直流稳压电源的设计方式.docx

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直流稳压电源的设计方式

课程设计任务书

半导体直流稳压电源的设计和测试

（一）设计目的

一、学习直流稳压电源的设计方式；

二、研究直流稳压电源的设计方案；

3、把握直流稳压电源的稳压系数和内阻测试方式；

（二）设计要求和技术指标

一、技术指标：

要求电源输出电压为±12V（或±9V/±5V），输入电压为交流220V，最大输出电流为Iomax=500mA，纹波电压△VOP-P≤5mV，稳压系数Sr≤5%。

2、设计大体要求

（1）设计一个能输出±12V/±9V/±5V的直流稳压电源；

（2）拟定设计步骤和测试方案；

（3）依照设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数；

（4）要求绘出原理图，并用Protel画出印制板图；

（5）在全能板或面包板或PCB板上制作一台直流稳压电源；

（6）测量直流稳压电源的内阻；

（7）测量直流稳压电源的稳压系数、纹波电压；

（8）撰写设计报告。

3、设计扩展要求

（1）能显示电源输出电压值，；

（2）要求有短途经载爱惜。

（三）设计提示

一、设计电路框图如下图

稳压电路假设利用分离元件要有取样、放大、比较和调整四个环节，晶体管选用3DD或3DG等型号；假设用集成电路选78XX和79XX稳压器。

测量稳压系数：

在负载电流为最大时，别离测得输入交流比220V增大和减小10%的输出Δvo，并将其中最大一个代入公式计算Sr，

当负载不变时，Sr=ΔVoVI/ΔVIVO。

测量内阻：

在输入交流为220V，别离测得负载电流为0及最大值时的ΔVo，ro=ΔVO/ΔIL。

纹波电压测量：

叠加在输出电压上的交流分量，一样为mV级。

可将其放大后，用示波器观测其峰－峰值△VOP-P；用可用交流毫伏表测量其有效值△VO，由

于纹波电压不是正弦波，因此用有效值衡量存在必然误差。

二、实验仪器设备

自耦变压器一台、数字万用表、交流毫伏表、面包板或全能板、智能电工实验台、示波器

3、设计用要紧器件

变压器、整流二极管、集成稳压器（7812/7912/7809/7909/7805/7905）、电容、电阻假设干

3、参考书

《电工学》电子工业出版社；《晶体管直流稳压电源》辽宁科技出版社；

《电子线路设计·实验·测试》华中科技大学出版社

《模拟电子技术基础》高等教育出版社

（四）设计报告要求

一、选定设计方案；

二、拟出设计步骤，画出电路，分析并计算要紧元件参数值；

3、列出测试数据表格。

4、调试总结。

（五）设计总结

一、总结直流稳压电源的设计方式和运用到的要紧知识点，对设计方案进行比较。

二、总结直流稳压电源要紧参数的测试方式。

设计任务书………………………………………………………2

第一章绪论…………………………………………………5

第二章系统设计方案论证及分析……………………………7

概述……………………………………………………7

设计目的………………………………………………7

设计任务………………………………………………9

设计要求………………………………………………9

电路原理分析…………………………………………9

设计方案的选择与论证………………………………10

直流稳压电源的参数设计方式………………………11

第三章单元电路的设计……………………………………14

电源变压器……………………………………………14

整流电路………………………………………………14

滤波电路………………………………………………16

稳压电路………………………………………………19

第四章制作与调试……………………………………………20

安装与检查………………………………………………22

焊接技术………………………………………………22

稳压电源各项性能指标的测试…………………………23

误差分析………………………………………………24

第五章结论和心得……………………………………………25

第六章谢辞……………………………………………………27

附录………………………………………………………………27

附录A要紧器材………………………………………………28

附录B原理图………………………………………………29

参考文献…………………………………………………………30

第一章绪论

电子技术是现今高新技术的“龙头”，各先进国家无不把它放在优先的进展的地位。

电子技术是电类专业的一门重要的技术基础课，课程地显著特点之一是它的实践性。

要想专门好的把握电子技术，除把握基本器件的原理，电子电路的大体组成及分析方式外，还要把握电子器件及大体电路的应用技术，课程设计确实是电子技术教学中的重要环节。

本课程设计确实是针对模拟电子技术这门课程的要求所做的，同时也将学到的理论与实践紧密结合。

电源技术是一门实践性很强的工程技术，效劳于各行各业。

现今电源技术融合了电气、电子、系统集成、操纵理论、材料等诸多学科领域。

随着运算机和通信技术进展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广漠的进展前景，同时也给电源提出了更高的要求。

随着数控电源在电子装置中的普遍利用，一般电源在工作时产生的误差，会阻碍整个系统的精准度。

电源在利历时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。

只有知足产品标准，才能够进入市场。

随着经济全世界化的进展，知足国际标准的产品才能取得进出的通行证。

电源可分为交流电源和直流电源，它是任何电子设备都不可缺少的组成部份。

交流电源一样为220V、50Hz电源，但许多家用电器设备的内部电路都要采纳直流电源作为供电能源，如收音机、电视机、带微处置器操纵的家电设备等都离不开这种电源。

直流电源又分为两类：

一类是能直接供给直流电流或电压的，如电池、蓄电池、太阳能电池、硅光电池、生物电池等，本文不做具体介绍；另一类是将交流电变换成所需的稳固的直流电流或电压的，这种变换电路统称为直流稳压电源。

此刻所利用的大多数电子设备中，几乎都必需用到直流稳压电源来使其正常工作，而最经常使用的是能将交流电网电压转换为稳固直流电压的直流电源，可见直流稳压电源在电子设备中起着要紧作用，为设备能够稳固工作提供保证。

电子设备中都需要稳固的直流电源，功率较小的直流电源大多数都是将50HZ的交流电通过电源变压器，整流，滤波和稳压这四个大体部份后取得。

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份，使之成为滑腻的直流电压；稳压电路的作用是将当输入交流电源电压的波动、负载和温度的转变时，维持输出直流电压的稳固。

由于集成稳压器具有体积小、重量轻、利用方便和工作靠得住等优势，应用愈来愈普遍。

国产的稳压器种类很多，要紧分为两大类。

稳压器中的调整元件工作在线性放大状态的称为线性稳压器，调整元件工作在开关状态的称为开关稳压器。

在电子仪器仪表中，常常要求有稳固的直流电源，因此在整流滤波后面，通常需要接直流稳压电路。

本设计是设计的直流稳压电源，是一种将220V交流电转换为稳压输出的直流电源装置，主若是采纳一些简单的电子元件即可，它是有电源变压器，整流电路，滤波电路和稳压电路四个部份组成。

通过本次设计能使咱们对电子工艺的理论有了更进一步的系统了解。

咱们了解到了设计小电子产品的一些常规方式，和培育了咱们团队合作的能力，在讨论设计方案，计算元件参数，购买元件，制作电路板，安装调试方面都体会到了团队的力量。

本次课程设计的课题是直流稳压电源的设计和调试，本课程设计将就直流稳压电源电路的工作原理、参数计算、元件选取、电路调试等做详细的介绍和说明。

第二章系统设计方案论证及分析

2.1概述

220V经电源变压器降为约+24V的交流电，先通过D1整流桥和电容C1进行和C2整流后别离通过稳压芯片U1、U2别离取得+12V和-12V的一个相对稳固的直流电压。

为提高输出电压的稳固系数，对电子滤波器的性能进行了改善，电源调整管采纳复合管的形式。

别离在整流滤波和稳压后加电容C3、C4、C5、C6实现频率补偿,避免高频自激振荡和抑制高频干扰。

为了减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰别离加电容C7、C8。

当输入端时，为爱惜稳压芯片加D3、D4。

而且还在输出端加了D1,D2两个发光二极管，来检测电路是不是正常工作，为了避免由于电流过大，讲发光二极管击穿，特用了两个电阻来进行爱惜。

通过一系列的改善如：

减小输出电压纹波系数，达到优良的滤波成效等，是最终电路达到了设计要求。

设计目的

1、学习小功率直流稳压电源的设计与调试方式。

2、把握小功率直流稳压电源有关参数的测试方式。

3、通过集成直流稳压电源的设计、安装和调试，要求学会：

（1）选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源；

（2）掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。

（3）通过电路的设计能够加深对该课程知识的明白得和对知识的综合运用。

设计任务

设计一波形直流稳压电源，知足：

（1）当输入电压在220V±10%时，输出直流电压为±12V，输出直流电流d的最大为500mA；

（2）输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于5%，输出内阻小于欧。

设计要求

直流稳压电源的大体要求：

（1）合理的选择

电源变压器；

（2）合理选择集成稳压器；

（3）完成全电路理论设计、计算机辅助分析与仿真、安装调试、绘制电路图；

（4）撰写设计使用说明书。

（5）稳压电源　在输入电压为220Ｖ，50HZ.电压转变范围为+10%~-10%条件下：

a.输出直流电压为+12/-12；

b.  最大输出电流为:

Iomax＝500mA；

c.  纹波电压（峰-峰值）≤5mV（最低输入电压下，满载）；

d. 具有过流爱惜及短路爱惜功能；

e.画出整体设计框图，以说明直流稳压电源有哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间的联系、转变，并以文字对原理作辅助说明。

设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。

选择适合的元器件，接线验证、调试各个功能模块的电路，在接线验证时设计、选择适合的输入信号和输出方式，在充分电路正确性同时，输入信号和输出方式要便于电路的测试和故障排除。

在验证各个功能模块基础上，对整个电路

的元器件和布线，进行合理布局，进行直流稳压电源整个电路的调试。

设计方案的选择与论证

小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部份组成，如下图。

（a）

u1u2u3uI

（b）整流与稳压进程

图稳压电源的组成框图及整流与稳压进程

方案一：

简单的并联型稳压电源

并联型稳压电源的调整元件与负载并联，因此具有极低的输出电阻，动态特性好，电路简单，并具有自动爱惜功能；负载短路时调整管截止，靠得住性高，但效率低，尤其是在小电流时调整管需经受专门大的电流，损耗过大，因此在本实验中不适合此方案。

方案二：

输出可调的开关电源；

开关电源的功能元件工作在开关状态，因此效率高，输出功率大；且容易实现短路爱惜与过流爱惜，可是电路比较复杂，设计繁琐，在低输出电压时开关频率低，纹波大，稳固度极差，因此在本实验中不适合此方案。

方案三：

由固定式三端稳压器（7812）组成

由固定式三端稳压器（7812）输出脚V0、输入脚Vi和接地脚GND组成，它的稳压值为+12V，它属于CW78**系列的稳压器，输入端接电容能够进一步滤波，输出端接电容能够改善负载的刹时阻碍，此电路比较稳固。

依如实验设计要求，本实验采纳方案三。

电路原理分析

直流稳压电源一样由电源变压器T、整流、滤波电路及稳压电路所组成，大体框图如下图。

各部份的作用：

图

（1）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U2。

变压器副边与原边的功率比为P2/P1=η，式中η是变压器的效率。

（2）整流滤波电路：

整流电路将交流电压U1变换成脉动的直流电压。

再经滤波电路滤除较大的纹波成份，输出纹波较小的直流电压U0。

经常使用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等，如下图。

图

整流桥将交流电压U2变成脉动的直流电压，再经滤波电容C滤波纹波，输出直流电压U0。

U0与交流电压U2的有效值u2的关系为

U0=（）u2

每只整流二极管经受的最大的方向电压Vrm=

U2

通过每只二极管的平均电流I==R

式中,R为整流电路的负载电阻.它为电容C提供放电回路,RC放电时刻常数应知足RLC≥（3-5）T/2

式中,T为50HZ交流电压的周期,即20ms.

（3）电压输出稳压器

由于输入电压U1发生波动、负载和温度发生转变时，滤波电路输出的直流电压UI会随着转变。

因此，为了维持输出电压UI

稳固不变，还需加一级稳压电路。

稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生转变时，能使输出直流电压不受阻碍，而维持稳固的输出。

稳压电路一样采纳集成稳压器和一些外围元件所组成。

采纳集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳固、结构简单等优势。

直流稳压电源的参数设计方式

稳压电源的设计，是依照稳压电源的输出电压Uo、输出电流Io、输出纹波电压ΔUop-p等性能指标要求，正确地确信出变压器、集成稳压器、整流桥和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择这些器件。

直流稳压电源的参数设计能够分为以下三个步骤：

依照稳压电源的输出电压Uo、最大输出电流Iomax，确信稳压器的型号及电路形式。

依照稳压器的输入电压

，确信电源变压器副边电压u2的有效值U2；依照稳压电源的最大输出电流I0max，确信流过电源变压器副边的电流I2和电源变压器副边的功率P2；依照P2，从表1查出变压器的效率η，从而确信电源变压器原边的功率P1。

然后依照所确信的参数，选择电源变压器。

确信整流桥的正向平均电流ID、整流桥的最大反向电压

和滤波电容的电容值和耐压值。

依照所确信的参数，选择整流桥和滤波电容。

设计参数如下：

⑴　选择三端集成稳压器，确信电路形式

集成稳压器选用L7812cv（1.5A,12V）及PJ7912（1.5A,-12V），其输出电压范围为：

Uo=12V和-12V。

所确信的稳压电源电路如下图。

图

⑵选择电源变压器

电源变压器有很多种：

有降压的、有升压的，在这次的设计中我用的是降压变压器，它的作用是以后自电网的220V交流电压u1变

为整流电路所需要的交流电压u2。

，其中：

是变压器副边的功率，

是变压器原边的功率。

一样小型变压器的效率如表1所示：

表1小型变压器的效率

副边功率

效率

因此，当算出了副边功率

后，就能够够依照上表算出原边功率

。

U1和U2的取值决定了相关器件及参数的选择，一样情形下，U1应比U0高3V左右（过小阻碍稳压，太大稳压器功耗大，易受热损坏）。

故可取U1=12+3=15V，考虑电网电压10%的波动，最终取U1=,由UL=（）V2,变压器次有效值u2为u2=U1/=，但因本设计输出电压为12V，故变压器输出电压U2=18V，即变比为，但在实际进程中，由于商家没有，选购了输出为24V的。

⑶选用整流桥和滤波电容

整流桥：

整流输出电压平值

=

二极管平均电流

=0.327A

二极管最大反向压

=

故整流桥选用2W06W（1A,50V）

爱惜二极管选IN4001（1A,50V）

滤波电容：

RLC≥（3-5）T/2,那么C1=5T/2RL,式中T为交流电源周期，T=20ms，RL为C1右边的等效电阻，应去最小值，由于Imax=500mA,因此RL=U1/Imax=33,因此C1=C2=1515μf,可见C1的容量较大，应选电解电容，受规格限制，电容的耐压要≥25V,故滤波电容C取容量为2200uF，耐压为25V的电解电容。

发光二极管的爱惜电阻选用470

.

第三章单元电路设计

电源变压器

过整流电路将交流变成脉动的直流电压。

由于此脉动的直流压含有较的纹波，必需通过滤波电路加以滤波，从而取得滑腻的直流电压。

电源变压器的作用是将交流220V的电压变成所需的电压值，然后通过的电压还随电网电压波动、负载何温度的转变而转变。

因此在整流、滤波电路以后，还需接稳压电路。

稳压电路的作用是当电网电压波动、负载何温度转变时，维持输出直流电压稳固。

整流电路

利用二极管的单向导电性，将交流电压（电流）变成单向脉动电压（电流）的电路，称为整流电路。

交流电分为三相交流电和单相交流电，在小功率电路中一样采纳单相半波、全波、桥式整流电路和倍压整流电路。

本节要紧研究单相桥式整流电路，关于倍压整流电路及全波整流电路，可通过相应参考书来了解。

为简化分析，假定二极管是理想器件，即当二极管经受正向电压时，将其作为短路处置；当经受反向电压时，将其作为开路处置。

单相桥式整流电路

为了保留全波整流电路效率高、脉动系数小的优势而克服其反向电压高的缺点，假设使二极管经受的反向电压和半波电路一样，比全波整流电路减少一半，使二极管本钱下降，可在此基础上多用几只二极管，如下图电路就大体解决了上述问题。

图单相桥式整流电路

1）电路组成及工作原理

桥式整流电路由四只二极管组成的一个电桥，电桥的两组相对节点别离接变压器二次绕组和负载。

这种电路有三种画法，如下图。

在工作时，D一、D2与D3、D4两两连番导通。

在u2正半周，二极管D1和D2正向导通，而D3、D4反向截止，形成负载电流i0，i0流通途径为：

a→D1→RL→D2→b→a，u0=u2；在u2的负半周，二极管D3和D4正向导通，而D一、D2反向截止，形成负载电流i0，i0流通途径为：

b→D3→RL→D4→a→b，u0=－u2。

由此可见，不论哪两只二极管导通，负载电流的方向都始终维持不变。

电路遍地电压、电流波形如图所示。

2）输出电流电压U0

由桥式整流电路的波形可知，其输出电压及流过二极管的电流与全波整流的波形相同：

U0=

3）整流二极管的选择

由桥式整流电路的波形可知，每只二极管截止时所经受的反向电压为变压器副边电压峰值，因此，各二极管所经受的最大反向电压为

URM=

U2

尽管是全波整流，由于二极管仍然是只有半个周期导通。

此值与半波整流电路相同，负载上的电流是那个数值的2倍。

ID=I0/2

图单相桥式整流电路的波形图

滤波电路

通过整流后，输出电压在正负方向上没有转变，但输出电压波形仍然维持正弦波的形状，起伏专门大。

为了能够取得滑腻的直流电压波形，需要有滤波的方法。

在直流电源上多是利用电抗元件对交流信号的电抗性质，将电容器或电感器与负载电阻适当连接而组成滤波电路。

电容有通高频、阻低频的作用，将其直接并在整流电路后面，能够让高频电流通过电容流回电源，从而减少了流入负载的高频电流，降低了负载电压的高频成份，减小了脉动。

下面讨论电容滤波电路的工作原理，为讨论问题的方便，咱们以半波整流电容滤波电路为例进行分析，电路如下图。

图单向半波整流电容滤波电路及其波形图

（1）工作原理

设u2波形如图（b）所示，未接电容时，输出电压如图（b）中的虚线所示。

在u2正半周，设u2由零上升，二极管D导通，u0=u2，现在电源对电容充电，由于充电时刻常数很小，电容充电专门快，因此电容上升的速度完全跟得上电源电压的上升速度，uC=u2。

当u2上升到峰值时，电容充电达到，二极管D截止，随后u2下降，电容C向负载RL放电，放电时刻常数为RLC，其值较大，因此电容电压下降的速度比u2下降到速度慢得多，现在负载电压靠电容C的放电电流来维持，u0=uC。

当电容放电到b点时，uC＜u2，二极管D又导通，电容又被充电。

充电至后，又放电。

如此重复进行，就取得输出电压的波形如图（b）中实线所示。

由图可见，经电容滤波后，负载电压变得平稳，且平均值提高了。

桥式整流电容滤波电路的原理与半波时相同，其电路和波形如下图。

图单相桥式整流电容滤波电路及其波形图

（2）输出直流电压

在有滤波电容的整流电路中，要对其输出直流电压进行准确的计算是很困难的，工程上一样按以下体会公式进行估算。

当电容的容量足够大，知足RLC≥（3－5）T/2（T为电网电压的周期）时，

关于半波整流电容滤波：

U0≈U2

关于全波或桥式整流电容滤波：

U0＝U2

（3）滤波电容的选择

为了取得比较好的滤波成效，在实际工作中常依照下式选择滤波电容的容量。

关于半波整流：

RLC≥（3－5）T

关于全波或桥式整流：

RLC≥（3－5）T/2

由于电容值比较大，约为几十至几千微法，一样选用电解电容，接入电路时，注意极性不要接反，电容器的耐压值应大于。

（4）整流二极管的选择

关于半波整流滤波电路：

ID=I0，URM=

关于全波或桥式整流电容滤波电路：

ID=I0/2，桥式整流URM=

U2，全波整流URM=

由图、图可见，加上电容滤波，流过整流管的电流变成脉冲电流，由于电源接通的刹时，电容相当于短路，有一个专门大的冲击电流流过二极管，其刹时值能够是正常工作时的好几倍，故在选择整流管最大许诺的正向平均电流时，应留有充分的裕量，一样选IF=（2～3）ID。

稳压电路

集成三端稳压器具有体积小，外围元件少，调整简单，利用方便且性能好，稳固性高，价钱廉价等优势，因此取得愈来愈普遍的应用。

常见的有固定式和可调式两类集成三端稳压器，内部多以串联型稳压电源为主，还有适当的过流、过热等爱惜电路。

一样固定式较廉价，可调式较贵，性能也好些，功率相对也较大。

故本次设计采纳固定式三端稳压器。

要紧有7800系列（输出正电压）和7900系列（输出负电压）。

后两位数字通常表示输出电压的大小。

图是外形图和电路符号。

加散热片后许诺功耗达到，一般型稳压器最大输出电流为1.5A。

图固定式集成三端稳压器外形及电路符号

1.大体应用电路

图所示为大体应用电路。

具体型号应依照输出电压大小和极性选择。

VI和VO间的差压，即|VI－VO|≈

（3~5）V。

图中C1用于抑制芯片自激，应尽可能靠近稳压器管脚；C2用于限制芯片高频带宽，减小高频噪声。

若是对输出要求高，还应接10μF以上的电解电容作滤波用。

图固定式三端稳压器大体应用电路

2.扩展应用电路

图是正负电压输出型稳压电路。

图（a）、（b）是输出电压扩展电路的两种类型。

图正负输出稳压电路

图输出电压扩展电路

第四章制作与检测

安装与检查

对电路进行组装：

依照自己设计的电路，在在通用板上焊接。

焊接完毕后，应付照电路图认真检查，看是不是有错接、漏接、虚焊的现象。

对安装完成的电路板的参数及工作状态进行测量，以便提供调整电路的依据。

通过反复的调整和测量，使电路的性能达到要求。

安装前应检查元器件的质量，安装是专门要注意电解电容、集成芯片等要紧器件的引脚和极性，不能接错。

从输入级开始向后级安装。

开始安装稳压电源，检查全能板内部结构，确信其内部的电气连接属性．

1）检查元器件看是不是有损坏，或不符合规格的，要及时改换。

2）安装一个元器件，先要用尖嘴钳将其引脚成型，然后用镊子把引脚放入孔内．高度要适中，符合电气标准．完毕后，要用万用表测量元器件引脚和电路板之间是不是接触良好，然后再安装下一