直流稳压电源的设计-Read

直流稳压电源的设计

目录

一、目的和要求．．．．．２

二、实验原理．．．．．３

三、稳压电源的技术指标．．．．．１１

四、元件清单．．．．．１２

五、小结．．．．．１3

一、目的与要求

1．实验目的

通过集成直流稳压电源的设计、安装和调试，要求学会：

(1)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源；

(2)掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。

2．设计任务

设计一波形直流稳压电源，满足：

(1)当输入电压在220V±10%时，输出电压为±5v,±12v,±15v和从0到15v可调，输出电流大于1A；

(2)输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于5×10-3，输出内阻小于0.1欧。3．设计要求

(1)电源变压器只做理论设计；

(2)合理选择集成稳压器；

(3)完成全电路理论设计、绘制电路图

(4)撰写设计报告、总结报告

二、实验原理

稳压电源一般由变压器、整流器和稳压器三大部分组成，即变

压器，整流滤波电路和稳压电路。如下图所示。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。

稳压电源电路的基本方框图 1、各部分电路的作用

（1）交流电压变换部分。一般的电子设备所需的直流电压较之交流电网提供的220V 电压相差较大，为了得到输出电压的额定范围，就需要将电网电压转换到合适的数值。所以，电压变换部分的主要任务是将电网电压变为所需的交流电压，同时还可以起到直流电源与电网的隔离作用。

（2）整流部分。整流电路的作用，是将变换后的交流电压转换为单方向的脉动电压。由于这种电压存在着很大的脉动成份（称为纹波），因此一般还不能直接用来给负载供电，否则，纹波的变化会严重影响负载电路的性能指标。

（3）滤波部分。滤波部分的作用是对整流部分输出的脉动直流电进行平滑 ，使之成为含交变成份很小的直流电压。也就是说，滤波部分实际上是一个性能较好的低通滤波器，且其截止频率一定低于整流输出电压的基波频率。

（4）稳压部分。尽管经过整流滤波后电压接近于直流电压，但是其电压值的稳定性很差，它受温度、负载、电网电压波动等因素的影响很大，因此，还必须有稳压电路，以维持输出直流电压的基本稳定。 2、各电路的选择 （1）电源变压器

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Ui 。

实际上，理想变压器满足I 1/I 2=U 2/U 1=N 2/N 1=1/n ，因此有P 1=P 2=U 1I 1=U 2I 。变压器副

u 1

变压器

u 2

整 电流 路u 3滤 电波 路

u 4稳 电压 路

U o

边与原边的功率比为P2/ P1=η，式中η是变压器的效率。这一结论是我们已经熟悉的。

2．整流

整流是稳压电源的一个重要组成部分，它的主要作用是进行波形变换即将交流信号变成直流信号。 （1）半波整流

半波整流电路如下图所示。为分析方便起见，可设二极管为理想的。

R L

T

r

D

半波整流电路

该电路工作原理：设变压器次级电压U 2=U 2m sin ωt=2U 2sin ωt ，其中U 2m 为其幅值，U 2为有效值。当U 2变化的正半周期时，二极管D 受正向电压偏置而导通，U L =U 2；当U 2变化的负半周期时，二极管D 处于反向偏置状态而截止，U L =0。U 2和U L 的波形如下图所示，显然，输入电压是双极性，而输出电压是单极性，且是半波波形，输出电压与输入电压的幅值基本相等。

由理论分析可得，输出单向脉冲电压的平均值即直流分量为

U L0=U 2m /π=π

2U 2 ≈0.45 U 2 （1）

显然，输出电压中除了直流成分外，还含有丰富的交流成分基波和谐波（这里可通称为谐波），这些谐波的总和称为纹波，它叠加与直流分量之上。常用纹波系数γ来表示直流输出电压中相对纹波电压的大小，即

L0

L γU U =

γ （2）

式中，U L γ为谐波电压总有效值，其值应为

2

L0

222

L22L1γL 2

1U U U U U -=

++= （3） 由式（1）、(2）和（3）通过计算可得，γ≈1.21。由结果可见，半波整流电路的输出电压纹波较大。

ωt

U 2

o

U L

ωt

o

半波整流电路的波形

半波整流电路中的二极管安全工作条件为：

a ）二极管的最大整流电流必须大于实际流过二极管平均电流，即

I F ＞I D0=U L0/R L =0.45U 2/R L

b ）二极管的最大反向工作电压U R 必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压U RM ，即

U R ＞U RM =2U 2

2．全波桥式整流电路

全波桥式整流电路如图(a)所示，图中4个二极管接成电桥的形式，故有桥式整流之称。图(b)所示为该电路的简化画法。

+-U 1

+U 2

-

R L

D 4D 1

D 3D 2

+-

U L

U 1

U 2

T r

R L U O

T r

+-

图（a ） 全波桥式整流电路 图(b) 全波桥式整流电路简化画法

该电路工作原理：参见图(a)，设变压器次级电压U 2=U 2m sin ωt=2U 2sin ωt ，其中U 2m 为其幅值，U 2为有效值。在电压U 2的正半周期时，二极管D 1、D 3因受正向偏压而导通，D 2、D 4因承受反向电压而截止；在电压U 2的负半周期时，二极管因受D 2、D 4正向偏压而导通，D 1、D 3因承受反向电压而截止。U 2和U L 的波形如下图所示，显然，输入电压是双极性，而输出电压是单极性，且是全波