直流稳压电源实验报告

直流稳压电源的设计实验报告

电子系统设计专题实验一

信息24班

赵恒伟

2120502099

一、电源稳定问题的提出:

各种用电设备对供电质量都有一定要求，这些要求包括供电电源为交流还是直流、电压额定值及其变化范围、最大功率等。这里研究对象是输出为直流的稳压电源。该作用由下图说明：

Ui （不稳定） Uo （稳定） R 当出入电压Ui 变化或负载R 变化时，稳压电源的输出都应保持稳定。 对于大多数功率较小的直流电源大多数都是将50Hz 的交流电经过整流、滤波和稳压后获得。整流电路用来将交流电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；稳压电路的作用是当输入交流电源电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定. 在本设计中,可以实现将220v 的交流电压经过整流，滤波，稳压最终可实现输出电压+5V 的直流稳压电源。本设计的主要内容是围绕着如何设计和实现各个部分而展开的。

二、 实验原理框图概述

通过我们模拟电子技术理论课的学习我们知道，单相交流电要经过电源变压器、整流电路、滤波电路还有稳压电路才能转换成稳定输出的直流电压。它的总体功能方框图和各个电路部分输出电压的波形如下1图和图2所示：

50Hz u 1

u 2

u 3

u 4

u 0

u 1 u 2 u 3 u 4 u 0

0 t 0 t 0 t 0 t 0 t

（a ） (b) (c) (d) (e) （图2，各个电路部分输出电压波形）

电源变压器

整流电路

滤波电路

稳压电路

～220V

直流电压

(图1，直流稳压电源总体功能框图）

其中，（a）为输入的220V电压波形；

（b）为电压器降压后的波形；

（c）整流后的电压波形；

（d）滤波后的电压波形；

（e）最后输出的直流稳压电源波形。

我们知道，直流电源的输入为220v的市电，因而需要电源变压器降压后，再对交流电压进行处理。变压器副边电压经过整流电路从交流电压转

换为直流电压，为较小电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，是输出电

压平滑。最后通过稳压电路，使输出直流电压基本不受电网电压波动的影

响，不受负载变化的影响，从而获得足够高的稳定性。如果设计正确的

话，它的波形应该如上图所示。

三、直流稳压电源各部分组成及原理分析

1整流电路方案选择

整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成。

电源电路中的整流电路主要有半波整流电路、全波整流电路和桥式整流三种，倍压整流电路用于其它交流信号的整流，例如用于发光二极管电平指示器电路中，对音频信号进行整流。

方案一：半波整流电路

有效值电流：()()00

2

2

2

257.12

2

sin 21I I I t d t I I m

m

==

==

⎰πωωπ

π

二极管电流：2I I D = 00I I D =

反相电压：22U U DRM =

分析：这种除去半周、图下半周的整流方法，叫半波整流。不难看出，半波整说是以"牺牲"一半交流为代价而换取整流效果的，电流利用率很低（计算表明，整流得出的半波电压在整个周期内的平均值，即负载上的直流电压Usc =0.45U 2 ）

方案二：桥式整流电路

桥式整流电路克服了全波整流电路要求变压器次级有中心抽头和二极管承受反压大的缺点，但多用了两只二极管。在半导体器件发展快，成本较低的今天，此缺点并不突出，因而桥式整流电路在实际中应用较为广泛。

流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流分量，可将脉动电压做傅里叶分析。此时谐波分量中的二次谐波幅度最大，最低次谐波的幅值与平均值的比值称为脉动系数S ，S 越小越好。

整流电路性能的简单对比

方案选定：鉴于以上分析对比，本设计采用方案二。

2滤波电路方案

整流电路将交流电变为脉动直流电，但其中含有大量的交流成分，为了获得平滑的直流电压，应在整流电路的后面加接滤波电路，以滤去交流成分。

方案一：电感滤波电路

电感L起着阻止负载电流变化使之趋于平直的作用。一般电感滤波电路只适用于低电压、大电流的场合。

方案二：∏型LC滤波电路

由于电容C对交流的容抗很小，而电感L对交流阻抗很大，因此，负载RL上的纹波电压很小。但由于电阻要消耗功率，所以，此时电源的损耗功率较大，电源功率降低。

方案三：电容滤波电路

当u2为正半周并且数值大于电容两端电压

u c 时，二极管D1和D3管导

通，D2和D4管截止，电流一路流经负载电阻RL ，另一路对电容C 充电。当

u c >u2，导致D1和D3管反向偏置而截止，电容通过负载电阻RL 放电，uC 按

指数规律缓慢下降。

当u2为负半周幅值变化到恰好大于u c 时，D2和D4因加正向电压变为导通状态，u2再次对C 充电，u c 上升到u2的峰值后又开始下降；下降到一定数值时D2和D4变为截止，C 对RL 放电，uC 按指数规律下降；放电到一定数值时D1和D3变为导通，重复上述过程。

电容充电时间常数为C R D =τ，因为二极管的D R 很小，所以充电时间常数τ小，充电速度快；

’

τ为放电时间常数，因为RL 较大，放电时间常数远大于充电时间常数，因此，滤

波效果取决于放电时间常数。

电容C 愈大，负载电阻RL 愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大，如右上图所示.整流电路接入滤波电容后，不仅使输出电压变得平滑、纹波显著减少，同时输出电压的平均值也增大了。

方案选定:鉴于以上分析，本设计采用方案三。