±5V简易直流稳压电源的设计

网络教育学院《电源技术》课程设计题目：±5V简易直流稳压电源的设计学习中心：层次：专业：年级：年春/秋季学号：学生：辅导教师：完成日期：±5V简易直流稳压电源的设计摘要：根据课设规定，以单相桥式整流及三端集成稳压器为主，设计一台具有实用价值的小容量简易直流稳压电源。

要求：容量：5W，输入电压：交流220V，输出电压：直流±5V，输出电流：1A；按照所学知和相关指导书及补充的写作要求，综述了目前常用直流稳压电源的分类、各自适用范围及优缺点，完整详尽地设计了±5V简易直流稳压电源电路，并对各组成部分的功能及工作原理进行了分析。

引言在电子电路和电气设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电，直流电源。

当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路--电源电路。

大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。

当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。

超级计算机的电源电路本身就是一套复杂的电源系统。

通过这套电源系统，超级计算机各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的电源供应。

袖珍计算器则是简单多的电池电源电路。

由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。

提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。

直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。

稳压电源的分类方法繁多，按输出电源的类型分有直流稳压电源和交流稳压电源；按稳压电路与负载的连接方式分有串联稳压电源和并联稳压电源；按调整管的工作状态分有线性稳压电源和开关稳压电源；按电路类型分有简单稳压电源和反馈型稳压电源，等等。

如此繁多的分类方式往往让初学者摸不着头脑，不知道从哪里入手。

其实应该说这些看似繁多的分类方法之间有着一定的层次关系，只要理清了这个层次自然可以分清楚电源的种类了。

既然我们谈的是稳压电源的分类，那么首先就应该清楚电源的输出是什么，是输出直流电还是输出交流电。

这样第一个层次就出来了，首先应该根据电源的输出类型来分类。

接下来的分类就要麻烦一些，是按稳压电路与负载的连接方式分类还是按调整管的工作状态分类呢？其实了解一下我们身边的电子设备会发现实际应用中稳压电源有两个区别很大的种类，一种是各种比较简单的电子设备中广泛使用的线性稳压电源，比如收音机、小型音响等；一种是各种复杂电子设备中广泛使用的开关稳压电源，比如大屏幕彩电、微型计算机等。

这样看来第二个层次的分类我们可以根据调整管的工作状态来分类。

接下来的第三个层次的分类就是根据稳压电路与负载的连接方式来分类。

再往下面细分由于各种不同的电路特性相差太大，就不好一概而论，应该根据每一个具体类别的特性进行分类区分了。

当然这里所谈的分类只是根据直流稳压电源的特点给出一个大致的分类思路一、设计目的1．学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。

2．学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。

3．培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。

二、设计任务及要求1．设计并制作设计一台具有实用价值的小容量简易直流稳压电源。

主要技术指标要求：①容量：5W②输入电压：交流220V③输出电压：直流±5V④输出电流：1A2、设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。

3、自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量，交指导教师审核。

4、批准后，进实验室进行组装、调试，并测试其主要性能参数。

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、总体设计思路1、直流稳压电源设计思路（1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。

（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。

（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。

（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。

2、直流稳压电源原理直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，见图1。

图1直流稳压电源方框图其中：（1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。

（2）整流电路：利用单向导电元件，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。

整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图2-a所示。

在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。

正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。

电路的输出波形如图2-b所示。

在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即。

电路中的每只二极管承受的最大反向电压为(U2是变压器副边电压有效值)。

在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。

选择电容滤波电路后，直流输出电压：Uo1=(1.1～1.2)U2，直流输出电流：（I2是变压器副边电流的有效值。

），稳压电路可选集成三端稳压器电路。

3．设计方法简介（1）根据设计所要求的性能指标，选择集成三端稳压器。

因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器。

可调式集成稳压器，常见主要有CW317、CW337。

317系列稳压器输出连续可调的正电压，337系列稳压器输出连可调的负电压，可调范围为6V~13V，最大输出电流为1.5A。

稳压内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点。

其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。

电路系列的引脚功能相同，管脚图和典型电路如图3.o式中，1.25是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压，此电压加于给定电阻两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器，电阻常取值，一般使用精密电位器，与其并联的电容器C可进一步减小输出电压的纹波。

如果图中加入了二极管D，用于防止输出端短路时10µF大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。

输出电压可调范围：1.2V～37V输出负载电流：1.5A输入与输出工作压差ΔU=Ui-Uo：3～40V能满足设计要求,故选用稳压电路。

（2）选择电源变压器①确定副边电压U2:根据性能指标要求：Uomin=3V Uomax=9V又∵Ui-Uomax≥(Ui-Uo)min Ui-Uoin≤(Ui-Uo)max其中：（Ui-Uoin）min=3V，(Ui-Uo)max=40V∴12V≤Ui≤43V此范围中可任选：Ui=14V=Uo1根据Uo1=(1.1～1.2)U2可得变压的副边电压：②确定变压器副边电流I2∵Io1=Io又副边电流I2=(1.5～2)IO1 取IO=IOmax=800mA则I2=1.5＊0.8A=1.2A③选择变压器的功率变压器的输出功率：Po>I2U2=14.4W（3）选择整流电路中的二极管∵变压器的副边电压U2=12V∴桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为：查手册选整流二极管IN4001，其参数为：反向击穿电压UBR=50V>17V最大整流电流IF=1A>0.4A（4）滤波电路中滤波电容的选择滤波电容的大小可用公式求得。

①求ΔUi:根据稳压电路的的稳压系数的定义：设计要求ΔUo≤15mV ，SV≤0.003Uo=+3V～+9VUi=14V代入上式，则可求得ΔUi②滤波电容C设定Io=Iomax=0.8A，t=0.01S则可求得C。

电路中滤波电容承受的最高电压为，所以所选电容器的耐压应大于17V。

注意：因为大容量电解电容有一定的绕制电感分布电感，易引起自激振荡，形成高频干扰，所以稳压器的输入、输出端常并入瓷介质小容量电容用来抵消电感效应，抑制高频干扰。

五、实验设备及元器件1、万用表2、.示波器3、交流毫伏表4、三端可调的稳压器六、测试要求1．测试并记录电路中各环节的输出波形。

2．测量稳压电源输出电压的调整范围及最大输出电流。

3．测量输出电阻Ro。

4．测量稳压系数。

用改变输入交流电压的方法，模拟Ui的变化，测出对应的输出直流电压的变化，则可算出稳压系数SV. （注意：用调压器使220V交流改变±10％。

即ΔUi=44V）5．用毫伏表可测量输出直流电压中的交流纹波电压大小，并用示波器观察、记录其波形。

6．分析测量结果，并讨论提出改进意见。

七、注意事项1．焊接时要对各个功能模块电路进行单个测试，需要时可设计一些临时电路用于调试。

2．测试电路时，必须要保证焊接正确，才能打开电源，以防元器件烧坏。

3. 按照原理图焊接时必须要保证可靠接地。

八、此电路的误差分析综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差因素有:①测得输出电流时接触点之间的微小电阻造成的误差;②电流表内阻串入回路造成的误差;③测得纹波电压时示波器造成的误差;④示波器, 万用表本身的准确度而造成的系统误差;可以通过以下的方法去改进此电路：①减小接触点的微小电阻；②根据电流表的内阻对测量结果可以进行修正；③测得纹波时示波器采用手动同步；④采用更高精确度的仪器去检测；九、综合总结通过本次设计，让我们更进一步的了解到直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标。

也让我认识到在此次设计电路中所存在的问题;而通过不断的努力去解决这些问题。

在解决设计问题的同时自己也在其中有所收获。