直流稳压电源设计案例.docx

1、直流稳压电源设计案例设计一个直流稳压电源，其性能指标要求为：U0=12V、I0(max)=500mA；纹波电压的有效值50mV；稳压系数。所设计电源的方案和工作原理分析；选取的元件和器件的参数确定；直流稳压电源各项性能指标的测试及方法。 第1章 设计原理1.1电路原理直流稳压电源的工作流程如下稳压电源一般由变压器、整流器和稳压器三大部分组成。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电，整流电路变换成单向脉冲电压，由滤波电路滤去其中的交流分量，得到较平滑的直流电压，最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。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-

2、1所示。图1-1 直流稳压电源的方框图1.1.1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Ui。变压器副边与原边的功率比为P2/ P1= （1-1） 式中是变压器的效率。 表11 小型变压器的效率副边功率P/vA1010-3030-8080-200效率0.60.70.80.851.1.2整流滤波电路 将变压器输出的符合电压要求的交流电变换为所需数值的直流电。常用的整流电路主要有：半波整流、全波整流及桥式整流等。相对于半波整流相，全波整流二极管交替导通，其输出电压纹波明显减小；而桥式整流电路是全波整流电路的一个变形，其输出电压波形与全波整流电路相同

3、，但加在变压器次级线圈上的电流变为了极性正负交替的脉冲电流，其性能更加优越。本设计中采用性能优越的桥式整流电路。直流电路的任务是将交流点变为直流电。完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用。因此二极管是整流电路的关键元件。在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压u2变换成脉动的直流电压u3。滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压u3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压UI。UI与交流电压u2的有效值U2的关系为： （1-2）在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为： （1-3）流过每只二极管的平均电流为： （1-4）其中：R为整流滤波电路

4、的负载电阻，它为电容C提供放电通路，放电时间常数RC应满足： （1-5）其中：T = 20ms是50Hz交流电压的周期。滤波电路用于滤去输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成。由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容C在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电压降低时，就能把能量释放出来，使负载电压比较平滑，即C具有平波作用；与负载串联的电感L，当电源供给的电流增加时，它能把能量存储起来，而当电流减小时又能把能量释放出来，使负载电流比较平滑，即电感也具有平波作用。图1-2 整流与滤波电路图,1.1.3稳压电路固定式三端稳压器与电容C组成稳压电路。稳压器7805输出为+5V，稳压器79

5、05输出为-5V，输入端接电容可以进一步滤除纹波，输出端接电容能改善负载的瞬态影响，使电路稳定工作。、采用漏电流小的钽电容。其中稳压器的相关参数如表1-2所示：表1-2 集成稳压器的参数名称CW7812CW7912最大输入电压/V+27 -27最小输入电压/V +14.5 -14.5输出电压范围/V+11.5 to+12.5-11.5 to-12.5Ripple Rejection 纹波抑制 +55db+71db集成稳压器的输出电压Vo与稳压电源的输出电压相同稳压器的最大允许电流IcmIo max,输入电压Vi的范围为Vomax+(Vi-Vo)minViVomin+(Vi-Vo)max （1-

6、6）式中，Vomax为最大输出电压，Vomin为最小输出电压，(Vi-Vo)max为稳压器的最大输入、输出压差，(Vi-Vo)min为稳压器最小输入、输出压差。第2章 实验方案分析2.1稳压电源的设计方法：稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压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、整流二极管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。 稳压电源的设计可以分为以下三个步骤：1） 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。2） 根据稳压器的输入电压，确定电源变压器副边电压u2的有效值U2；根据

7、稳压电源的最大输出电流I0max，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，从表1查出变压器的效率，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。3） 确定整流二极管的正向平均电流ID、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。2.2方案的确定2.2.1 方案一：采用电源变压器、整流滤波电路和稳压电路。其中稳压电路是使用分离元件，通过取样、放大、比较和调整四个环节，晶体管选用3DD或3DG等型号。这个方案一般来说比较复杂，而且验证过程也比较麻烦且所用到的元件较多且误差较大，因此尽量不用这

8、个方案2.2.2 方案二：采用电源变压器、整流滤波电路和稳压电路。其中稳压电路是使用集成电路CW7812和CW7912稳压器。该电路能输出固定的正负12V的直流电压，而且电路较方案一相比结构简单，所用元件数目少，且容易调试。因此，本次设计我们采用此方案。第3章 参数确定及元件选择3.1 集成稳压的选择及电路的确定3.1.1集成稳压器的选择 根据设计要求及技术指标，选做电压为正负12V的直流稳压电源，选择固定式三端稳压器MC7812和MC7912。芯片MC7812引脚排列为：1端接输入，2端接地 ,3端接输出。芯片MC7912CV引脚排列为：1 端接地，2端接输入，3端接输出。3.1.2 电路的

9、确定 由实验原理和设计要求确定电路如图3-1所示，图3-1设计原理图3.2 参数的确定3.2.1 电源变压器的选择 由式（1-6），可得输入电压Vi的范围为：Vomax+(Vi-Vo)minViIomax，故整流二极管选IN40012）滤波电容的选择根据 和公式可求得：Vi=Vop-pVi(VoSv)=0.0515.5(120.003)21.53V所以，滤波电容：C=Ic t/Vi=IomaxVi = 233.3 uF 电容的耐压要大于215=21.3V故滤波电容C取容量为1000uF，耐压为35V的电解电容 3.2.3 稳压电路的选择根据 CW7812和CW7912CV允许的最大输出电流Io

10、max =1.5A。输入电压与输出电压差的允许范围为：UI -Uo = 3 5V第4章 元件清单 表4-1 元件清单变压器220V-15V整流桥堆KBP307二极管 发光二极管两个电容极性电容：C1=1000uf两个， C2=1 00 uf两个电容：C3=0.33uf两个 C4=0.1 uf两个电阻R1=R2=1000集成芯片CW7812和CW7912单排针 两个第5章 原理图的确定图5-1原理图第6章 稳压电路的性能指标测试6.1输出电压与最大输出电流的测试测试电路如图6-1所示。一般情况下，稳压器正常工作时，其输出电流要小于最大输出电流，取，可算出RL=24，工作时上消耗的功率为：故取额定

11、功率为5W，阻值为10的电位器。测试时，先使，交流输入电压为220V，用数字电压表测量的电压值就是Uo（测得它们分别为12.032V和-12.035V）；然后慢慢调小，直到Uo的值下降5%，此时流经的电流就是（测得它们分别为0.14A和-0.15A），记下后，要马上调大的值，以减小稳压器的功耗图6-1 稳压电源性能指标测试电路6.2稳压系数的测量 按图6-1所示连接电路， 在时，测出稳压电源的输出电压Uo。然后调节自耦变压器使输入电压，测出稳压电源对应的输出电压Uo1 ；再调节自耦变压器使输入电压，测出稳压电源的输出电压Uo2。则稳压系数为： （6-1）所以当Uo=12V时，测得Vo=12.0

12、32V，Vo1=12.035V，Vo2=12.029V，由（6-1）式得Sr=0.0025；同理，当Uo=-12V时，测得Vo=-12.035，Vo1=-12.036，Vo2=-12.035V，则Sr=0.0004。对比技术指标Sr0.3%知，稳压系数符合设计指标。6.3稳压电源内阻的测量按图6-1所示连接电路，保持稳压电源的输入电压，在负载电流为0及最大值时的vo，则ro=vo/ vIl当Io等于0时，测得Vo等于12.032V，当Io为Iomax，测得Vo为11.079V。ro=1.9.6.4纹波电压的测试 用示波器观察Uo的峰峰值，（此时Y通道输入信号采用交流耦合AC），测量Uop-p的

13、值（约几mV）。测得放大5倍时对应的vop-p=20div5mv/div=100mv 则vop-p=100/5mv=20mv，对比技术指标vop-p50mv知符合技术指标。第七章 误差分析7.1、误差分析1）、误差计算+Vcc%=|5.00-5.03|/5.00=0.60%-Vcc%=|5.00-5.05|/5.00=1.00%2）、误差原因综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差因素有:a元件本身存在误差；b焊接时，焊接点存在微小电阻；c万用表本身的准确度而造成的系统误差；7.2调试中注意事项调试结果是否正确，很大程度受测量正确与否和测量精度的影响。为了保证高度准确的效果，必须减小测量误差，提高测量精度。为此，需注意以下几点：1.正确使用测量仪器的接地端凡是使用低端接机壳的电子仪器进行测量，仪器的接地端应和仪器的接地端接在一起，否则仪器机壳引入的干扰不但会使仪器的工作状态发生变化，而且将使测量结果出现误差。若使用干电池的万用表进行测量，由于电表的两个输入端是浮动工作的，所以允许直接跨接在测量点之间。2.正确选择测量点用同一台测量仪进行测量时，测量点不同，仪器内部引进的误差大小将不同。3.测量方法要方便可行需要测量电路的电流时，一般尽可能测电压而不测电流，因为测电压不必改动被测电路，测量方便。若需知道某一支路的电流值，可以通过测该支路上电阻两端的电压，经过换算而得到。