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1、直流稳压电源直流稳压电源的设计第一章绪论电源波动或负载变化影响而保持稳定，这就需要我们对整流后的电源进行稳压设计。在各种电子电路中，总离不开电源电路，而由于电路构造和元件特性，就需要用到直流电源供电，而能提供直流电源的干电池太阳能电池等功率小，成本高等缺点。而沟通电在产生、电能输送等方面具有独特的优点，发电站、各市电网中的电能传输都是以沟通电的形式进行输送，因而，就需要我们对市电提供的电压进行降压整流等，把沟通电转换成直流电，以获得我们所需要的电压。电力系统供电电压的波动，或者负载阻抗和功率的变化，都会引起整流器输出电压随之改变。在电子电路和自动控制装置中，通常都需要电压稳定的直流电源供电，使
2、整流器输出电压尽可能少受流电进行滤波，稳压，以获得我们所需要的供电电源。本次课程设计的课题是直流稳压电源，本课程设计将就稳压电源电路的工作原理、参数计算、元件选取、电路调试等做具体的介绍和讲明。由于本人水平有限，不妥指出还望各位教师指正。1.1、设计目的1、学习直流稳压电源的设计方法；2、研究直流稳压电源的设计方案；3、把握直流稳压电源的稳压系数和内阻测试方法；4、选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电流；5、通过设计加深对基础知识的认知和个学科间的联络，能基本的进行综合电路课题的设计。1.2设计任务1、进行设计方案的比拟，并选定设计方案；2、完成电路的设计和主要元器件讲
3、明；3、完成硬件原理图设计和PCB图设计；4、安装各单元电路,要求布线整洁,美观。1.3设计要求与技术指标1.3.1技术指标：两路基本电压输出5V和12V电压、一路可调020V可显示电压输出，最大输出电流为1.5A。输出纹波电压56mV，输出电流大于1A510-3。输出功率20W，总体谐波失真小于0.2，稳压系数Sv数字电压表四位显示，分辨率小于20mV，可连续可调。显示范围为四档：05V、：510V、：1015V、：1520V。可外接测量范围020V的电压，具有自动换档的功能。1.3.2设计要求1设计一个能输出正负9V的直流稳压电源；2要求绘出原理图，并用Protel画出印制板图；3根据设计
4、要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数；4在万能板或面包板上制作一台直流稳压电源；5测量直流稳压电源的稳压系数；6测量直流稳压电源的内阻；7拟定测试方案和设计步骤；8写出设计性报告。1.4、设计所需设备：1、自耦变压器一台2、数字万用表3、数字电压表4、变阻器、面包板或万能板5、智能电工实验台1.5原理讲明1.5.1直流稳压电源的基本组成及原理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，直流稳压电源的基本组成框图如下列图1-1所示：直流集成稳压电源原理沟通电源电压经电源变压器变换成整流电路所需的沟通电压植后，通过整流电路变成单向脉冲电压，再由滤波电路滤去其中的沟通分量，得到较
5、平滑的直流电压，最后经稳压电路获得稳定的直流电压。1.5.2电源变压器电源变压器T的作用是将电网220V的沟通电压变换成整流滤波电路所需要的沟通电压Ui。变压器副边与原边的功率比为P2/P1=，式中是变压器的效率。1.5.3整流滤波电路整流电路将沟通电压Ui变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U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。各滤波电容C知足RC35T/2，式中T为输入沟通信号周期，R为整流滤波电路的等效负载电阻。1.5.4、三端集成固定电压输出稳压器由于输入电压u1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压UI会随着变
6、化。因而，为了维持输出电压UI稳定不变，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、构造简单等优点。1.6电路原理分析220V市电经电源变压器降为约12V的沟通电，经滤波电容C1滤除市电干扰后再经桥式整流电路构成一个不稳定的直流电压加至电源滤波电容C2的两端，在C2两端构成一个约18V的较平滑的直流电压加至由T1等组成的电子滤波电路，在T1的发射极得到一个稳定的12V直流电压。为提高电流的放大倍数，改善电子滤波器的性能，电源
7、调整管采用复合管的形式。R5，R6，Rp及T3，D5组成取样放大电路。当某种原因使负载电流增大，导致输出电压减小，T3基极电压随之下降，基极电流减小，使T3对电源复合管基极的分流减小，电源复合管中基极电流增大，集电极电流相应增加，进而使输出电压恢复正常。反之亦然。稳压管D5为T3提供取样基准比拟电压，R4则为D5提供电压。R1与C7组成退耦电路，以减小输入纹波电压对T3的影响。R2与C8组成有源滤波电路，能减小输出电压纹波系数，到达优良的滤波效果。1.7系统整体设计方案：稳压器的基本作用是消除或减弱输入电压、负载电源和温度变化对输出电压的影响。为了完成这个作用，能够采用各种类型的稳压电路。根据
8、所采用的调整元件的不同，稳压器可分为电子管稳压器，晶体管稳压器。根据调整元件的方法的不同，可分为并联型和串联型稳压源1.并联型稳压电源晶体管：当负载电流保持不变时，晶体管并联型稳压电源具有较高的效率。但是，假如稳压器的负载是可变的，十分是空载状态下，稳压器的全部输入电能都损耗在串联和并联调整元件上，稳压器的效率非常低。因而，当输出电压需要在较大范围内调整或者输出电压稳定性要求较高时，一般都不采用并联稳压器。2.并联型稳压器的主要优点是输出短路时，不会损坏并联型调整元件。并联型稳压器的这种过载自动保护作用是由串联电阻完成的。当输出端负载短路时，与输出端并联的调整元件的两端压为零，因而不会损坏调整
9、元件。这时，全部输入电压都加到串联电阻的两端。因而，串联电阻的额定功率要根据输出短路的状态来计算。此外，负载变化较小时，并联稳压电源的稳定性比拟好，对各种瞬时变化的适用性比拟出色。3.并联型稳压电源稳压管稳压管并联型稳压电路比拟简单，但是，由于存在不少的缺点，一般用于稳定度要求不高的且负载固定的小电流稳压性，或者作为各种复杂稳压器的基准电压电源。稳压管并联稳压器主要缺点有：效率太低输出电压一般不能调节稳压性能不够理想。4.串联型稳压电源稳压管带有差动放大器的串联稳压器且具有双路输出电压和输出电压调整范围较宽的。它的优点是保护电路：限流保护电路断流保护电路负载转换保护电路调整管失控保护电路第二章
10、系统电路设计2.1电源变压器电源变压器的作用是将220V的沟通电压V1变换成整流滤波电路所需要的沟通电压V2。变压器副边与原边的功率比为=12PP式中，为变压器的效率。一般小型变压器的效率如表所示。2.2.整流滤波电路滤波电容确实定：通常以为：滤波电容越大越好。这是由于整流特性与时间常数RL*C的值有关，他的数值越大，电容放电越慢，滤波效果越好。整流二极管D1D4组成单相桥式电路,将沟通电压V2变成脉动的直流电压，再经过滤波电容C滤除纹波电压Vi。Vi与沟通电压V2的有效值V,2的关系为()22.11.1VVi=每只二极管承受的最大反向电压22VvRM=通过每只二极管的平均电流RVIIRD24
11、5.021=式中,R为整流滤波电路的负载电阻。它为电容C提供放电回路，RC放电时间常数应知足()2/53,TRC?式中T为50Hz的沟通电压的周期，即20ms。2.3、直流稳压电源设计调节器整管T1与负载电阻RL组成串联式稳压电路。T2与稳压管Dz组成采样比拟放大电路，当稳压器的输出负载变化时，输出电压V0应该保持不变，稳压经过如下。设输出负载电阻RL变化，使V0，则-01122VVIVVCEBCb直流稳压电源的类型有多种，就这个问题我用下面两种方案来进行设计。方案一用CW78系列和CW79系列的及CW317构成的稳压电路。集成稳压电源设计的主要内容是根据性能指标，选择适宜的电源变压器、集成稳
12、压器、整流二极管及滤波电容。首先我们介绍一下集成稳压器常见的稳压器有固定三端与可调式三端稳压器，我们先介绍固定三端稳压器及其典型应用。我们通常所用的7800和7900系列的稳压管如下列图2.3.1所示： ()a()b固定三端式稳压稳压器的典型应用aCW78xx系列典型应用bCW79xx系列典型应用在CW78xx系列中1脚接输入，2脚接地，3脚接输出。CW79xx系列中1脚接地，2脚接输入，3脚接输出。其中CW78xx系列中输出为正电压，如7815则它的输出电压为+15V而CW79xx系列中输出为负电压，如7915则输出电压为-15V，它们的输出额定电流以字母为标志，L表示0.1A,M表示0.5
13、A,无字母表示1.5A但不管是输出为正电压的78系列还是输出为为负电压的79系列，它们的输入端所接入的电容Ci的功能是进一步滤除纹波，输出端接入的电容C能改善负载的瞬态影响，使电路稳定工作。Ci和C最好用漏电流小的电容，假如是电解电容的话，则电容量要比图中的增加10倍。2.4芯片讲明78127912芯片由于它只要输入，输出和公共引出端，故称之为三端式稳压器。它由启动电路，基准电压电路，取样比拟放大电路，调整电路和保护电路等部分组成。第三章电路设计调试与制作3.1电路设计W7812123W791232125V25V+12V12V220V0.33F0.33F1F1F图3.1.115V直流稳压电源图
14、3.1.1输入电压确实定稳压器的输入电压U1即为整流滤波电路的输出电压。U1太低则稳压器性能将受影响，甚至不能正常工作；U1太高则稳压器的功耗增大，会导致电源效率下降。所以U1的选择原则是：在知足稳压器的正常工作的前提下，U1越小越好，但U1最低必须保证输入、输出电压之差大于23V。3.1.2整流管与滤波电容的选择对于桥式整流电路，整流电路使用整流硅管。滤波电容C135T/2，T=1/50=0.02s,RV2/Iomax=15/0.5=30，所以C11667uF,取C1=2200uF。为了防止稳压器产生高频自激振荡和抑制电路引入的高电频，电路中接入C2=220uF，C3=10uF的电容用来实现
15、频率补偿。C4=0.1uF是用来减少稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。R112/500mA=24，能够取R1=470。发光二极管用来检测电路能否接通。负输出端的电路与正输入端对称，所以C5=2200uF,C6=220uF,C7=10uF,C8=0.1uF。3.1.3集成稳压器的选择选择固定集成稳压器CW7812，CW7912，其特性参数Vo=12V,Imax=500mA,Vi=1435，副边电压V2Vimin/1.1=14/1.1=12.7V,取oV2=15V，所以应选择输出12V的变压器。3.2PCB图仿真、设计与生成1由整机电路图直接生成网络表。2调用ProtelPCB，并进行元器件
16、合理布局。3调用网络表，并自动布线。4PCB图的人工调整及打印输出。生成PCB图如下列图所示：图3.2.1固定输出集成直流稳压双电源PCB图3.3.电路的装调先装集成稳压电路，在装整流滤波电路，最后安装变压器。安装一级测试一级。对于稳压电路则主要测试集成稳压器能否能正常工作。其输入端加直流电压Vi12V，调节RP1，输出电压VO随之变化，讲明稳压电路正常工作，整流滤波电路主要是检测整流二极管能否接反，安装前用万用表测量其正，反向电阻。接入电源变压器，整流输出电压Vi应为正。断开沟通电源，将整流滤波电路与稳压电路相连接，在接通电源，输出电压VO为规定值，讲明各级电路均正常工作，能够进行各项性能指标的测试。其中IO=500mA,RL=18欧。3.4电路的调试与检测3.4.1调试前的检测电子安装完毕，通常不宜急于通电，先要认真检查一下。检查内容包括：1连线能否正确a.检测的方法通常有两种方法：这种方法的特点是，根据电路图连线，按一定顺序逐一检查安装好的线路，由此，可比效容易查出错线和少线。