稳压电流源课程设计Word下载.docx

1、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定的直流电流或电压的，这类变换电路统称为直流稳压电源。现在所使用的大多数电子设备中，几乎都必须用到直流稳压电源来使其正常工作，而最常用的是能将交流电网电压转换为稳定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主要作用，为设备能够稳定工作提供保证。电子设备中都需要稳定的直流电源，功率较小的直流电源大多数都是将50HZ的交流电经过电源变压器，整流，滤波和稳压这四个基本部分后获得。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

2、中的交流成分，使之成为平滑的直流电压；稳压电路的作用是将当输入交流电源电压的波动、负载和温度的变化时，维持输出直流电压的稳定。 由于集成稳压器具有体积小、重量轻、使用方便和工作可靠等优点，应用越来越广泛。国产的稳压器种类很多，主要分为两大类。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，经常要求有稳定的直流电源，所以在整流滤波后面，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，主要是采用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分组成。

3、通过本次设计能使我们对电子工艺的理论有了更进一步的系统了解。我们了解到了设计小电子产品的一些常规方法，以及培养了我们团队合作的能力，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设计目的1、学习直流稳压电源的设计方法2、研究直流稳压电源的设计方案。3、掌握直流稳压电源的稳压系数和内阻测试方法：2.2设计指标设计一波形直流稳压电源，满足：要求电源输出电压为12V（或9V /5V），输

4、入电压为交流220V，最大输出电流为Iomax=500mA，纹波电压VOP-P5mV，稳压系数Sr5%。2.3设计要求（1）根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数；（2）要求绘出原理图，用Protel99画出印制板图；（3）在万能板或面包板或PCB板上制作一台直流稳压电源；（4）设计一个能输出12V/9V/5V的直流稳压电源；（5）拟定设计步骤和测试方案；（6）测量直流稳压电源的稳压系数、纹波电压；（7）撰写设计报告。2.4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分组成，如图2-1所示。图2-1稳压电源的组成框图和整流与稳压过程方案一：简单的

5、并联型稳压电源并联型稳压电源的调整元件与负载并联，因而具有极低的输出电阻，动态特性好，电路简单，并具有自动保护功能；负载短路时调整管截止，可靠性高，但效率低，尤其是在小电流时调整管需承受很大的电流，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，因而效率高，输出功率大；且容易实现短路保护与过流保护，但是电路比较复杂，在低输出电压时开关频率低，纹波大，稳定度极差，因此在本实验中不适合此方案。方案三：可调式三段稳压器能输出连续可调的直流电压常见产品有CW317，系列稳压器能输出连续可调的正电压，稳压器内部含有过流，过热保护电路。纹波电压小，根据本设

6、计，选择此方案。2.5电路原理分析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，基本框图如图2-2所示。各部分的作用： 图2-2（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=，式中是变压器的效率。（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分，输出纹波较小的直流电压U0。常用的整流滤波电路有桥式整流滤波，如图2-3所示。 图2-3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

7、为U0=（1.1-1.2）U2每只整流二极管承受的最大的方向电压 Vrm=U2通过每只二极管的平均电流 I=0.5Ir=0.45U2/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放电时间常数应满足 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发生发生变化时，滤波电路输出的直流电压UI会随着变化。为了维持输出电压UI稳定不变，需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素发生变化时，输出直流电压不受影响，维持稳定的输出。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。2.6直流稳压电源的参数设计方法稳压电源的设

8、计，是根据电源的输出电压Uo、输出电流Io、输出纹波电压Uop-p等性能指标要求，正确地确定出变压器、集成稳压器、整流桥和滤波电路中所用元器件的参数，从而合理的选择这些器件。直流稳压电源的参数设计可以分为以下三个步骤：根据稳压电源的输出电压Uo、最大输出电流Iomax，确定稳压器的型号及电路形式。根据稳压器的输入电压u1，确定电源变压器副边电压u2的有效值U2；根据稳压电源的最大输出电流Iomax，确定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；根据P2和效率，从而确定电源变压器原边的功率P1。然后根据所确定的参数，选择电源变压器。确定整流桥的正向平均电流ID、整流桥的最大反向电压

9、URM和滤波电容的电容值和耐压值。根据所确定的参数，选择整流桥和滤波电容。第三章单元电路设计及参数选择3.1 电源变压器 过整流电路将交流变为脉动的直流电压。由于此脉动的直流压含有较的纹波，必须通过滤波电路加以滤波，从而得到平滑的直流电压。电源变压器的作用是将交流220V的电压变为所需的电压值，然后通过的电压还随电网电压波动、负载何温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载何温度变化时，维持输出直流电压稳定。设计参数如下：小型变压器的效率： 副边功率 效率0.60.70.80.85输入电压Vi的X围为Vomax+（Vi-Vo）minViVo

10、min+（Vi-Vo）max12V+3VVi3V+40V15VVi43V副边电压U2Vi min/1.1=15/1.1=13.64V副边电流I20.5A因为I2=（1.52）Iomax故取I2=0.8A则变压器副边输出功率P2I2U2=11.2W又因为变压器效率等于0.7则原边输入功率P1=P2/0.7=16W所以电源变压器功率选20W，副边电压输出为24V。3.2 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，在小功率电路中一般采用单相半波、全波、桥式整流电路和倍压整流电路。这里应用单相桥式整流电路。 为简化

11、分析，假定二极管是理想器件，即当二极管承受正向电压时，将其作为短路处理；当承受反向电压时，将其作为开路处理。单相桥式整流电路，其电路图如3-1所示图3-1 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分别接变压器二次绕组和负载。在工作时，D1、D2与D3、D4两两轮流导通。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流通路径为：aD1RLD2ba，u0=u2；在u2的负半周，二极管D3和D4正向导通，而D1、D2反向截止，形成负载电流i0，i0流通路径为：bD3RLD4ab， u0=u2。由此可见，不论

12、哪两只二极管导通，负载电流的方向都始终保持不变。电路各处电压、电流波形如图3.2 所示。图3.2 单相桥式整流电路的波形图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=0.9U23）整流二极管的选择整流二极管D选IN4001，其极限参数Vrm50V，If=1A。满足Vrm1.41U2If0.8A的条件。3.3滤波电路（1）工作原理 设u2波形如图3-3（b）所示，未接电容时，输出电压如图3-3（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，此时电源对电容充电，由于充电时间常数很小，电容充电很快，所以电容上升的

13、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1.4U2，二极管D截止，随后u2下降，电容C向负载RL放电，放电时间常数为RLC，其值较大，所以电容电压下降的速度比u2下降到速度慢得多，此时负载电压靠电容C的放电电流来维持，u0=uC。当电容放电到b点时，uCu2，二极管D又导通，电容又被充电。充电至1.4U2后，又放电。如此重复进行，就得到输出电压的波形如图3-3（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。其电路和波形如图3-3所示。图3.3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，工程上一般按下列经验公式进行估算。当电容的容量足够大，满足RLC（35）T/2（T为电网电压的周期）时对于全波或桥式整流电容滤波： U01.2 U2（3）滤波电容的选择为了得到比较好的滤波效果，在实际工作中常根据下式选择滤波电容的容量。 对于全波或桥式整流： RLC（35）T/2 由于电容值比较大，约为几十至几千微法，一般选用电解电容，接入电路时，注意极性不要接反，电容器的耐压值应大