直流稳压电源设计报告

直

流

稳

压

电

源

实

验

报

告

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2010年1月

—.设计目的

1、熟悉小功率直流稳压电源的工作原理。

2、学习小功率直流稳压电源的设计与调试方法。 3 掌握小功率直流稳压电源有关参数的测试方法。

二.设计任务和要求

1．设计并制作一个小功率直流稳压电源， 性能指标要求： V O =+5V

技术指标要求： 纹波电压：≤5mV

电压调整率：K u ≤3% 电流调整率：K i ≤1%

（1）纹波电压

纹波电压是指叠加在输出电压U o 上的交流分量。用示波器观测其峰－峰值ΔU o(P-P)，一般为毫伏量级，也可以用交流电压表测量其有效值，但因ΔU o 不是正弦波，所以用有效值测量其波纹电压时会产生一定误差。

（2）稳压系数

稳压系数是指在负载电流、环境温度不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化，即：

//o o u i i U U S U U ∆=

∆

（3）电压调整率

电压调整率是指输入电压相对变化为±10%时的输出电压相对变化量，即

o

u o U K U ∆=

稳压系数S u 和电压调整率K u 均说明输入电压相对变化对输出电压的影响，因此只需计算其中之一即可。

（4）输出电阻

输出电阻是指当输入电压不变时，输出电压变化量与输出电流变化量之比的绝对值，即：

o o o

U r I ∆=

∆

（5）电流调整率

电流调整率是指输出电流从0变到最大值I Lmax 时所产生的输出电压相对变化值，即：

o i o U K U ∆=

输出电阻r o 和电流调整率K i 均说明负载电流变化对输出电压的影响，因此只需计算其中之一即可。 2、实验电路参数计算

（1）确定稳压电路的最低输入直流电压U imin

U imin ≈[U omax +(U i -U 0)min ]/0.9

代入各指标,计算得: U imin ≥(5+3)/0.9=8.89V 取值为9 V. （2）确定电源变压器副边电压、电流及功率

U i ≥U omax /1.1. I 1≥I imax 所以我们取I 1为1.5A. U I ≥5/1.1=4.6V

变压器副边功率P 2≥7W

变压器的效率q=0.7，则原边功率P 1≥10 W.由上分析,可选购副边电压为9 V,输出1.5A,功率12W 的变压器.

（3）选整流二极管及滤波电容 整流二极管1N4007通用参数：

电流参数：IO=1A/IFSM=30A/IR=10μA

电压参数：URRM=URWM=UR=1000V/URSM=1200V/UF=1.1V/UR(RMS)=700V 功 率：PD=3W

滤波电容计算：C ≈(3～5)T ×Iimax/2U 1min 电解电容作滤波电容。

三、设计步骤

1．电路图设计

（1）确定目标：设计整个系统是由那些模块组成，各个模块之间的信号传输，并画出直流稳压电源方框图。

（2）系统分析：根据系统功能，选择各模块所用电路形式。

（3）参数选择：根据系统指标的要求，确定各模块电路中元件的参数。 （4）总电路图：连接各模块电路。

2．电路安装、调试

（1）为提高学生的动手能力，学生自行设计印刷电路板，并焊接。

（2）在每个模块电路的输入端加一信号，测试输出端信号，以验证每个模块能否达到所规定的指标。

（3）重点测试稳压电路的稳压系数。

（4）将各模块电路连起来，整机调试，并测量该系统的各项指标。

四．实验设计及元器件

1实验设计电路

一．图1为集成稳压电源LM7805的典型电路。其主要器件有变压器T、整流二极管、滤波电容、集成稳压器。

图1集成稳压电源的典型电路

表1 元器件清单

五．实验原理

（1）直流稳压电源的基本原理

直流稳压电源一般由电源变压器T 、整流滤波电路及稳压电路组成，如图2所示。其中电源变压器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u i 。变压器副边与原边的功率比为：2

1

P P η=

式中 η为变压器的效率；P 2为副边功率；P 1为原边功率。

图2 直流稳压电源基本组成框图

整流滤波电路中的整流电路将交流电压u i 变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除纹波，输出直流电压U 1。

各滤波电容C 满足：1(3~5)

2

L T

R C = 式中 T 为输入交流信号周期；R L1为整流滤波电路的等效负载电阻。

大部分集成稳压器都具有输出电压稳定的功能。集成稳压器本身不能产生功率，只是将输入端功率取出传给负载，通过控制该功率的大小使输出电压不变。小功率电源采用线性稳压器较好。常用的集成稳压器有固定式三端稳压器和可调式三端稳压器（均属电压串联型），

固定三端集成稳压器分正压和负压两个系列，两系列除输出电压极性、引脚定义不同外，其他特点相同。三端稳压器的三端是输入端子U I 、输入出端子U o 和公共端子COM ，使用时公共端子COM 通常接地，其内部等效电路如图3所示。它由调整管、保护电路、控制电路、误差放大器等组成，U o －COM 端子间电压与基准电压U ref 进行比较，工作时经常保持

一致，当输入电压U I或输出电流I O变化时，使输出电压U o保持稳定。

图3三端稳压器的内部等效电路

正压系列以78XX系列为代表，输出电压有5、6、8、10、12、15、18、20、24V等品种，输出电压精度基本上为4%。该系列稳压块有过流、过热和调整管安全工作区保护，以防过载损坏。一般不需要外接元件即可工作，有时为改善性能也加少量元件。78XX系列又分三个子系列：78XX、78MXX和78LXX，其差别只在输出电流和外形，78XX输出电流为1A，78MXX输出电流为0.5A，78LXX输出电流为0.1A。负压系列以79XX为代表。78XX 系列、79XX系列典型电路如图4所示，封装形式如图5所示。

（a）正电压输出（b）负电压输出

（c）正、负电压输出

图4固定三端稳压器的典型应用

（a）TO3封装（b）TO220封装（c）TO92封装

图5三端固定式集成稳压器的封装形式