双路可调直流稳压电源设计与制作

1、课程设计报告课程设计名称： 双路可调直流稳压电源设计与制作 指导教师： 学 生： 学 号： 班 级： 专 业： 学 院： 完成时间： 1.稳压电源发展史1955年美国的科学家罗那（）首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器。此后，利用这一技术的各种形式的精益求精直流变换器不断地被研制和涌现出来，从而取代了早期采用的寿命短、可靠性差、转换效率低的旋转和机械振子示换流设备。由于晶体管直流变换器中的功率晶体管工作在开关状态，所以由此而制成的稳压电源输出的组数多、极性可变、效率高、体积小、重量轻，因而当时被广泛地应用于航天及军事电子设备。由于那时的微电子设备及技术十分落后，不能制作

2、出耐压高、开关速度较高、功率较大的晶体管，所以这个时期的直流变换器只能采用低电压输入，并且转换的速度也不能太高。 60年代，由于微电子技术的快速发展，高反压的晶体管出现了，从此直流变换器就可以直接由市电经整流、滤波后输入，不再需要工频变压器降压了，从而极大地扩大了它的应用范围，并在此基础上诞生了无工频降压变压器的开关电源。省掉了工频变压器，又使开关稳压电源的体积和重量大为减小，开关稳压电源才真正做到了效率高、体积小、重量轻。 70年代以后，与这种技术有关的高频，高反压的功率晶体管、高频电容、开关二极管、开关变压器的铁芯等元件也不断地研制和生产出来，使无工频变压器开关稳压电源得到了飞速的发展，并

3、且被广泛地应用于电子计算机、通信、航天、彩色电视机等领域，从而使无工频变压器开关稳压电源成为各种电源的佼佼者。   2.方案论证2.1串联式直流稳压电路串联型直流稳压电源通常由电源变换电路、整流电路、滤波电路、稳压电路和负载组成，其原理框如图3.1-1、图3.1-2所示。 图3.1-1 直流稳压电源原理框图图3.1-2 稳压电路原理方框图（一） 各单元电路功能及作用（表3.1-1）1. 电源变换电路：电源变换电路通常是将220V的工频交流电源变换成所需的低压电源，一般由变压器或阻容分压电路来完成。2.整流电路：整流电路主要利用二极管正向导电、反向截止的原理，把交流电整流变换

4、成脉动直流电。整流电路可分为半波整流、全波整流和桥式整流。如果采用桥式整流，其整流后的电压波形如图3.1-1中的波形U3所示。其输出的脉动电压平均值。桥式整流电路中流过二极管的平均电流为桥式整流电路中二极管承受的最殴打反向电压。3. 滤波电路：滤波电路时利用电容和电感充放电储能原理，将波动变化大的脉动直流电压（频率为100Hz，是交流电源频率的两倍）滤波成较平滑的直流电。滤波电路有电容式、电感式、电容电感式、电容电阻式。具体须根据负载电流大小和电流变化情况以及对波纹电压的要求而选择滤波电路形式。最简单的滤波电路就是把一个电容与负载并联后接入整流输出电路。其整流滤波后的电压波形如图3.1-1中的

5、波形U4所示。桥式整流电容滤波电路的输出电压其系数大小主要由负载电流大小决定，滤波电容要满足才有较好的滤波效果。4. 稳压电路：稳压电路时直流稳压电源的核心。因为，通过整流滤波虽然获得了直流输出电压，但它还会随着输入电网波动为波动，或随着负载的变动而变化，是一种电压值不稳定的直流电压，而且波动系数也比较大，所以必须加入稳压电路，稳压电路可以保证输出直流电压更加稳定 稳压电路单元包括基准电压、取样电压、比较放大器、调整原件等基本电路和保护电路，图3.1-2为其原理方框图 。 基准电压的稳定性直接关系到整个稳压电源的稳定性，通常由稳压管电路获得，基准电压一般取输出电压的1/2左右。 取样电路的作用

6、是将输出电压Uo比例取出一部分，作为控制调整原件的依据。稳压电压Uo取样比和基准电压Uvd决定，改变取样比或基准电压，即可改变稳压电源的输出电压。 比较放大器是一个直流放大器，它对取样电压与基准电压的差值进行放大，然后去控制调整原件。 调整原件是稳压单元的执行元器件，一般由一个工作在线性放大区的功率管构成，它的的基极输入电流受比较放大器的输出电压控制。当电流大时调整管的导通度就大，否则，导通度就越小。由于整个稳压电源的输出电流全部要经过调整管，所以调整管应有足够的功耗和满足集电极电流指标。一般可采用复合晶体管，但其电流放大系数则是两个晶体管放大系数之乘积。采用复合管的好处是可以极大地提高调整管

7、的电流放大系数、降低动态内阻等。2.2开关稳压电源1 开关稳压电路的工作原理开关稳压电源由输入部分、功率转换部分、输出部分、控制部分组成。功率转换部分是开关电源的核心，它对非稳定直流进行高频斩波并完成输出所需要的变换功能。它主要由开关三极管和高频变压器组成，电路如图1(a)所示，波形如图1(b)所示。Ui 是用电网交流220V 直接整流滤波得到的直流高压(这样可省去工频变压器)。高频变压器的原绕组为N1，N2 为变压器副绕组，供输出用。N3 为基极正反馈绕组，R1 是启动电阻，R2 是限流电阻。加上电源时，电流通过R1 流向开关管T 的基极，使T 导通。此时变压器副边的二极管反向偏置，于是T

8、集电极电流和变压器绕组N1 中电流相等。由于是从零起动，基极电流不大，就能使T 导通。原绕组N1 通过电流，产生上正下负的感应电压，经磁芯耦合，反馈绕组N3 也产生感应电压UL3，并向T 的基极注入iB，使T 进一步导通，即UL3 增加，iB 增大，使iC 进一步增大，这是一个正反馈雪崩过程。在T 导通期间，副边因二极管反偏没有电流。当T 进入高饱和区后，iC 的变化率减小，原边N1 绕组感应电压下降，同时反馈绕组N3 电压下降，造成iB 下降，iC 下降，这再次形成一个正反馈雪崩过程，使开关管迅速截止。T 的导通时间TON 取决于iC 达到饱和的时间。T 导通期间，副边电路截止，原边线圈储能

9、。T 截止时，N1 的感应电压上负下正，相应地N3 的电压上负下正，保证T 截止，同时副边N2 电压上正下负，D 导通。由N2 通过D 向负载传送能量，副边绕组中电流iD 线性下降，直到iD=0，电路恢复起始状态，开始一个新的周期，T 再次导通。TOFF 取决于副边绕组放电到零的时间。输出电压与开关管的导通时间成正比。 2 开关稳压电源的优点: 1.功耗小，效率高。 2.体积小，重量轻。 3.稳压范围宽。 4.滤波的效率大为提高，使滤波电容的容量和体积大为减少。 5.电路形式灵活多样。  开关稳压电源的缺点:开关稳压电源的缺点是存在较为严重的开关干扰。开关稳压电源中，功率调

10、整开关晶体管V工作在状态，它产生的交流电压和电流通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干扰，这些干扰如果不采取一定的措施进行抑制、消除和屏蔽，就会严重地影响整机的正常工作。此外由于开关稳压电源振荡器没有工频变压器的隔离，这些干扰就会串入工频电网，使附近的其他电子仪器、设备和家用电器受到严重的干扰。2.33.4.仿真图 5.调试过程(一)调整电路得到符合要求的输出电压值1.变压器部分调试调节、测量变压器的输入电压（电源电压）为220V。 方法：万用表交流电压250V档，在调试桌的电源上测量，可不考虑红黑表笔测量变压器的输出电压为18V方法：万用表交流电压25V档，在变压器输出端测量，可不考虑红

11、黑表笔测量整流滤波电路的输出电压为 2.整流滤波部分调试方法：万用表直流电压50V档，测量C1两脚间的电压，注意区分红黑表笔（可看电容极性）。 3.稳压电压调试电路空载下，调节电阻RP1，使输出电压为12V方法：万用表直流电压25V档，测量输出端的电压，注意区分红黑表笔。(二)性能参数的调试1. 装配质量检测对照电原理图和元器件表认真检查所用元器件的规格、型号有无装配错误，如果有错，应及时改正。对照安装图，检查印制线路板的装配质量。重点检查有无短路、搭焊、漏焊、虚焊或假焊，电容C1有无接反用×1K挡测C1两端电阻，应大于220K（红表笔接负端，黑表笔正端），测V6的C极对地电阻，应大

12、于几十千欧（红表笔接负端，黑表笔正端）。2. 接线通电接线，要求：变压器的次级引线的一端接到稳压电路的VD1的负极或VD4的正极，另一端接到VD3的负极或VD2的正极接线结束后，再接通220V电源。3. 测可调输出电压范要求：输出电压可调范围UmaxUmin=-15V+15V。方法：通数字万用表DC200V挡测输出端电压。步骤：侧输出端电压（红表笔接至C5的正极或接大功率管的E极，黑表笔接地端），调节电位器RP1顺时针到底和逆时针到底时的输出电压范围UmaxUmin。4测纹波电压U纹接通电源，调节调压器，使输入电压为220V调节RP1，空载输出电压U0=12±0.2V保持不变接上负载

13、电阻RL，使输出电流I0=1A（电流表指示）将晶体管毫伏表接至稳压电源的输出端（红夹子接“+”端，黑夹子接“地”端）直接读出晶体管毫伏表的纹波电压值U5。5. 最大输出电流接通电源，输入电压220V，调节RP1，使空载输出电压U0=12V±0.02V不变调节负载电阻RL，使输出电流I0=1A，测量输出电压U0是否是U0=12V±0.12V（电流调整率为1%）逐渐减小负载电阻RL的值，使I0增大到1.2V，同时U0是否下降，如果不下降或输出电压在U0=12V±0.12V范围内，说明最大输出电流能达到1.2A的要求继续减小负载电阻R1的值，使I0继续增大，同时监测U0

14、是否下降，如果不下降，如果不下降或输出电压在U0=12V±0.12V的范围，此时的I为最大输出电流I最大，对照指标要求进行分析。6.课程设计心得体会因为之前模电的实验考试做的是直流稳压电源，所以觉得会很简单，而实际做起来发现并非想象中的那么简单。实验也不知道失败了多少次，但最终还是有所成功的。现在觉得，作设计就应该有种踏实的态度，简单也好，难做也罢，只要我们静下心来投入到其中，也就成功了一半。而自己掌握的比较差，但我仔细看了看课本，所以在设计此次电源时，我脑海中就有了最初的单元电路，翻模电课本在结合自己的设计之后我完成了自己的设计，但是在做仿真的时候，本来想先熟悉一下EWB用它来做仿真的，但是掌握了EWB的基本用法之后，发现其元件库所含元件太少，尤其是其中没有LM317，集成稳压器很难找到，所以我又改用了Multisim10来做仿真，但是，由于时间仓促，而且完全不熟悉这个仿真软件，所以结果并不是很理想。但是，通过本次设计，懂得了制作过程中电路处理的方法，并了解了直流稳压电源的系统方案论证与选择和各模块方案设计与论证，让我们更进一步的了解到直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标，也让我们认识到在此次设计电路中所在的问题；而通过不断的努力去解决这些问题。通过此次设计，我深刻的体会到只有在实践中才能检验自己掌握知识的程度，在设计过程中我查看了一些参考书目本次设计的不