直流稳压电源电路设计.docx

1、题目直流稳压电源电路设计一、设计任务与要求1 .用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计固定的正负直流电源（12V）；2 .输出可调直流电压，范围1.5s15V;3 .输出电流IOm21500mA；（要有电流扩展功能）4 .稳压系数SrWO.05；具有过流保护功能。二、方案设计与论证稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四局部组成，如下列图1所示，其整流与稳压过程的电压输出波形如图2所示。稳压电源的组成框图图2整流与稳压过程波形图电网供电电压交流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。降压后的交流电压，通过整流电路变成单向

2、直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。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，保存其直流成份。滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到根本不受外界影响的稳定直流电压输出，供应负载R1.。方案一、单相半波整流电路半波单相整流电路简单，电路及其电压输出波形分别如图3、图4所示，使用元件少，它只对交流电的一半波形整流，其输出波形只利用了交流电的一半波形那么整流效率不高,且输出波形脉动大，其值为S=&=1.57；直流成分小；U广也50.45%,41U211211变压器利用率低。图3单相半波整流电路方案二、单相全波整流电路图4单相半波整流电路电压输出波形使用的整流器

3、件是半波电路的两倍，整流电压脉动较小，是半波的一半，无滤波电路时的输出电压，广0.902,变压器的利用率比半波电路的高，整流器件所承受的反向电压要求较氤方案三、单相桥式整流电路单相桥式整流电路使用的整流器件较多，但其实现了全波整流电路，它将2的负半周也利用起来，所以在变压器副边电压有效值相同的情况下，输出电压的平均值是半波整流电路的两倍，且如果负载也相同的情况下，输出电流的平均值也是半波整流电路的两倍，且其与半波整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数耍求一样，还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点。我的选择：综合三种方案的优缺点决定用方案三三、单元电路设计与参数计算整流

4、电路采用单相桥式整流电路，电路如图5所示，V呸ZkVD3图5单相桥式整流电路当u20时，电流由+流出，经DI、R1.、D2流入-，即DI、D2导通，D3、D4截止；当u20时，电流由-流出，经D3、R1.D4流入+,即D3、D4导通，DI、D2截止。电路的输出波形如图6所示。图6单相桥式整流电路输出波形在桥式整流电路中，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，即=g的。电路中的每只二极管承受的最大反向电压为同2（U2是变压器副边电压有效值）。在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点,将电容器和负载电容并联或电容器与

5、负载电阻串联，以到达使输出波形根本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：U=(l.11.2)U,直流输出电流：&=-(1.5-2)-是变压器副边电流的有效值。)，稳压电路可选集成三端稳压器电路。12V直流稳压电源电路总体原理电路图如图7所示,可调式直流稳压电源电路总体原理电路图如图8所示，电流扩展直流稳压电源电路总体原理电路图如图9所示：图712V直流稳压电源图8可调式直流稳压电源图9电流可扩展直流稳压电源电路1.选集成稳压器，确定电路形式(1)、在12V直流稳压电源电路实验中的稳压电路，采用固定式三端稳压器，主要使用了集成块78系列及79系列。78XX系列输出为正电压，输出电流可达1

6、A,如7812的输出电流为5mAlA,它的输出电压为12V。和78XX系列对应的有79XX系列，它输出为负电压，如7912表示输出电压为-12V和输出电流为5mAlA.故称之为三端式稳压器。这类集成稳压器的外形图及典型应用电路图如图10所示。图10三端稳压器7812、7912管脚图及典型应用电路图(2)、在可调式直流稳压电源电路因为要求输出电压可调，所以选可调式三端稳压器1.M317,其特性参数匕=+1.2V37V,0max=1.54,最小输入、输出压差(H-匕)InilI=3V,最大输入、输出压差(匕-匕)3=4OV,能满足设计要求，应选用1.M317组成的稳压电路。稳压器内部含有过流、过热

7、保护电路，具有平安可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。电路系列的引脚功能相同，管脚图如图11和典型电路如图12所示.。Rl与R4组成电压输出调节电路,输出电压V,1.25(1+RR),式中，1.25是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压匕,此电压加于给定电阻Rl两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器氏小电阻R1常取值120240C,取R=240Q,那么RPlmin=48,RPhnax=2.64kC,故取RR为5k的精密线绕可调电位器，与其并联的电容器C可进一步减小输出电压的纹波。图中参加了二极管D,用于防止

8、输出端短路时1(F大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。图11图12(3)、在电流扩展中用大功率三极管TIP41C和1.M7812稳压器，TIP41C三极管的管脚如图13所示，其为NPN管，主要参数为：最大工作电压100V,最大工作电流6A,最大耗散率65W。设三端稳压器的最大输出电流为0nm,那么晶体管的最大基极电流=,nax-1R因而负载电流的最大值为乙皿=。+-。)，故其负载采用大功率的电阻，取Rr3.9C,为IOW的电阻。图中二极管用于消除UBE对输出电压的影响。图13TIP41C三极管的管脚图2 选择电源变压器电源变压器的作用是将电网220V的交流电压Ul变换成整流滤波电路所需要的交流

9、电压U2,通常根据变压器副边输出的功率g来选购(或自绕)变压器。变压器副边与原边的功率比为式中，为变压器的效率。一般小型变压器的效率如表1所示。表1小型变压器的效率功率6/VA101030308080-200效率0.60.70.80.85由1.M317输入电压与输出电压的最小压差(匕-匕)nin=3V,最大压差为(匕-9)max=40V,可得到1.M317的输入电压范围为：15V+3V1.5V+40V18V41.5V副边电压VVmin1.l=181.lV,取匕=17V,副边电流1.5A,取耳=IA通过电流扩展可到达21.5A,那么变压器副边输出功率P1I2V2=25.5Wo由表1可得到变压器的

10、效率=0.7,那么原边输入功率?/=36.43W0为留有余地，选功率为50W的电源变压器。3 .选整流二极管及滤波电容(1)、在12V直流稳压电源电路设计中整流二极管D选IN4007即可，其极限参数为fw1()()()V,Zf=IA,满足必同。滤波电容容量较大，一般采用电解电容器，选用3300/50V即可。电容滤波电路利用电容的充放电作用，使输出电压趋于平滑。(2)、在可调式直流稳压电源电路及电流扩展直流稳压电源电路中整流二极管D选1N4007,其极限参数为唳w1000V,f=lAo满足勿必同，。=。皿的条件。滤波电容C可由纹波电压和稳压系数来确定，滤波电路的电路图如图14（八）所示，其输出电

11、压波形如图14(b)、(C)所示，将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。，V=15V,V,.=18V,取匕小一广9mv,Sj0.0051.5A,也可按图18电路连接方法测量输出电流。测试的实验结果符合要求/N1.5A,所以不存在误差。4 .稳压系数的测试在本实验中由于没有自藕变压器，不能调节输入交流电的电压，从而无法测试稳压系数但稳压系数的测试方法为：用图18测试，先调节自藕变压器使输入电压增加10%,即=242V,测量此时对应的输出电压匕I；再调节自耦变压器使输入电压减少10%,即匕=198,测量这时的输出电压匕2，再测匕=22OV时对应的输出电压匕，那么稳压系数为5 220H2vWiIVi2

12、42-198,匕5.产生误差的原因：综上数据计算与处理和误差计算分析，本实验在误差允许的范围内，符合实验设计要求，但毕竟存在小小的误差，主要原因有：(1) .实验测量仪器万用表本身存在缺陷，不精确，可采用更高精确度的仪器去测量；(2) .实验器材受环境温度的影响。如二极管和三极管对温度比拟敏感，易受温度的影响，使得测量数据有所偏差；(3) .焊接不紧或者虚焊会使得输出数据不稳定或者说万用表的指针不易稳定，偏转较明显，从而导致读数不准；(4) .各导线接触不是很好也会导致实验误差。(5) .测输出电流时接触点之间的微小电阻造成的误差；七、结论与心得经过如此长的时间的努力终于如期地把本次的课程设计

13、做好啦，本次实验设计的结果根本符合要求。在实际中，由于有些元器件在本地市场上没有卖，因而只好用些能过替代的元器件替代，因而在选择元器件时比拟难选，也比拟麻烦，需要在网上查找很多元器件的有关资料，如元器件的参数和三极管TIP41C、1.M317、1.M7812、1.M7912的管脚连接方法。在这次课程设计过程中由于在设计方面和购置器材时缺乏经验，所以第一次买的有些元器件不符合要求，如大功率的电阻和电流扩展中用到的大功率的三极管，导致焊上去的电阻被烧坏啦，搞得我跑实验室跑了几趟，但最后换成大功率的就好啦，又由于在理论根底知识掌握得不牢固，在设计中难免会出现这样那样的问题，如：在选择计算标准件的时候

14、可能会出现误差，如果是联系紧密或者循序渐进的计算误差会更大；这些都暴露出了前期我在这些方面知识的欠缺和经验的缺乏。在设计和实验过程中遇到了很多问题是我很难解决的，但经过我和队友以及其他同学的帮助建议下，我得到了信心，使我能够很好地解决并完成它，对于我来说，收获最大的是方法和能力一一那些分析和解决问题的能力，同时也稳固了我对理论知识的掌握，以及提高了我的动手能力。在本次课程设计中让我深深地体会到了团队间的相互鼓励和团结也是很重要的，更重要的是要有个人的恒心、耐心和毅力。有些理论值与实际值并不是很符合的，买的元器件的标的参数和实际测量的并不一致,且并不是所有的理论值都是最正确的，还需通过实践来确证。在焊接电路板时一定要十分小心细心清醒，不能焊错或漏焊，也不不能虚焊，否那么就会因为小小的失误而失败。八、参考文献1 .童诗白华成英主编模拟电子技术根底(第四版)高等教育出版社2 .谢自美主编电子线路设计实验测试(第三版)华中科技大学出版社3 .彭介华主编电子技术课程设计指导高等教育出版社