直流稳压电源充电器ZX3001

直流稳压电源充电器摘要电子设备一般都需要直流稳压电源供电。

这些直流电除了少数直接利用干电池和直流发电机外，大多数是采用把交流电（市电）转变为直流电的直流稳压电源。

所有手机充电器其实都是由一个稳定电源（主要是稳压电源、提供稳定工作电压和足够的电流）加上必要的恒流、限压、限时等控制电路构成。

这次设计的万能充电器为宽电压充电器，具有安装调试方便、工作稳定、耗电省等优点。

它是由市电整流电路、他励振荡电路、高频扼流电路、低压整流电路、充电自动监控电路等部分组成。

在散件的组装过程中除可进一步的学习电子技术外，还可以掌握电子安装工艺，了解测量和调试技术，一举多得。

关键词：直流稳压万能充原理设计目录一、选题背景 (1)1.1设计目的 (1)1.2设计意义 (1)1.3设计的内容要求 (1)1.4发展概况 (1)二、方案论证 (2)2.1直流稳压电源的基本原理 (2)2.2直流稳压电源的种类及选用 (3)三、设计论述 (4)3.1变压器工作原理 (4)3.2.1整流电路 (6)3.2.2滤波电路 (7)3.3稳压电路 (7)四、结果分析 (9)4.1电路的误差分析 (9)4.2稳压电路的质量指标 (10)五、总结 (11)六、致谢 (12)七、附录 (13)参考文献 (15)一、选题背景1.1设计目的1.通过本次课题的设计,掌握模拟电路系统的设计方法，设计步骤。

2.学会直流稳压电源及充电器的设计方法和性能指标测试方法。

3.培养实践技能以及分析和解决实际问题的能力。

1.2设计意义1.通过专业设计，进一步巩固加深所学的基础理论、基本技能和专业知识；2.在专业设计过程中着重培养独立工作、独立思考并运用已学的知识解决实际问题的能力，同时培养独立获取新知识的能力；3.通过专业设计加强对调研调查、资料获取、实验方法、数据资料的综合处理、计算机应用等最基本的工作实践和科研能力的培养。

1.3设计的内容要求1.设计并制作一个连续可调直流稳压电源及充电器，主要技术指标要求（1）输入：交流220V-50Hz（2）最大输出：直流4.25V-150mA2.设计电路结构，画出实用原理电路图，计算确定元件参数，选择电路元件。

3.自拟实验方法、步骤及数据表格。

1.4发展概况自六十年代起，第一台开关电源问世以来，开关电源在世界各国迅速发展，直流稳压电源也顺势而生，但在初期价格较高，直到八十年代，随着元件工艺的成熟，直流稳压电源的价格也日益下降，应用也变的日益广泛。

近几年随着科技的发展，直流稳压电源的工作频率有原来的几十千赫发展到现在的几百千赫，甚至更高。

现在智能化的直流稳压电源也被广泛应用于生产领域，对此的研究开始向高频方面发展。

以美国为首的几个发达国家在这方面的研究已经转向高频下电源的拓扑理论、工作原理、建模分析方法和高频大功率开关器件，高性能集成控制器和功率模块的开发研制方面发展。

我国在此方面的起步较晚，1973年才开始这方面的研究工作，现在主要在小功率单端变换器方面发展较为迅速。

在功率半导体器件及控制集成化方面，与国外同类产品有这很大的差距。

因此，直流稳压电源的研制及应用在此方面与之也从在很大的差距。

近年来，随着微机，中小型计算机的普及和航空航天数据通信，交通邮电等事业的讯速发展，以及为了各种自动化仪器、仪表和设备配套的需要，当代对电源的需要不仅日益增大，而且对电源的性能、效率、重量、尺寸和可靠性以及诸如程序控制、电源通/断、远距离操作和信息保护等功能提出了更高的要求。

对于这些要求，传统的线性稳压电源无法实现，和线性稳压电源相比，稳压电源具有以下的一些优越性:1.效率高2.稳压范围宽3.体积小重量轻4.安全可靠二、方案论证2.1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、整流电路、滤波电路及稳压电路所组成，图2-1为直流稳压电源基本原理框图。

图2-1基本原理框图基本原理：1.电源变压器：电源变压器的作用是将220V的交流电压变换为可以提供整流滤波电路所需的电压。

2.整流电路：利用单向导电元件二极管，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。

3.滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。

4.稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。

2.2直流稳压电源的种类及选用直流稳定电源按习惯可分为化学电源，线性稳定电源和开关型稳定电源，它们又分别具有各种不同类型：1.化学类稳压电源我们平常所用的干电池、铅酸蓄电池、镍镉、镍氢、锂离子电池均属于这一类，各有其优缺点。

随着科学技术的发展，又产生了智能化电池。

在充电电池材料方面，美国研制人员发现锰的一种碘化物，用它可以制造出便宜、小巧、放电时间长，多次充电后仍保持性能良好的环保型充电电池。

2.线性稳压电源线性稳压电源有一个共同的特点就是它的功率器件调整管工作在线性区，靠调整管之间的电压降来稳定输出。

由于调整管静态损耗大，需要安装一个很大的散热器给它散热。

优点：稳定性高、纹波小、可靠性高、易做成多路、输出连续可调的成品。

缺点：体积大、较笨重、效率相对较低。

3.开关型直流稳压电源与线性稳压电源不同的一类稳压电源就是开关型直流稳压电源，按起开关作用的振荡电路组成形式分有自激开关式和他激开关式；按起稳压控制作用的脉冲占空比形式分有脉宽调制式和频率调制式。

它和线性电源的根本区别在于它的调整管不是工作在线性区，而是饱和区及截止区即开关状态。

开关电源因此而得名。

优点：体积小，重量轻，稳定可靠。

缺点：相对于线性电源来说，电路复杂，成本较高，输出纹波电压大。

下面就一般习惯分类介绍几种开关电源：（1）AC/DC 电源该类电源也称一次电源，它自电网取得能量，经过高压整流滤波得到一个直流高压，供AC/DC 变换器在输出端获得一个或几个稳定的直流电压。

（2）通信电源通信电源其实质上就是AC/DC变换器式电源，只是它一般以直流－48V或－24V 供电，并用后备电池作DC供电的备份，将DC的供电电压变换成电路的工作电压，一般它又分中央供电、分层供电和单板供电三种，以后者可靠性最高。

（3）电台电源电台电源输入AC220V/110V，输出DC13.8V,功率由所供电台功率而定。

为防止AC 电网断电影响电台工作,而需要有电池组作为备份,所以此类电源除输出一个13.8V直流电压外,还具有对电池充电自动转换的功能。

（4）模块电源随着科学技术的飞速发展，对电源可靠性、容量/体积比的要求越来越高，模块电源越来越显示出其优越性。

它工作频率高、体积小、可靠性高，便于安装和组合扩容，所以越来越被广泛采用。

目前，目前国内虽有相应模块生产，但因生产工艺未能赶上国际水平，故障率较高。

AC/DC 模块电源目前虽然成本较高，但从产品的漫长应用周期的整体成本来看，特别是因系统故障而导致的高昂的维修成本及商誉损失来看，选用该电源模块还是合算的。

（5）特种电源高电压小电流电源、大电流电源、400Hz输入的AC/DC电源等，可归于此类，可根据特殊需要选用。

三、设计论述3.1变压器工作原理图3-1为单相变压器原理图。

通常把与电源相连接的绕组称为一次绕组，与负载相连接的绕组称为二次绕组。

为讨论方便，一般规定：凡与一次绕组有关的各量都在其下角标以“1”，而与二次绕组有关的各量都在下角标以“2”，例如，一次、二次电压、电流分别用U1，U2，I1，I2表示，匝数分别用N1，N2表示。

Z图3-1 变压器工作原理当变压器的一次绕组接入交流电压u1时，在一次绕组中便有交流电流流过，并产生交流磁通。

该磁通的绝大部分通过铁心同时穿过一次、二次绕组，称为主磁通；在一次绕组产生的交流磁通中，还有很少一部分通过周围空气闭合，称为漏磁通。

通常漏磁通很少，为讨论问题方便而把它忽略不计。

当主磁通同时穿过一次、二次绕组时，就在两个绕组中分别产生与电源频率相同的感应电动势E1和E2。

当忽略一次、二次绕组的直流电阻和漏电磁通时,有U1=E1,U2=E2,U1/U2=E1/E2=N1/N2=K式中,K为变压器的变化,即变压器一次、二次绕组的匝数之比。

上式表明，变压器一次、二次侧的电压之比等于匝数之比。

当K>1时,U1>U2，为降压变压器；当K<1时，U1<U2，为升压变压器。

由以上分析可知，变压器从电网上吸收能量并通过电磁感应，以另一个电压等级把电能输送给负载。

在这个过程中，变压器只起到能量的传递作用。

根据能量守恒定率，在忽略了损耗的情况下，变压器输入、输出的视在功率相等,即U1I1=U2I2I1/I2=U2/U1=1/K上式表明,变压器在改变电压的同时，电流也随之成反比例地变化，且一次、二次电流之比等于匝数之反比，即变压器具有变流功能。

3.2整流滤波电路整流电路将交流电压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。

常用的整流滤波电路有单相半波整流滤波、全波整流滤波、桥式整流滤波等。

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

图3-2整流滤波电路图3.2.1整流电路图3-3 是单相半波整流电路图，电路由电源变压器T、整流二极管V和负载电阻R L组成。

1.工作原理当电源变压器T的初级接交流电压为u1时，在次级就感应出交流电压就为u2，它的瞬时表达式是u2=1.414U2sinωt式中u2为瞬时值，U2 是交流电压有效值，ω为角频率，ωt为相位角。

当u2为正半周即为正值时，二极管V导通，电流i V自上端经二极管V、自上而下的流过负载R L到下端，因为二极管正向压降很小，可认为负载两端电压u L与u2几乎相等，即u L≈u2。

当u2为负半周即为负值时，二极管V截止，通过负载R L上的电流i V=0, 负载上的电压u L =0。

可见，在交流电u2工作的全周期内，R L上只有自上而下的单方向电流实现了整流。

u2、u L、i L 相应的波形如图3-3(b)所示。

可以看出他们的图3-3单相半波整流电路大小是波动的，但方向不变.这种大小波(a)电路(b)波形动但方向不变的电压和电流,称为脉动直流电(它的波形不平滑，通常称为含有交流成分或纹波成分)。

由u L 的波形可见，这种电路仅利用了电源电压u2 的半个波,故称为半波整流电路，它输出的是半波脉动直流电。

2.负载及二极管上的电压和电流半波整流输出的电压或电流是用半波脉动直流电压或电流的平均值表示的。

理论和实验都证明，负载两端电压u L与变压器次级电压有效值U2 的关系是u L=0.45 U2流过负载的电流i L是i L=u L/R L=0.45 U2/R L由电路图可知，流过整流二极管的正向工作电流i V 和流过负载R L 的电流i L相等，即i V=i L=0.45 U2/R L当二极管截止时，它承受的反向峰值电压u RM 是u2 的最大值，即u RM≈1.41 U2选用半波整流二极管时应满足下列两个条件：(1)二极管允许的最大反向电压应大于承受的反向峰值电压；(2)二极管允许的最大整流电路应大于流过二极管的实际工作电流。