直流稳压电源

直流稳压电源的设计

第一章绪论

电源波动或负载变化影响而保持稳定，这就需要我们对整流后的电源进行稳压设计。在各种电子电路中，总离不开电源电路，而由于电路结构和元件特性，就需要用到直流电源供电，而能提供直流电源的干电池太阳能电池等功率小，成本高等缺点。而交流电在产生、电能输送等方面具有独特的优点，发电站、各市电网中的电能传输都是以交流电的形式进行输送，因此，就需要我们对市电提供的电压进行降压整流等，把交流电转换成直流电，以获得我们所需要的电压。电力系统供电电压的波动，或者负载阻抗和功率的变化，都会引起整流器输出电压随之改变。在电子电路和自动控制装置中，通常都需要电压稳定的直流电源供电，使整流器输出电压尽可能少受流电进行滤波，稳压，以获得我们所需要的供电电源。

本次课程设计的课题是直流稳压电源，本课程设计将就稳压电源电路的工作原理、参数计算、元件选取、电路调试等做详细的介绍和说明。由于本人水平有限，不妥指出还望各位老师指正。

1.1、设计目的

1、学习直流稳压电源的设计方法；

2、研究直流稳压电源的设计方案；

3、掌握直流稳压电源的稳压系数和内阻测试方法；

4、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

电流；

5、通过设计加深对基础知识的认知和个学科间的联系，能基本的进行综合

电路课题的设计。

1.2 设计任务

1、进行设计方案的比较，并选定设计方案；

2、完成电路的设计和主要元器件说明；

3、完成硬件原理图设计和PCB图设计；

4、安装各单元电路,要求布线整齐,美观。

1.3 设计要求与技术指标

1.3.1 技术指标：

⑴两路基本电压输出±5V和±12V电压、一路可调0~20V可显示电压输出，

最大输出电流为1.5A。

⑵输出纹波电压5～6mV，输出电流大于1A

≤5×10-3。

⑶输出功率≥20W，总体谐波失真小于0.2％，稳压系数S

v

⑷数字电压表四位显示，分辨率小于20mV，可连续可调。显示范围为四档：

Ⅰ：0～5V、Ⅱ：5～10V、Ⅲ：10～15V、Ⅳ：15～20V。

⑸可外接测量范围0~20V的电压，具有自动换档的功能。

1.3.2 设计要求

（1）设计一个能输出正负9V的直流稳压电源；

（2）要求绘出原理图，并用Protel画出印制板图；

（3）根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数；

（4）在万能板或面包板上制作一台直流稳压电源；

（5）测量直流稳压电源的稳压系数；

（6）测量直流稳压电源的内阻；

（7）拟定测试方案和设计步骤；

（8）写出设计性报告。

1.4、设计所需设备：

1）、自耦变压器一台

2）、数字万用表

3）、数字电压表

4）、变阻器、面包板或万能板

5）、智能电工实验台

1.5．原理说明

1.5.1 直流稳压电源的基本组成及原理

直流稳压电源一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成，

直流稳压电源的基本组成框图如下图1-1所示：

直流集成稳压电源原理

交流电源电压经电源变压器变换成整流电路所需的交流电压植后，通过整流电路变成单向脉冲电压，再由滤波电路滤去其中的交流分量，得到较平滑的直流电压，最后经稳压电路获得稳定的直流电压。

1.5.2 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。变压器副边与原边的功率比为P2/ P1=η，式中η是变压器的效率。

1.5.3 整流滤波电路

整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。

各滤波电容C满足RC＝（3~5）T/2，式中T为输入交流信号周期，R为整流滤波电路的等效负载电阻。

1.5.4、三端集成固定电压输出稳压器

由于输入电压u

1

发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电

压U

I 会随着变化。因此，为了维持输出电压U

I

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）发生变化时，能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所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。

1.6 电路原理分析

220V市电经电源变压器降为约12V的交流电，经滤波电容C1滤除市电干扰后再经桥式整流电路形成一个不稳定的直流电压加至电源滤波电容C2的两端，在C2两端形成一个约18V的较平滑的直流电压加至由T1等组成的电子滤波电路，在T1的发射极得到一个稳定的12V直流电压。为提高电流的放大倍数，改善电子滤波器的性能，电源调整管采用复合管的形式。R5，R6，Rp及T3，D5组成取样放大电路。当某种原因使负载电流增大，导致输出电压减小，T3基极电压随之下降，基极电流减小，使T3对电源复合管基极的分流减小，电源复合管

中基极电流增大，集电极电流相应增加，从而使输出电压恢复正常。反之亦然。稳压管D5为T3提供取样基准比较电压，R4则为D5提供电压。R1与C7组成退耦电路，以减小输入纹波电压对T3的影响。R2与C8组成有源滤波电路，能减小输出电压纹波系数，达到优良的滤波效果。

1.7 系统整体设计方案：

稳压器的基本作用是消除或减弱输入电压、负载电源和温度变化对输出电压的影响。为了完成这个作用，可以采用各种类型的稳压电路。根据所采用的调整元件的不同，稳压器可分为电子管稳压器，晶体管稳压器。根据调整元件的方法的不同，可分为并联型和串联型稳压源

1. 并联型稳压电源（晶体管）：当负载电流保持不变时，晶体管并联型稳压电源具有较高的效率。但是，如果稳压器的负载是可变的，特别是空载状态下，稳压器的全部输入电能都损耗在串联和并联调整元件上，稳压器的效率非常低。因此，当输出电压需要在较大范围内调整或者输出电压稳定性要求较高时，一般都不采用并联稳压器。

2. 并联型稳压器的主要优点是输出短路时，不会损坏并联型调整元件。并联型稳压器的这种过载自动保护作用是由串联电阻完成的。当输出端负载短路时，与输出端并联的调整元件的两端压为零，因此不会损坏调整元件。这时，全部输入电压都加到串联电阻的两端。因此，串联电阻的额定功率要根据输出短路的状态来计算。此外，负载变化较小时，并联稳压电源的稳定性比较好，对各种瞬时变化的适用性比较出色。

3. 并联型稳压电源（稳压管）稳压管并联型稳压电路比较简单，但是，由于存在不少的缺点，一般用于稳定度要求不高的且负载固定的小电流稳压性，或者作为各种复杂稳压器的基准电压电源。稳压管并联稳压器主要缺点有：①效率太低

②输出电压一般不能调节③稳压性能不够理想。

4. 串联型稳压电源（稳压管）带有差动放大器的串联稳压器且具有双路输出电