集成直流稳压电源的设计

设计题目：集成直流稳压电源的设计

集成直流稳压电源的设计

1 设计目的及性能指标要求:

掌握集成直流稳压电源的实验方法。掌握用变压器、整流二极管、滤波电容和集成稳压器来设计直流稳压电源的方法。掌握直流稳压电源的主要性能指标及参数的测试方法。为下一个综合实验——语音放大电路提供电源。

设计一个双路直流稳压电源。输出电压Uo = ±12V ，最大输出电流Iomax = 1A 。输出纹波电压ΔUop-p ≤5mV , 稳压系数SU ≤5×10-3 。选作：加输出限流保护电路。

2电路框图和原理图

方案一：采用LM317、LM337共地可调式三端稳压器电源

LM317可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压，不过它只能允许可调的正电压，稳压器内部含有过流，过热保护电路；由一个电阻（R）和一个可变电位器(RP)组成电压输出调节电路，输出电压为：Vo=1.25(1+RP/R)。LM337输出为负的可调电压，采用两个独立的变压器分别和LM317及LM337组装，操作比较简单。电路图2-1所示

图2-1 LM317与LM337组装电路

方案二: 采用LM7812和LM7912组装成稳压电路

固定式三端稳压器LM7812和LM7819组装电路可对称输出±12v,其电路图如图2-2所示.

图2-2 LM7812和LM7912组装

方案的最终选择

方案一的电路由三端可调式稳压器LM317和LM337组装而成,可输出范围为±1.25 -±12连续可调,通过对Rw的调整可输出+5V, ±12,(3-9)V连续可调.其电路组装比较简单,但输出所需电压时需要调整可变电阻,不能直接输出,因此使用时不方便.方案二由三端固定式稳压器组成,所用器件较少,并且电路组装简单,不会增添麻烦,在方案二中可直接得到+5v和±12的输出电压.使用式比较方便,综上所述,方案二比方案一合理,因此选择方案二。

3单元电路的设计思想和基本原理及器件的选择

集成直流稳压电源由四部分组成:

四部分分别为:电源变压器,整流电路,滤波电路,稳压电路,方框图3-0

下面为直流稳压电源的原理框图和波形变换。

图 3-0 集成直流稳压电源

3.1 电源变压器:

电源变压器的效率电源变压器是将220V ，50HZ 交流电压降压后输出到副边。

其中：2P 是变压器副边的功率，1P 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

副边功率2P

VA 10< VA 30~10 VA 80~30 VA 200~80 效率η 0.6 0.7 0.8 0.85

因此，当算出了副边功率2P 后，就可以根据上表算出原边功率1P 。例如对本次课程设计原边边电功率为20，由表可知其效率η=0.7，则变压器副功率1P 为14W 。

3.2 整流电路

管D 1～D 4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。如图3-2-1

图3-2-1 桥式整流电路 图3-2-2 桥式整流原理

在v 2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D 1流向R L ，再由二极管D 3流回变压器，所以D 1、D 3正向导通，D 2、D 4反偏截止。在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。其电流通路可用图中实线箭头表示。

在v2的负半周，其极性与图示相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D2流向R L，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向导通。电流流过R L时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。其电流通路如图中虚线箭头所示。

综上所述，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。

结合上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图3-2-2

3.3 滤波电路及滤波电容的选择

滤波电路及其原理如下图3-3-1所示:

3-3-1 RC滤波电路

3-3-2 RC滤波电路电容滤波电路中二极管的电流和导通角

为了得到平滑的负载电压，一般取

R L C>=(3~5)T/2

式中T为电源交流电压的周期。

一般选几十至几千微法的电解电容，耐压> 1.1√2U2。

滤波电容的容量可由下式估算：

C=I C t/ΔV ip-p

式中ΔV ip-p——稳压器输入端纹波电压的峰-峰值；

T——电容C放电时间，t=T/2=0.01S

I C——电容C放电电流，可取I C=I omax，滤波电容C的耐压值应大于1.4 V2。

3.4稳压电路

由于稳压电路发生波动、负载和温度发生变化，滤波电路输出的直流电压会随着变化。因此，为了维持输出电压稳定不变，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）等发生变化时，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组成。采用集成稳压器设计的电源具有性能稳定、结构简单等优点。

3-4-1三端可调式稳压器及其电路

3-4-2三端固定式稳压器

集成稳压器的种类很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按照输出电压类型可分为固定式(图3-4-2)和可调式(图3-4-1)，此外又可以分为正电压输出和负电压输出两种类型。按照设计要求本设计要用到固定式三端稳压器。

4元件介绍及元件参数的计算

4.1稳压器的参数计算

电源变压器将来自电网的220V交流电压U1变换为整流电路所需要的交流电压U2。

4.1.1根据LM7812,LM7912计算变压器副边输出电压

7812的输出电压Uo为（5-24）V，最小输入输出压差8V，最大输入输出压差为40V，7812的输入电压范围为： 20V≤Ui≤52V

U2≥Uimin/1.1=18V

取U2=20V,I2=0.5A

变压器副边电压P2≥I2U2=10V

为留有余地同样选择20V/20W变压器

4.2 滤波电容的参数计算

滤波电容的容量可由下式估算：

C=I C t/ΔV ip-p

式中ΔV ip-p——稳压器输入端纹波电压的峰-峰值；

T——电容C放电时间，t=T/2=0.01S

I C——电容C放电电流，可取I C=I omax，滤波电容C的耐压值应大于1.4 V2。

在本实验中

Sv=ΔVo/Vo/ΔVi/Vi

式中，Vo=9v 、V i=12v、ΔVop-p=5mv、Sv=0.005

则ΔV i =ΔVop-p V i / Vo Sv=1.4v

所以滤波电容

C= I C t/ΔV ip-p = I omax t/ΔV ip-p =0.003636uF

C的耐压值应大于1.4 V2=21v。

由于之前模电实验可知在实际制作过程中采用比理论值小的电容同样能达到很好的滤波效果，因此采用3000μF的电容。

4.3 稳压器的选择

设计要求输出电压为:要求输出±12V对称输出电压，以及+5V电压。78××系列和79××系列为固定式三端稳压器，可分别输出正电压和负电压。7812可输出+12V，7912可输出-12V，二者组装可得