直流稳压电源输出版本

直流稳压电源输出版本

课程设计名称：电子技术课程设计

题目：直流稳压电源的设计

学期：2015-2016学年第2学期

专业：智能电网信息工程

班级：

姓名：

学号：

指导教师：

郊育直流稳压电源的设计

辽宁工程技术大学

课程设计成绩评定表

辽宁工程技术大学电子技术课程设计

课程设计任务书

一、设计题目

直流稳压电源的设计

二、设计任务

设计一直流稳压电源，满足：

(1)当输入电压在220V±1()%时，输出电压为±5V,±12V,±15V

和从0V至Ijl5V可调，输出电流大于1A;

-3(2)输出纹波电压小于5MV,稳压系数小于5*10,输出内阻小于

0.1Q

三、设计计划

电子技术课程设计共1周。

第1天：选材.，查资料；

第2天：方案分析比较，确定设计方案：

第3天：电路原理设计；

第四天：电路仿真，修改设计；

笫5天：编写整理设计说明书。

四、设计要求

1.画出整体电路图。

2.对所设计的电路进行仿真，他一送钊设计停务要求。

3.分析实验结果，写出设计书。

指导老师：马耀明

时间：2016年06月29日

郊育直流稳压电源的设计

摘要

当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备

都有一个共同的电路一一电源电路.大到超级计算机、小到袖珍计算器，

所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。当然这些电源

电路的样式、复杂程度千差万别。

由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续

稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。

能提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。直流稳压电源在电

源技术中占有十分重要的地位。

直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。

变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直

流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变成稳定的直流电压输出。

在电子电路及设备中，一般都需要稳定的直流电源供电。我们接触的直流

电源为单向小功率电源，它将频率为50Hz、有效值为220V的单相交流电

压转换为负值稳定、输出电流为几十安以下的直流电压。单相交流电经过

电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压。变

压器副边电压通过整流电路从交流电压转换为直流电压，使正弦波电压转

换为单一方向的脉动电压；为了减小电压的脉动，需通过低通滤波电路滤

波，使输出电压平滑；交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流分量较小

的直流电压，但是当电网电压波动或者负载变化时，通过稳压电路的功能

使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得

足够高的稳定性。

本设计要求当输入电压在220V±1()%时候输出电压为±5V,±12V,

±15V和从OV到15V可调，输出电流大于1A。通过以上步骤设计出电路

并进行仿真。

关键词：单相桥式整流电路；滤波电路；稳压电路；

辽宁工程技术大学电子技术课程设计

辽宁工程技术大学电子技术课程设计

1课题分析及总体设计方案的确定

当电网电压波动或负载变化时，其平均值也将随之变化。稳压电路的功能

是使输出的直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而

获得足够高的稳定性。

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郃育直流稳压电源的设计

1.1直流稳压电源的方框图

2各单元电路的分析与设计

2.1电源变压器的选定

因为设计中要求可以输出正、负稳定电压，则对于每一种需要固定输

出的电压和可调电压，都必须由输出电压极性相反的两片集成稳压器实现。

而两芯片输入端需要分别加上极性相反的电压，所以在选择变压器时，有

两种方案：

方案一：选用两个变压器，然后把一个变压器的负极和另一个变压器

的正极连接起来作为参考地（即电势为0）。如图2.1.1所示。

方案二：选用一个带中间抽头的变压器，从中间抽头引出一条线作为

参考地。如图2.1.2所示。

方案比较：由于变压器的体积比较大，所以在电路中应尽量避免使用

太多变压器，另外带中间抽头的变压器也非常常见，经分析选用方案二。

图2.1.1带中间抽头的变压器图2.1.2普

通变压器

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2.2整流电路的选定

方案一：单相半波整流电路

1)工作原理

单相半波整流电路是最简单的整流电路，设变压器的副边电压有效值

为U2,则其瞬时值u2?2sin?t。在u2的正半周，二极管外加正向电压，因

而处于导通状态，电流由A经负载电阻流到B点，在u2的负半周，二极

管外加反向电压，故处于截止状态，uo?0。负载电阻RL的电压和电流都

具有单一方向脉动的特

性。

图2.2.1单相半波整流电路

2)主要参数U01AV)?U2

??0.45U2(2.2.1)IO(AV)?

S?UO(AV)0.45U2?RLRL(2.2.2)

UO1MU/2??2??1.57(2.2.3)Uo(av)U2/?2

方案二：单相桥式整理流电路

1)工作原理

单相桥式整流电路由四只二极管组成，其构成原则就是保证在变压器

副边电压u2的整个周期内，负载上的电压和电流方向始终不变。单相桥

式整流电路的电路组成如下图所示：

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郅育直流稳压电源的设计

图2.2.2单相桥式整流电路

图2.2.3单相桥式整流电路习惯画法

主要参数UO(AV)?22U2

??0.9U2(2.2.4)IO(AV)?UO(AV)0.9U2?

(2.2.5)RLRL

S?UO1M2??0.67(2.2.6)Uo(av)3

方案比较：单相桥式整流电路与半波整流电路相比，在相同的变压器

副边电压下，对二极管的参数要求是一样的，并且还具有输出电压高、变

压器利用率高、脉动小等优点，因此本设计采用方案二一单相桥式整流电

路。

2.3滤波电路

方案一：电容滤波电路

由于电容在电路中也有储能的作用，并联的电容器在电源供给的电压

升高时，能把部分能量存储起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出

来，使负载电压比较平滑，也就是电容具有平波的作用。电容滤波电路简

单，负载直流电压比较高，纹波也较小，适用于负载电压较高，负载变动

不大的场合，

也减轻了电路设计和-4-

辽宁工程技术大学电子技术课程设计

实际焊接的工作。可以通过改变RC的大小改变电容的充放电时间，

从而得到较为平滑的输出电压曲线。图2.3.1为电容滤波电路，图2.3.2为

RLC不同时uo的波形。

图2.3.1电容滤波电路

图2.3.2RLC不同时uo的波形

方案二：电感滤波电路

由于电感在电路中有储能的作用，在电路中可以串联电感，当电源供

给的电流增加时，它把能量存储起来，而当电流减小时，又把能量释放出

来，使负载电流比较平滑，即电感有平波的作用。在电感滤波电路中，整

流管的导电角较大，峰值电流很小，输出特怛比较平坦，但是由于铁心的

存在，笨重、体积大，容易引起电磁干扰。一般用只用在低电压、大电流

场合。图2.3.3为电感滤波器的基本电路。

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郊育直流稳压电源的设计

图2.3.3电感滤波器电路

基于以上分析，选用方案一。

2.4稳压电路

方案一：稳压管稳压电路

1）电路组成

该电路由稳压二极管DZ和限流电阻R所组成的稳压电路使一种最简

单的直流稳压源。其输入电压UI是整流滤波后的电压，输出电压UO就是

稳压二极管的稳定电压，UZ,RL是负载电阻。图2.4.1是其电路图

图2.4.1稳压二极管组成的稳压电路

2）稳压原理

在稳压二极管所组成的稳压电路中，利用稳压管所起的电流调节作用,

通过限流电阻R上的电压或电流进行补偿，来达到稳压的FI的。

稳压管稳压电路的优点是电路简单，所用元件数量少；但是，因为受

稳压管自身参数的限制，其输出电流较小，输出电压不可调节，因此只适

用于负载电流较小，负载电压不变的场合。

方案二：三端集成稳压器的组成的稳压电路

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调整管接在输入端与输出端之间，当电网电压或负载电流波动时.，调

整自身的集一射压降使输出电压基本保持不变。放大短路将基准电压与从

输出端得到的采样电压进行比较，然后再放大并送到调整管的基极。放大

倍数越大，则稳定性能越好。由于三端集成稳压器是串联型直流稳压电路

的一种，而串联型直流稳压电路的输出电压与基准电压成正比，因此，基

准电压的稳定性将直接影响稳压电路的输出电压的稳定性。采样电路由两

个分压电阻组成，它将输出电压变化量的一部分送到放大电路的输入端。

启动电路的作用是在刚接通电流输入电压的时，使调整管、放大电路和基

准电源等建立起各自的工作电流，而当稳压电路正常工作时启动电路被短

开，一面影响稳压电路的性能。保护电路主要起到限流保护、过热保护和

过压保护。

图2.4.2三端集成稳压器的组成

综合考虑选用方案二作为稳压电路。

3各元器件参数计算及选择

3.1电源变压器的选择

变压器副边输出电压:

U2?Uimin.l?32/1.1v?29.08v

变压器副边输出电流：

12?lomax?1.5A

故取12=2A。

郊育直流稳压电源的设计

变压器副边输出功率：

P2?12U2?60w

变压器的效率为q=0.7,则原边输入功率：

P1?P2?85.6w

由上分析，副边输出电压可取40V,输出电流为2A,为留有余地，一般

选功率为100W的变压器。

3.2集成稳压器电路形式的选择

7800,7900系列集成稳压器由于输出电压决定于集成稳压器为使电路

正常工作，要求输入电压U1比输出电压Uo至少大(2.5〜3)V。输入端电容

用以抵消输入端较长接线的电感效应，以防止自激振荡，还可抑制电源的

高频脉冲干扰。一般取0.1〜luFo输出端电容用以改善负载的瞬态响应，

消除电路的高频噪声，同时也具有消振作用。同时会在输入、输出端的电

容之间接保护二极管，用来防止在输入端短路时输出电容所存储电荷通过

稳压器放电而损坏器件。

降压整流滤波部分所输出的正向电压，通过集成稳压管LM7805、

LM7812、LM7815和LM317可分别输出+5V、+12V、+15V和0〜15V可调

电压。而由降压整流滤波部分所输出的负向电压，通过集成稳压LM7905、

LM7912、LM7915输出的负向电压-5V、・12V、・15V稳定电压。

3.3整流二极管及滤波电容的选择

整流二极管选1N4001,其极限参数为URM05OV,而2U2?56.26V,因

为

?U0

U?3SV?0,而UO?24V,Ui?40V,?UOP?P?5mV,Sv?2?10,所以？UI

UI

?Ui?Itl?U0P?PUi?4.2V,滤波电容为C?C?oniax?476?F,电容C的耐压

应?Ui?UiUOSV

大于2U2?56.26Vo

所以我们选用476?F的电容。

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4整体电路图

图4.1直流稳区电源电路图

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郅育直流稳压电源的设计

5系统测试

为了确定系统与题目要求的符合程度，我们对系统中的关键部分用进

行了测试。

5.1测试仪器

测试使用的仪器设备如下所示：

(1)YB4365双跟踪示波器

(2)数字万用表

5.2测试指标

1)纹波电压

纹波电压是指叠加在输出电压U0上的交流分量。用示波器观测其峰-

峰值，

△UOPP一般为毫伏量级。也可以用交流电压表测量其有效值，但因△

UO不是正弦波，所以用有效值衡量其纹波电压，存在一定误差。

2)稳压系数

稳压系数：在负载电流、环境温度不变的情况下，输入电压的相对变

化引起输出电压的相对变化，即Su?

-10-7U/UO(5.2.1)?Ui/Ui

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3)输出电阻

输出电阻：放大器的输出电阻相同，其值为当输入电压不变时，输出

电压量与输出电流变化量之比的绝对值，即

rO??U

?10

5.3电路仿真

1)调节滑动变阻器使该直流稳压电路实现输出+5V稳定电压。

2)调节滑动变阻器使该直流稳压电路实现输出+12V稳定电压。

3)调节滑动变阻器使该直流稳压电路实现输出+15V的稳定电压。

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同时输出土

5V

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通过仿真软件的模拟证明：

(1)当输入电压在220V±10%时，输出且压为±5V,±12V,±15V

和从0V至I"5V可调，输出电流大于1A。

⑵输出纹波电压小于5mv,稳压系数小于5X10-3,输出内阻小于

0.1欧。

6课程设计心得体会

通过将近一周的课程设计，使我基本掌握了直流稳压电源的基本组成

部分：电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路。同时我学会了使用

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