直流稳压电源电路项目设计方案

1 直流稳压电源电路 项目设计方案 一 、 需求分析 及 方案论证 求分析 （ 1） 串联直流稳压电源设计要求 输入电源：单相（ 220V 10%， 505%； 输出电压： +3 +12V，连续可调； 输出电流： 0 800 负载效应： 5%； 输出纹波噪声电压： 10效值）； 保护性能：超出最大输出电流 20%时立即截流保护； 适应环境：温度： 040，湿度： 20%90% 大于 1200 （ 2） 串联直流稳压电源设计需求分析 电子 设备 都需要良好 稳定的电源，而外部提供的能源大多数为交流电源，电源设备担负着把交流电源转换为电子设备所需的各种类别直流电源的任务，转换后的直流电源应具有良好的稳定性，当电网或负载变化时，它能保持稳定的输出电压，并具有较低的纹波。我们通常称这种直流电源为稳压电源。 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 1 所示。 2 （ a） （ b） 图 1（ a） 、（ b）稳压电源的组成框图及整流与稳压过程 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：由固定式三端稳压器（ 812,7809,7805）组成 由固定式三端 稳压器（ 812,7809,7805）输出脚 输入脚接地脚 成， 可调电压稳压芯片， 7805， 7809， 7812，7905 则属于 ,系列的稳压器，输入端接电容可以进一步滤波，输出端接电容可以改善负载的瞬间影响，此电路比较稳定。但是，在训练过程中，此电路过于简单。 方案三：简单的串联型稳压电源 串联稳压电源，即利用串联于电路中的调整管 行动态分压而使负载得到稳定电压的电路。串联型稳压电源的工作原理，是在输入电压存在波动时，输出电压保持恒定的装置， 利用稳压二极管两端电压不变的原理，使输出电压保持不变，并用多级三极管组成达令顿复合电路，负载 稳压电路 滤波电路 整流电路 变压器 3 组成放大器提高稳压精度。 根据实验设计要求，本实验采用方案三。 三、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，基本框图如图所示。各部分的作用： 图 2 基本框图 （ 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 压器副边与原边的功率比为 ，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 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用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等，如图 3所示。 4 图 3 桥式整流 整流桥将交流电压 经滤波电容 出直流电压 2的有效值 只整流二极管承受的最大的方向电压 2 过每只二极管的平均电流 I= 式中 ,R 为整流电路的负载电阻 提供放电回路 ,(3,0流电压的周期 ,即 20（ 3）电压输出稳压器 由于输入电压 生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压 随着变化。因此，为了维持输出电压 定不变，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）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳 定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。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。 5 四 、 直流稳压电源的参数设计 稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压 出电流 出纹波电压 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可以分为以下三个步骤： 根据稳压电源的输出电压 大输出电流 定稳压器的型号及电路形式。 根据稳压器的 输入电压 确定电源变压器副边电压 有效值据稳压电源的最大输出电流 定流过电源变压器副边的电流 电源变压器副边的功率 据 表 1 查出变压器的效率，从而确定电源变压器原边的功率 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 流桥的最大反向电压 滤波电容的电容值和耐压值。根据确定的参数选择整流桥和滤波电容。 设计参数如下： 选择 分立元件复合管 ，确定电路形 式 在此方案中主要选择两种类型三极管： 1、 对于 ：集电极一发射极反射击穿电压 应为： 6 电极最大电流： (1+20%)*80060电极耗散功率： V*800于 ： 应当也有： 电极最大电流： 电极耗散功率： V*确定的稳压电源电路如图 4 所示。 图 4 选择电源变压器 电源变压器有很多种：有降压的、有升压的，在这次的设计中我们用的是降压变压器，它的作用是将来自电网的 220V 交流电 压 为整流电路所需要的交流电压 12，其中： 2P 是变压器副边的功率， 1P 是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表 1 所示： 表 1 小型变压器的效率 7 副边功率 2P 000效率 此，当算出了副边功率 2P 后，就可以根据上表算出原边功率 1P 。 输入电压 范围为 最大输出电压， 最小输出电压， (稳压器最小输入、输出差， (稳压管最大输入、输出差，故 2+3=15V， 考虑电网电压 10%的波动，最终取 i/在实际过程中，由于没有这种生产标准，所以选购了输出为 24V 的。 （ 3）用整流桥和滤波电容 整流桥：实测 3V 整流输出电压平值 2 = 二极管平均电流 =极管最大反向压 22 =整流桥选用 1A,50V) 保护二极管选 A,50V) 滤波电容： (3,则 T/2式中 T 为交流电源周期， T=20 边的等效电阻，应取最小值，由于 00此 3,所以 2=1515 f,可见 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 2200压为 25V 的电解电容。 8 五 、 单元电路的设计 源变压器 电源变压器的作用是将交流电网 220V 的交流电压变换为所需的交流电压。变压器的副边与原边的功率比定义为变压器的效率。 流电路 整流电路的任务是将交流电变为直流电，完成这一任务主要靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。在小功率整流电路中，常见的几种整流电路有单相半波，全波，桥式和被压整流电路。本设计中采用的是单相桥式整流电路。 在桥式整流电路中，二极管 两两轮流导通的，所以流经每个二极管的平均电流为 : （ 3 每只整流二极管承受的最大反向电压为： 22 （ 3 一般电网电压波动范围为 10%。实际上选用的二极管的最大整流电流和最高反向电压应留有 大于 10%的余量。 桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正，负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。 波电路 滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成。滤波电路的形式很多，为了掌握它的分析规律，把它分为电容输入式和电感输入式。前一种滤波电路多用于小功率电源中，而后一种滤波电路多用于较大功率电源中。所以本设计中采用电容输入式滤波电路。 在表达式（ 3电阻 R 为整流滤波电路的负载电阻，它为电 9 容 C 提供放 电回路， 电时间常数应满足 （ 3 5） 2 （ 3 式中 0流电压的周期，及 20 压电路 稳压电路的作用是当电网电压波动，负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。 电路采用 误差放大 电路方案，电路原理图如图 5所示。其中 可调为取样电路， 5构成基准电路。当输出电压升高时， 压增加，从而使输出降低。 0 k 2 3 6 9 2 3 7 2 3 6 9 4 0 0 10 k 0 k 0 k e y = % 0 k 流保护电路 过 流保护电路是当输出电流超过一定数值时，则保护电路开始工作，使调整管处于不完全截止状态，输出电流和输出电压都相应下降，达到保护电源的目的。这种保护电路比较简单，而且当输出过载或短路被排除后，稳压电路便自动地恢复工作。 10 2 3 7 2 3 6 9 2 3 6 9 2 3 6 9 0 压保护电路 串联直流稳压电源 中的过电压保护包括输入过电压保护和输出过电压保护 。如果 电网 的电压 突然 过高 ,将导致 此稳压电源 不能正常工作 ,甚至损坏内部器件 ,因此 该串联直流稳压 电源中有必要使用输入过电压保护电路 。 图 7晶体管和 稳压二极管 所组成的保护电路 ,在 该电路中 ,当输入直流电源的电压高于稳压二极管的击穿电压值时 ,稳压管击穿 ,有电流流过电阻 使晶体管 通 ,三极管 切断输入 。 从而起到保护电路的作用。 k 2 3 7 2 3 6 9 0 p 0 0 R p 11 k K e y = 51 N 4 7 3 8 2 3 6 9图 7 过压保护电路图 六 、电路仿真 与检测 真 电路绘制 11 0 V r m s 5 0 H z 0 0 : 1 8 4 0 0 1 4 0 0 1 4 0 0 1 4 0 0 1 3 m 0 p 5 k D 1R P 11e y = 3150 4 7 3 6 2 3 7 2 3 6 9 0 p 2 3 6 9 2 3 6 9 4 0 0 1 2 3 6 9 21e y = 1 0150 0 p 14 7 0 u 3100K e y = 真 仪器仪表的应用 0 V r m s 5 0 H z 0 0 : 1 8 4 0 0 1 4 0 0 1 4 0 0 1 4 0 0 1 3 m 0 p 5 k 0 L E D 1R P 11 k K e y = 31 5 0 4 7 3 6 k k 2 3 7 2 3 6 9 0 p 2 3 6 9 2 3 6 9 4 0 0 1 0 2 3 6 9k 0 R P 21 k K e y = 1 01 5 0 0 p 14 7 0 u 31 0 0 K e y = 8910131415121920E x t T r i g+_+压电源各项性能指标的测试与 分析 在本次设计中，测试了稳压电源的主要性能指标，稳压系数，内阻，纹波电压等。其方法如下： 测量稳压系数：在负载电流为最大时，分别测得输入交流比 220V 增大和减小 10%的输出 将其中最大一个代入公式计算 负载不变时， 测量内阻：在输入交流为 220v,分别测得负载电流为 0及最大值时的 12 测量纹波电压：叠加在输出电压上的交流分量，一般为 。可将其放大后，用示波器观察其峰 可用交流毫伏表测量其有效值 于纹波电压不是正弦波，所以用有效值衡量存在一定误差。 路的调试与检测 1) 静态调试 当连好电路板的线路时，先不要急着通电，而因该从以下几个方面进行检 测： A、对照原理图，用万用表一检查线路的各个接口是否接通，是否有短路、断路或漏接的现象，如果有，因该及时改好电路连线。 B、对照原理图，检查各元件是否接正确。 2) 动态调试 接通 220V 的电源，用数字万用表对所设计的电路实物进行测试，得到正电源可调档的调节范围是： 12v 9v 输出端口电压是 5v 输出端口电压是 电源口输出电压是 3) 技术指标测量及误差分析 术指标测量 、测量稳压系数，先调节 自藕变压器使输入的电压增加 10%，即42V, 测量此时对应的输出电压 调节自藕变压器使输入减少 10%，即 98, 测量此时对应的输出电压 然后测量出20V 时对应的输出电压 则稳压系数 ( i)/( i) =198242220V 21 下表为在实验室中测得的数据并通过计算得出的稳压系数结果： 输出电压 20v) 42v) 98v) 稳压系数 13 12v v v 2）纹波电压的测试 用示波器观察 峰峰值，（此时 Y 通道输入信号采用交流耦合测量 值（约 4 下表为在实验室测得的纹波电压实验数据： 输出电压（ v） 纹波电压（ 3） 输入 输 出 电压波形 （ 4）过流 保护 测试 采用了 1A 的直流保险，如果电流超过了 1A 就会熔断，起到电流的过载保护作用。 （ 5） 过压 保护 测试 输入 电压（ V） 电位器的调节 （ %） 14 220 21 242 17 243 16 七 、 设计总结 本课程设计运用了模拟电路的基本知识，通过变压，整流，滤波、稳 压 等 步 骤 ， 输 出 理 论 可 变 范 围 为 3 12V， 而 实 际 可 调 范 围 为 的正负直流稳压电源。 这次 课程设计我们小组 做了一个串联直流稳压电源，不仅在后面的课程实训中会用到，而且在平时也是一个很好的电源工具。这次我们做的直流稳压电源具带负载能力强，最大带负载能力电流可达 800右，在这次课程设计中，我们学到了很多关于设计的东西，这些在书本中无法学到。在我们的课程设置中，需要对每个电子元器件十分熟悉，这就要求我们自己要多查资料，自学他们的相关特性，知道他们的相关参数。 虽然有一些元器件我们相对来说比较熟悉，但是在实际应用中还是存在一些问题，主要是我们缺乏实践经验所致，只 有经常参与实践，把自己学到的东西更好的应用