线性可调直流稳压电源

宁波大红鹰学院

《模拟电子技术》

课程设计报告

课题名称：线性可调直流稳压电源

分院：机械与电气工程学院

教研室：电气工程及其自动化

班级： 11电自3 姓名：XXX

学号：xxxxxxxxxx

指导教师：XX XXX

二○一三年十二月

线性可调直流稳压电源

一、设计任务

1、课题名称：线性可调直流稳压电源

2、设计要求

①输出电压：V

=4.5～12.0V；

o

≥1A；

②最大输出电流：I

omax

③输出纹波：V

≤10mV；

P-P

④电压调整率：K u≤5%（最大输出电流时）；

⑤电流调整率：K i≤3%。（输出为12V时）。

二、硬件设计

1、直流稳压电源设计思路

（1）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。

（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向脉动直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。

（3）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，保留其直流成份。

（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给电压表。

2、直流稳压电源原理

（1）、直流稳压电源

直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。

图1直流稳压电源的方框图

①电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。

②整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电

③滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。

④稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。

（2）、整流电路

①直流电路常采用二极管单相全波整流电路

图2单相桥式整流电路

②工作原理

设变压器副边电压u2=错误！未找到引用源。U2sinωt，U2为有效值。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻R L，且方向是一致的。

图 3单相桥式整流电路简易画法及波形图

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，即电路中的每只二极管承受的最

大反向电压为 (U

是变压器副边电压有效值)。

2

（3）、滤波电路——电容滤波电路原理图

采用滤波电路可滤除整流电路输出电压中的交流成分，使电压波形变得平滑。常见的滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波等。

在整流电路的输出端，即负载电阻RL两端并联一个电容量较大的电解电容C，则构成了电容滤波电路，如图4所示电路，由于滤波电容与负载并联，也称为并联滤波电路。

图4单相桥式整流电容滤波电路

从图3可以看出，当u2为正半周时, 电源错误！未找到引用源。通过导通的二极管VD1、VD3向负载R L供电，并同时向电容C充电（将电能存储在电容里，如t1～t2），输出电压

u0=u c≈u2；错误！未找到引用源。达峰值后u2减小，当u0≥u2时，VD1、VD3提前截止，电容C通过RL放电，输出电压缓慢下降（如t2～t3），由于放电时间常数较大，电容放电速度很慢，当u c下降不多时u2已开始下一个上升周期，当u2＞u0时，电源u2又通过导通的VD2、VD4向负载R L供电，同时再给电容C充电（如t3～t4），如此周而复始。电路进入稳态工作后，负载上得到如图中实线所示的近似锯齿的电压波形，与整流输出的脉动直流（虚线）相比，滤波后输出的电压平滑多了。

显然，放电时间常数R L C越大、输出电压越平滑。若负载开路（R L=∞），电容无放电回路，输出电压将保持为错误！未找到引用源。的峰值不变。

输出电压的估算：

显然，电容滤波电路的输出电压与电容的放电时间常数τ=R L C有关，τ应远大于u2的周期T，分析及实验表明，当

τ=R L C≥（3～5）T /2

时，滤波电路的输出电压可按下式估算，即

U O≈1.2U2

整流二极管导通时间缩短了，存在瞬间的浪涌电流，要求二极管允许通过更大的电流，管子参数应满足

I FM＞2I V=I O

在已知负载电阻R L的情况下，根据式子选择滤波电容C的容量，即

C≥（3～5）T /2R L

若容量偏小，输出电压U O将下降，一般均选择大容量的电解电容；电容的耐压应大于u2的峰值，同时要考虑电网电压波动的因素，留有足够的余量。

电容滤波电路的负载能力较差，仅适用于负载电流较小的场合。

（4）、稳压电路

图5稳压电路原理图

①电路的构成：同相比例运算电路的输入电压为稳定电压，且比例系数可调，所以输出电压就可调；同时为了扩大输出电流，集成运放输出端加晶体管，并保持射极输出形式，就构成具有放大环节的串联型稳压电路。用两个TIP41组成的复合管做调整管，电阻R1与稳压管D3构成基准电压电路，电阻R2、R3和R4为输出电压的采样电阻，集成运放LM358作为比较放大电路。调整管、基准电压电路、采样电阻和比较放大电路构成串联型稳压电路的基本部分。电容C1、C2和C3起到滤波作用。

②稳压原理：由于某种原因（如电网电压波动或负载电阻的变化等）使输出电压U0升高（降低），采样电路将这一变化趋势送到A的反相输入端，并与同相输入端电位U Z经行比较放大；A的输出电压，即调整管的基极电位降低（升高）；