±12V简易直流稳压电源的设计说明

±12V简易直流稳压电源的设计

1.1直流稳压电源的系统框图

图（1）

1.2各组成部分的功能

（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压。

（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。

1．2．1 电源变压器

电源变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件,当初级线圈中通有交流电流时,铁芯(或磁芯)中便产生交流磁通,使次级线圈中感应出电压(或电流).

变压器由铁芯(或磁芯)和线圈组成,线圈有两个或两个以上的绕组,其中接电源的绕组叫初级线圈,其余的绕组叫次级线圈.

变压器的基本原理是电磁感应原理，现以单相双绕组变压器为例说明其基本工作原理（如上图）：当一次侧绕组上加上电压Ú1时，流过电流Í1，在铁芯中就产生交变磁通Ø1，这些磁通称为主磁通，在它作用下，两侧绕组分别感应电势É1，É2，感应电势公式为：E=4.44fNØm

式中：E--感应电势有效值

f--频率

N--匝数

Øm--主磁通最大值

由于二次绕组与一次绕组匝数不同，感应电势E1和E2大小也不同，当略去内阻抗压降后，电压Ú1和Ú2大小也就不同。

当变压器二次侧空载时，一次侧仅流过主磁通的电流（Í0），这个电流称为激磁电流。当二次侧加负载流过负载电流Í2时，也在铁芯中产生磁通，力图改变主磁通，但一次电压不变时，主磁通是不变的，一次侧就要流过两部分电流，一部分为激磁电流Í0，一部分为用来平衡Í2，所以这部分电流随着Í2变化而变化。当电流乘以匝数时，就是磁势。

上述的平衡作用实质上是磁势平衡作用，变压器就是通过磁势平衡作用实现了一、二次侧的能量传递。

1．2．2 整流电路

整流电路的任务：把交流电压转变为脉动的直流电压。常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式和倍压整流等。

为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。以单相桥式整流电路说明工作原理：

v

> 0时: v L= v2

2

图（2）

v

< 0时: v L= -v2

2

图（3）桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形

v 2>0 时D

1

,D

3

导通

’

D

2

,D

4

截止

。

电流通路:A D

1

R

L

D

3

B

v 2<0 时 D

2

,D

4

导通，D

1

,D

3

截止。电流通路:B D

2

R

L

D

4

A

输出是脉动的直流电压！

1．2．3 滤波电路

通常用脉动系数Ｓ来表示输出电压脉动的程度

S定义：整流输出电压的最低次谐波分量的峰值V

L1m

与直流分量V L之比。

图（4）

滤波电路的结构特点: 电容与负载R L 并联，或电感与负载R L串联。

原理：利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。

几种滤波电路

（a）电容滤波电路

（b）电感电容滤波电路（倒L型）

（c）型滤波电路

图（5）

1. 电容滤波电路

（1）滤波原理

以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。

图（6）1. R L未接入时 (忽略整流电路内阻)

v 2正半周：D

1、

D

3

导通→向C充电

v

2

负半周：D

2、

D

4

导通→向C充电（恒定）

图（7）

2. R L接入时的情况（设v2从0开始上升时接入）

开始v2

当v2>v C时，二极管D1、D3导通，向电容C充电，同时也给R L提供电流，v C随v2上升而上升。

图（8）

只有电压v2大于vC时，二极管导通，才有充电电流iD ，因此流过二极管的瞬时电流很大。

可见，采用电容滤波时，整流管的导通角θ<π。

图（9）

（2）电容滤波电路的特点

①输出电压 VL平均值升高，且与时间常数 RLC 有关

RLC 愈大电容器放电愈慢 VL(平均值)愈大

一般取

(T:电源电压的周期)

近似估算: VL ≈1.2V2

半波整流

电容滤波: VL ≈V2

怎样选电容：C≥(3~5)T/2RL ，耐压≥(1.5~2)V2

②二极管的导电角 < ，流过二极管瞬时电流很大

故选管时，要留有足够的电流裕度，一般取

③输出特性(外特性)较软

图（10）

直流电压 VL 随负载电流增加而减少，带负载能力差。

如: RL 愈小( IL 越大), Vo下降多, S 增大。

结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。