直流的稳压电源课程设计

直流稳压电源课程设计

一、设计任务与要求

1．设计并制作一个连续可调直流稳压电源，主要技术指标要求：

① 输出电压Vo及最大输出电流Iomax;

档Vo=±12 V对称输出，Iomax=100mA;

档Vo=+5V, Iomax=300mA;

档Vo=（+3~+9）V连续可调，Iomax=200mA

② 纹波电压：△Vop-p≤5mA;

③稳压系数：SV≤0.005；

2．设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图

3．自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量，交指导教师审核。

4．批准后，进实验室进行组装、调试，并测试其主要性能参数。

二、方案设计与论证

直流稳压电源一般分为线性和开关电源两类。对于单片机数字控制的电路系统，通常采用基于PWM 控制的开关电源；而对于放大器的模拟控制系统，采用线性直流稳压电源则更具有优势。线性直流稳压电源具有稳压和滤波的双重作用，产生的干扰很小，随着集成电路技术的发展，较高输出电流和数值可调的集成稳压器相继出现，由此而构成的线性直流稳压电源结构简单，维修方便，功率200W 以下时，整机的体积也不大。一般来讲，线性直流稳压电源的纹波抑制比，电压调整率和噪声抑制等性能比开关直流稳压电源要好。更重要的是工作可靠，故障率低，更适合于放大器的模拟控制系统。

1．电路图设计

①确定目标：设计整个系统是由那些模块组成，各个模块之间的信号传输，并画出直流稳

压电源方框图。

②系统分析：根据系统功能，选择各模块所用电路形式。

③参数选择：根据系统指标的要求，确定各模块电路中元件的参数。

④总电路图：连接各模块电路。

2．电路安装、调试

①为提高学生的动手能力，学生自行设计印刷电路板，并焊接。

②在每个模块电路的输入端加一信号，测试输出端信号，以验证每个模块能否达到所规定的指标。

③重点测试稳压电路的稳压系数。

④将各模块电路连起来，整机调试，并测量该系统的各项指标。

3．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脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。

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。

三、单元电路设计与参数计算

（一）单元电路设计

1．电源变压器

电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。

2．整流电路

整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图2所示。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。电路的输出波形如图所示

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。电路中的每只二极管承受的最大反向电压为 (U2是变压器副边电压有效值)。

3．滤波电路

滤波电路选用一个3300μF 的大容量电解电容C1 和一个0.33μF 的小容量涤纶CL11 型电容C2 并联滤波，如图3 所示。理论上，在同一频率下容量大的电容其容抗小，这样一大一小电容相并联后其容量小的电容C2 不起作用。但是，由于大容量的电容器存在感抗特性，等效为一个电容与一个电感串联。在高频情况下的阻抗反而大于低频时的阻抗，小电容的容量小，在制造时可以克服电感特性，几乎不存在电感。在大电容C1 上并联一个小电容C2 可以补偿其在高频下的不足。当电路的工作频率比较低时，小电容不工作（容抗大相当于开路）。大电容的容量越大滤波效果越好。当电路的工作频率比较高时（输入信号的高频干扰成分），大电容由于感抗大而处于开路状态。这时高频干扰成分通过小电容流到地线，滤除各种高频干扰成分。电路的输出波形如图所示

4．稳压电路

稳压电路选用三端集成直流稳压器，其电路连接方式一般如图4 所示。

性能上，常用的集成稳压器有三端固定式、三端可调式和开关式。以三端固定式为例，其正输出为7800（后两位代表输出的额定稳压值，00 是统称）系列，负输出为7900 系列，

常见的有05、06、08、09、12、15、18、24 八种。一般要求最小的输入、输出电压差（UI-U0）为2 V ~3 V；输出稳压的容差约为5%；最大输出电流IOmax有0.1 A （如78L12），0.3 A （如78M12）和1.5 A （如7812）等多种，部分器件的最大输出电流可达2.2 A；其最大输入电压UImax 一般是7818 档以下为35 V，7824 档为40 V；电压调整率SU 一般为0.01%/V；输出电阻R0小于0.1Ω；纹波抑制比SVP 一般为50dB；温度系数ST 一般为每度1mV ~2.4 mV。图4 中，引脚1 为电压变换的输入端，引脚2 为电压变换后的输出端，引脚3为接地端。电容Ci 作用是改善纹波和抑制输入的过电压，一般取值为0.33 μF。C0 作用是改善负载的顺态响应，一般可选取0.1μ F 的电容，当采用大容量的电解电容时效果更好。稳压电源的输入输出端要跨接一个二极管，以防止集成稳压器输出调整管损坏。

5．稳压电路的设计