳压块有过流、过热和调整管安全工作区保护，以防过载而损坏。
一般不需要外接元件即可工作，有时为改善性能也加少量元件。
78XX系列又分三个子系列，即78XX、78MXX和78LXX。
其差别只在输出电流和外形，78XX输出电流为1.5A,78MXX输出电流为0.5A,78LXX输出电流为0.1A。
负压系列：
79XX系列与78XX系列相比，除了输出电压极性、引脚定义不同外,其他特点都相同。
78XX系列和79XX系列的典型电路如图2-5（a）、（b）、（c）所示。
图2-5固定三
端稳压器的典型应用
2可调式三端集成稳压器正压系列：
W317系列稳压块能在输出电压为1.25V~37V的范围内连续可调，外接
元件只需一个固定电阻和一只电位器。
其芯片内也有过流、过热和安全工作区保护。
最大输出电路为1.5A。
其典型如图2.6所示，其中电阻R与电位器RP组成电压输出调节电器，输出电压的表达式为：
IhR1.25（1+Rp/Ri）
式中，一般取值为（120〜240欧），输出端与调整压差为稳压器的基准电压（典型值为1.25V）,所以流经电阻Ri的泄放电流为5〜10mA。
负压系列：
W337系列，与W317系列相比，除了输出电压极性、引脚定义不同外,其他特点都相同。
图2-6可调式三端稳
压器的典型应用
3集成稳压器的电流扩展
若想连续输出1A以上的电流，可采用图2.7所示的加接三极管增大电流的方法。
图中VTi称为扩流功率管，应选大功率三极管。
VT2为过流保护三极管，正常工作时该管为截止状态。
三极管VT】的直流电流放大倍数W必须满足能1山。
另外，Zi
的最大值由VT】的额定值决定，如需更大的电流，可把三极管接成达林顿管方式。
图2-7输出电
流扩展电路
可以得出输出电流为:
Zl=Zo+/i
但这时，三端稳压器内部过流保护电路己失去作用，必须在外部增加保护电路，这就是VT2和当电流A和R2上产生的电压降达到VT2的L/BE2时，VT2导通，于是向VT】基极注入电流，使VTi关断，从而达到限制电流的目的。
保护电路的动作点是：
Zlinax^Ziniax=UW2IR2
三极管的UBE2具有负温度系数，设定数值时，必须考虑此温度系数。
以上通过采用外接功率管VT1的方法，达到扩流的目的，但这种方法会降低稳压精度,增加稳压器的输入与输出压差，这对大电流的工作的电源是不利的。
若希望稳压精度不变，可采用集成稳压器的并联方法来扩大输出电流。
2.2总体设计方案
1、根据稳压电源的输出电压Uo、最大输出电流lomax,确定稳压器的型号及电路形式。
2、根据稳压器的输入电压Uo,确定电源变压器副边电压是的有效值〃八根据稳压电源的最大输出电流lomax,确定流过电源变压器副边的电流上和电源变压器副边的功率根据由相关资料查出变压器的效率n,从而确定电源变压器原边的功率然后根据所确定的参数，选择电源变压器。
3、确定整流二极管的正向平均电流/〃、整流二极管的最大反向电压*.“和滤波电容的电容值和耐压值。
根据所确定的参数，选择整流二极管和滤波电容。
3单元电路设计与参数计算
3.1选择集成三端稳压器
1、集成稳压器：
由于要满足输出电压Uo=±15V的设计要求，故由2.2节稳压电路原理可知本设计的稳压电路应采用两个三端固定稳压器W7815和W7915构成集成稳压器。
W7800和W7900系列三端式集成稳压器的输出电压是固定的，在使用中不能进行调整。
使用时应注意，为使调整管工作在放大区，必须使稳压器满足|（/,|-|（/0|>2V,但考虑调整管功耗，也不宜过大，地端静态电流L=8mA。
W7815的主要参数有：
输出直流电压Uo=+15V,最大输出电流/omax=1.5A,电压调整率10mV/V,输出电阻&=0.15d图3・1为W7815和W7915组成的正、负
双电压输出电路，输出为±15V。
图3.1W7815和W7915组成的正、负双电压输出电路，输出为±15V
2、稳压电路的参数计算：
（1）确定稳压电路的最低输入宜流电压Umn
UQ[久皿+（化顼。
）顽/0.9
代入各指标，计算得：
U响N[15+3]/0.9=20V
故本设计中的S■取20V
（2）确定电源变压器副边上半边的电压
^/21=t/la/1.2=20/1.2=16.7V
（3）整流滤波电路的输出电阻
7815地端静态电流，Q=8mA,7815最大输出电流/omax=1.5A,整流滤波的输
于是整流滤波电路的输出电阻为:
％=九/匕=20/1.508=13.26Q
图3・1中两个0.33UF电容用于抵消输入长接线的电感效应，防止自激,其容量较小,一般取小于luF。
两个O.luF电容用于改善负载的瞬态响应，消除高频噪声，可取小于luF,当负电源输入断开时，三端稳压器输出将承受对地反压。
加保护管后，D6正偏导通，限制反压为0.7V,同理，D5保护正电源。
3.2输出电流扩充及保护电路的设计
由于输出电流要求为/°=2A,但W7815,W7915的最大输出电流只有1.5A,所以需要加输出电流扩展及保护电路，输出电流扩展及保护电路如图3.2所示。
图3・2
7；与三端器件内部调整管并联，扩大输出电流，L选用三极管大功率三极管，负载较轻时L截止；当负载电流增大,//增大，，导通分流，L、尺构成短路保护，T2在正常状态时截止，过流时导通，导通后减小，使减小，妇减小起到限流的作用。
由于R中流过W7800的空载电流和部分负载电流，故其阻值不宜增大，一般约几欧姆，这里取R=3。
。
故有:
R，=Ug/L」=Ug/（/o-/oxx）=0.3/（2・L5）=0.6Q
3.3选择整流滤波电路
由2.2节可知，综合各方面的优缺点对比，本设计选择单相桥式整流电路更合理，且采用电容滤波，其电路图如图3・3所示。
图3・3
式整流电路
/〃=。
叫，电路中的每只二极
®（U2是变庄器副边电
在桥式整流电路中，每个二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，即管承受的最大反向电压为压有效值）。
3.4选择整流二极管和滤波电容
1、整流二极管的选择：
由U2i=16.7V,得每只整流二极管的最大反向电压为:
VRM=VIt/2a=1.414x16.7V=23.61V
通过每只二极管的平均电流Id为：
ID=0.5/[=0.5x1508mA=754mA
根据/〃和进行选管，可选用1N4001硅整流二极管50V/1A,
（//f=5uA,VF=lV,/fs=50A）
2、滤波电容的选择：
一般应使放电时间常数R“C大于电容C的充电周期（3〜5）倍：
七IC=（3〜5）172
对桥式整流来说，C的充电周期等于交流电网周期的一半，即：
T=l/f=l/50=0.02s
电容的容值为：
T
C=（3〜5）-/风1=（3〜5）x0.01/13.26F=（2262〜3771）uF
2
电容的耐压值为：
1}>1.1应上=l.lx1.414X16.7V=25.98V
根据C与U可确定选取电容3300uf/35V型。
3.5选择电源变压器
变压器次级线圈电压的有效值q?
在前面己经求出，变压器次级线圈电流有效值/2比。
大，匕与。
的关系取决于电流脉冲波形的形状，波形愈尖，有效值越大。
一般取/产（1.5~2）。
故有：
匕％1.5~2）/L=（1.5-2）x2A=（3-4）A
变压器副边的功率为：
P2=P2i+P2b=2U2aI2=2x16.7x（3〜4）=（100.2~133.6）VA
由功率比=r及2.2节图2-3可查得应选副边功率80〜200VA,效率为0.85的电源变压器。
4总原理图
由第3节所选择的各单元电路及其参数将其组成如图4所示的总原理图：
：
rffl
5安装与调试
1、鉴于在仿真的过程中multisim与protel的元件库中不能找到所必须的原件,故本次仿真采用proteus软件，其仿真电路如图5T所示：
2、设置输入电压的参数进行仿真，当t/=220V时，测出其稳压端输出电压U。
；当
■=250V时，测出此时稳压端输出电压〃of以此进行S、.的计算，仿真如图5-2、5-3o
对应输出:
仿真表明当t/=220V时，输出电压U°=15.2V,输出电流/O=1.98A（负载电阻位=50。
）。
继续调整输入电压的值使S=255V及U=185V,仿真后会发现输出电流电压的值没有变化，依然保持输出电压U°=15.2V,输出电流/O=1.98A,故有此可算出稳压系数，由于展，故此时的SqO,满足设计要求。
设计误差：
1=1.3
U顽15
y2
3、用示波器测输出电压的纹波，即测定△、「，仿真截图如图5-4所示。
由仿真图可以看出△勺p=300uVv5mV,满足设计要求。
综上所述，该设计的仿真调试结果为：
设计要求
测试结果
误差分析
U°=±15V
±19.8V
1.3%
，°=2A
19.8A
1%
AKP.p<5mV
300.OOuA
300.00uV«5mV
Sv<5xlO-3
«0
rO
故在误差允许的范围内，本设计已达设计要求。
6结论与心得
经过几天的连续奋战，终天完成了这个设计。
说实话，刚拿到这个题目感觉不是很难，因为题目就是一个简单的稳压电源的设计而已，经过变压、整流、滤波、稳压四个过程就能得到想要的结果。
可在设计的过程中却发现有很多的问题解决不了，参数的精确计算、计算后对元件的选择、以及仿真都是自己之前没接触到过的，感觉无从下手。
后经过参考资料，询问同学对参数进行了计算，可最后的仿真又存在很大的问题，也因此纠缠了很久，因为只学过multisim以及protel的仿真，但在仿真连接电路的时候发现两个软件都不能将该电路需要的所有元件找到，因此仿真也无法进行，不过听同学说proteus中的元件库中的元件很齐全，于是便采用了proteus仿真，由于之前没学过这个软件，因此只能临时学一些皮毛，故在仿真的过程中难免会出现一些问题，特别是晶体管的选择，因为其型号种类太多，所以总是很难选择到适合该电路的晶体管，只能根据结果进行删选，改换，因此仿真图和原理图相比有些出入。
本次电子技术课程设计，培养了我综合应用课本理论解决实际问题的能力；我觉得本次课程设计对自己动手解决问题的能力有很大的提高，要完成好设计需要自己将学过的理论知识与实际系统地联系起来，能真正运用理论解决实际问题，那样才能真正学到东西。
由于自己水平有限，该课程设计难免会有一些错误和误差，还希望老师批评指正。
参考文献
[1]康华光主编.《电子技术基础》.北京:
高等教育出版社.
[2]李万臣主编.《模拟电子线路设计、仿真、编程与实践》.哈尔滨:
哈尔滨工程大学出版社.
[3]杨毅德主编.《模拟电路》.重庆:
重庆大学出版社.
[4]林红，周鑫霞主编.《模拟电路基础》.北京:
清华大学出版社.
[5]谢红主编.《模拟电子技术基础》.哈尔滨:
哈尔滨工程大学出版社.
[6]朱清慧，张凤蕊主编.《Proteus教程-•电子线路设计、制版与仿真》.北京：
清华大学出版社
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