简易直流稳压电源设计综述

烟台工程职业技术学院
机电系系机电一体化专业 10 级毕业设计（论文）
题目: 直流稳压电源设计
姓名孙文晓学号填上
指导教师（签名）赵冰
二○一二年十月二十八日
目录摘要
引言
设计题目及要求
一、直流稳压电源的基本原理
(一)电源变压器T
(二)整流滤波电路
(三)稳压电路
二、设计方案的选择与论证
三、电源变压器的选择
四、整流电路
五、稳压电路
(一)固定电压输出稳压器
(二)可调式三端集成稳压器
六、直流稳压电源的参数设计方法
心得体会参考文
摘要
本文介绍了直流稳压电源的工作原理，它是一种简易直流稳压电源，主要是采用一些简单的电子元件即可。

它是采用由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个核心部分组成，整流电路是采用桥式全波整流（1N4001整流管）；滤波电路是以电容(lOOOμF/35v)滤波；稳压电路是采用集成稳压器（CW7812型号）。

变压电路用变压器将交流电路变成所需的电压。

整流电路用二极管对交流进行整流。

滤波电路由电容器将脉动电流变成直流。

稳压电路是把直流输出电压稳定化。

本设计也可以用其它的方案实现。

关键词：直流稳压电源；降压变压器；桥式整流电路；极性电容；电容滤波电路；三端集成稳压器
引言
直流稳压电源具有体积小、重量轻、效率高、对电网电压及频率的变化适应性强、输出电压保持时间长、有利于计算机信息保护等优点，广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源。

电子设备中都需要稳定的直流电源，功率较小的直流电源大多数都是将50HZ 的交流电经过电源变压器、整流、滤波和稳压这四个基本部分后获得。

整流电路用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压；滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分，使之成为平滑的直流电压；稳压电路的作用是将当输入交流电源电压的波动、负载和温度的变化时，维持输出直流电压的稳定。

由于集成稳压器具有体积小、重量轻、使用方便和上作可靠等优点，应用越来越广泛。

国产的稳压器种类很多，主要分为两人类。

稳压器中的调整元件工作在线性放大状态的称为线性稳压器，调整元件工作在开关状态的称为开关稳压器。

在电子仪器仪表中，经常要求有稳定的直流电源，所以在整流滤波后面，通常需要接直流稳压电路。

一切电子设备都离不开电源，没有电源或电源出了故障，整个电路就要停止工作，所以说电源是电子设备的核心。

电子设备不但需要电源，还需要考虑电源的性能，因为电源的性能在很大的程度上决定了现代电子设备的性能。

电源是现代电子技术的重要基础之一。

直流稳压电源是电源的基础技术，是最基本的稳压电路。

设计题目：简易直流稳压电源
总则：使用三端集成稳压器设计一个直流稳压电源，电源应具有一定实际使用价值。

撰写要求： (1)画出所设计的直流稳压电源的系统框图；分析各组成部分的功能。

(2)各个功能模块的设计，计算元件参数并给出参数选择的依据，并按工程实际确定元件参数的标称值。

具体参数要求：变压器的额定电压、额定电流、额定容量、电压比；整流器件型号；电阻的阻值和功率；电容的电容量和耐压值以及类型；稳压IC型号等。

(3)技术参数和设计要求：
额定输出功率：5W
输入：交流220V
输出电压：+ 6V
(4)对所设计电源指标进行评价并做总结（需要说明的问题）。

(5)正文字数5000字符左右。

一、直流稳压电源的基本原理
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，基本框图如下。

各部分的作用：
稳压电源工作流程图
(一)电源变压器T
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U I 。

变压器副边与原边的功率比为P2/ Pl=η，式中η是变压器的效率。

(二)整流滤波电路
整流滤波电路：整流电路将交流电压U I 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。

U 2
R L
D 2
D 1
U1 U 2 U 0
D 1 D 2
D 3
D 4 U 2
U 3
R L
各滤波电容C 满足RC=(3~5) T/2，式中T 为输入交流信号周期，R 为整流滤波电路的等效负载电阻。

(三)稳压电路
稳压电路：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U1会随着变化。

因此，为了维持输出电压U1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、结构简单等优点。

直流稳压电路的类型： 1.稳压二极管稳压电路
这种稳压电路中利用硅稳压二极管的稳压特性，实现直流工作电压的稳压输出。

这种直流稳压电路的稳压特性一半，往往只用于稳定局部的直流电压。

在整机电源电路中一般不用。

2.串联调整管稳压电路
这种稳压电路利用了三极管集电极与发射极之间阻抗随基极电流大小变化而变化的特性，进行直流输出电压的自动调整，实现直流输出电压的稳定。

在这种稳压电路中的三极管（调整管）一直处于导通状态。

3.开关型稳压电路
这是一种高性能的直流稳压电路，稳压原理比较复杂，在这种电路中的三极管（开关管）处于导通、截止两种状态的转换中，即工作在开关状态，所以开关型稳压电路由此得名。

4.三端集成稳压电路
U 1
U 3
U 2
C
R L
这是一种集成电路的稳压电路，其功能是稳定直流输出电压。

这种集成电路只有三根引脚，使用很方便，在许多场合都有着广泛应用。

二、设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。

（a）稳压电源的组成框图
（b）整流与稳压过程
方案：由固定式三端稳压器( 7812)组成
由固定式三端稳压器( 7812)输出脚V
0、输入脚V
i
和接地脚GND组成，它的
稳压值为+12V，它属丁CW78**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。

三．电源变压器的选择
电源变压器有很多种：有降压变压器、有升压变压器，在这次的设计中我用的是降压变压器，它的作用是将来自电网的220V交流电压U
1
变为整流电路所
需要的交流电压U 2。

1
2
ηP P =
其中：P 2是变压器副边的功率，P 1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
因此，当算出了副边功率P 2最后，就可以根据上表算出原边功率P 1。

过整流电路将交流变为脉动的直流电压。

由于此脉动的直流压含有较的纹波，必须通过滤波电路加以滤波，从而得到平滑的直流电压。

电源变压器的作用是将交流220V 的电压变为所需的电压值，通过的电压还随电网电压波动、负载和温度的变化而变化。

因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。

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。

因本设计输出电压为12V ，故变压器输出电压V 2=18V ，即变比为0.7。

四、整流电路
在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压U 2变换成脉动的直流电压U 3。

滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压U 3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压U I 。

U I 与交 流电压U 2的有效值U 2的关系为：
2)2.1~1.1(U U I =
在整流电路中，每只二极管所承受的最人反向电压为：
22U U RM =
流过每只二极管的平均电流为：
R
U I I R D 2
45.02==
其中：R 为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C 提供放电通路，放电时间常数RC 应满足：
2
)5~3(T
RC >
其中：T= 20ms是50Hz交流电压的周期。

直流电路的任务是将交流电压变为直流电压。

完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用。

因此二极管是整流电路的关键元件。

本设计采用单相桥式整流电路，我们采用的是1N4001整流二集管。

五、滤波稳压电路
滤波电路用于滤去输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成（如：电感电容元件）。

由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容C在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电压降低时，就能把能量释放出来，使负载电压比较平滑，即C具有平波作用；与负载串联的电感L，当电源供给的电流增加时，它能把能量存储起来，而当电流减小时义能把能量释放出来，使负载电流比较平滑，即电感也具有平波作用。

三端集成稳压器。

集成稳压器的类型很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。

按输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。

(一)固定电压输出稳压器
常见的有CW78xx (LM78xx)系列三端固定式正电压输出集成稳压器；CW79xx (LM79xx)系列三端固定式负电压输出集成稳压器。

三端是指稳压电路只有输入、输出和接地三个端子。

型号中最后两位数字表示输出电压的稳定值，有5v、6V、9V、15V、18V和24V。

稳压器使用时，要求输入电压U
I
与输出电压
U 0的电压差U
I
-U
≥2V。

稳压器的静态电流I
=8mA。

当U
=5~18V时，U
i
的最大值
U I max= 35V;当U
=18~24V时，U
I
的最大值U
I
max=40V。

它们的引脚功能及组成的
典型稳压电路见附录图A所示。

常用可调式正压集成稳压器有CW317 (LM317)系列，它们的输出电压从1.25V-37V可调，最简的电路外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。

其芯片有过敏、过热和安全工作区保护，最大输出电流为1.5A，输出压Uo的表达式为：U
=l. 25 (1+R2/R1)式中Rl一般取120-240欧
姆，输出端与调整端的压差为稳压器的基准电压。

(二)可调式三端集成稳压器
可调式三端集成稳压器是指输出电压可以连续调节的稳压器，有输出正电压的CW317系列(LM317)三端稳压器；有输出负电压的CW337系列(LM337)三端稳压器。

在可调式三端集成稳压器中，稳压器的三个端是指输入端、输出端和
调节端。

稳压器输出电压的可调范围为U
0=1.2~37V，最大输出电流I
max =1. 5A。

输入电压与输出电压差的允许范围为： U
I -U
=3~40V。

在这里我们采用串联集成式稳压电路。

三端集成稳压器是我们最常用的一种稳压器。

稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成调整管T1与负
载电阻R
L 相串联，组成串联式稳压电路。

T
2
与稳压管Dz：组成采样比较放人电
路，当稳压器的输出负载变化时，输出电压V
应保持不变，稳压过程如下：设
输出负载电阻R
L 变化，使v
↑，则V
B2
↑--V
C2
↓----I
B1
↓---V
CE1
↑---V
↓。

六．直流稳压电源的参数设计方法：
稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压U。

、输出电流I。

、输出纹波电压△U
op-p
等性能指标要求，正确地确定出变压器、集成稳压器、整流二极管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U。

、最大输出电流Iomax，确定稳压器的型号及电路形式。

根据稳压器的输入电压U
I ，确定电源变压器副边电压U
2
的有效值U
2
；根据
稳压电源的最大输出电流I
O max，确定流过电源变压器副边的电流I
2
和电源变压
器副边的功率P
2根据P
2
,从表1查出变压器的效率η，从而确定电源变压器原边
的功率P
1。

然后根据所确定的参数，选择电源变压器。

确定整流二极管的正向平均电流I
D 、整流二极管的最大反向电压U
RM
和滤波
电容的电容值和耐压值。

根据所确定的参数，选择整流二极管和滤波电容。

设计参数如下：
(一)选择集成稳压器，确定电路形式集成稳压器选用CW7812，其输出电压范围为：Uo=12V ，最大输出电流I 0max 。

为500mA 。

确定的稳压电源电路如图2所示。

图2
图2中，(C 1，C 3为钽电溶，C 1=lOOO ηF/35v ，C 2=0. 33ηF ，C 3=O.luF ，二极管用IN4001)
(二)选择电源变压器
由于CW7812的输入电压与输出电压差的最小值(U I -U 0)min=3V ，所以输入电压U 1= 12+3=15v ，所以U 2=15/1. 2=12. 5V ， 取U 2=18V 变压器副边电流：I 2=508*(1.5~2)=762~1016mA ，取I 2=lOOOmA ，因此，变压器副边输出功率：P 2=18v ，由于变压器的效率可选η= 0.7，所以变压器原边输入功率P 1=25w ，为留有余地，选用功率为30W 的变压器。

(三)选用整流二极管和滤波电容
由于：U RM =25V ，TN4001的反向击穿电压U RM ≥25V ，额定工作电流I D =1A>IOmax ，故整流二极管选1N4001。

所以，滤波电容： C ≥(3~5)／R=1OOO~2016uF 电容的耐压要≥25V ，故滤波电容C 取容量为lOOO μF ，耐压为25V 的电解电容
心得体会
在老师的细心地指导下，及在同学的帮助下，使我顺利的完成本次课程设计
通过本次设计，掌握了直流稳压电源的电子电路的设计与制作，掌握了CW7812芯片的原理与作用，使我学会了如何去检查电路中的错误。

在制作电路时，深深体会到连接电路时一定要仔细，一定要确保每条线路接触性良好。

为保证接出的电路不出现错误，在接线时不能只看着电路原理图去接，应该先把电路图中的每个元件的原理和用途搞清楚，明白每个元件的各个管脚与它哪里相对应，最主要的是搞清楚元件与元件之问的联系，它们在一起有怎样的作用，它们接在一起可以实现那些功能，它们之间有什么相互的影响，好几个元件在一起又能有怎样的功能，弄明白了这些过后，就可以接电路。

在接电路的过程中要仔细并且得有耐心，在检查错误时要更耐心，当出现错误时，首先检查线接对了没有，如果没有错误就看是不是元件存在问题，遇见错误要一步一步的来，不要这里弄一下那里弄一下，这样是不行的。

其实，现在做电路出现错误是一件好事，因为每出现一个错误都将给你带来一点新的知识，这样不光掌握了一些新的东西更重要的是学会了怎么去检查电路中出现的错误。

在实验测试时，应保持冷静，要有条理，遇问题时要联系书本知识积极思考，同时记录好实验数据，这样才能在实验后进行数据分析和总结。

4．通过本次课程设计，提高了我们对模拟电路的兴趣，使我初步知道了芯片7812的功能，对稳压电路有了全面的了解。

通过这次课程设计，加强了我接线路的能力和检查线路错误的能力，同时大大加强了我的动手能力。

在以后，我一定会努力做得更好。

参考资料
[1] 电工电子技术/田玉主编，北京：电子工业出版社，2010
[2] 交直流传动控制系统/钱平主编，北京：高等教育出版社，2009
[3] 章忠伞，电子技术实验与课拌设计，北京：中幽电力出版社，1999．
[4] 郭培源，电子电路及电子器件．北京：高等教育出版社，2000．
[5] 百度百科.直流稳压电源./view/716359.htm
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毕业（设计）成绩评定评分表
90分）以上记为优秀,80分（含80分）以上为良好，70分（含70分）以上记为中等，60分（含60分）以上记为及格，60分以下记为不及格。

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