模电课程设计 直流稳压电源

模拟电子技术课程设计报告

直流稳压电源设计

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电子通信与物理学院

日期: 2014 年 6 月 10日

直流稳压电源设计

一、设计功能概述

本次设计的设计要求为：设计一个直流稳压电源；输入交流电压220v；输出直流电压5v；输出电流1A；输出最大纹波电压小于10mV。

本文所设计的直流电源为单相小功率电源，它将频率为50Hz、有效值为220v 的单相交流电压转换为输出稳定的5v直流电压。在负载电阻为几十到几千欧姆时其输出电压稳定，纹波电压小于10mv；最大输出电流可达1A。电路设计方面采用电源变压器电路、整流电路、滤波电路、稳压电路组成直流稳压电源电路。其中，整流电路采用单相桥式整流电路；滤波电路采用电解电容滤波电路；稳压电路串联型稳压电路。

直流电源在

二、设计步骤

1、原理分析

单相交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压，其方框图及如图1.1所示。

图1.1

电源变压器是为了降低从电网输入电压的有效值。直流电源的输入为220V 的电网电压，一般情况下，所需直流电压的数值和电网电压有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压后，再对交流电压进行处理。变压器副变电压有效值决定于后面电路的需要。

整流电路把变压器副边的交流电压转化为直流电压。即正弦波电压转换为单一方向的脉动电压，但整流电路的输出仍有较大的交流分量，会影响负载电路的正常工作。

采用电容滤波电路可以有效减小电压的脉动，使输出电压平滑。交流电压通过整流、滤波后虽然变为分量较小的直流电压，但是当电网电压波动或者负载变化时，其平均值也会随之变化。为了稳定电压需要用到稳压电路。

本文采用具有放大环节的串联型稳压电路，可以使直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得足够高的稳定性。下面分别介绍一下各个部分的原理。

（1）单相桥式整流电路

为了克服单相半波整流电路的缺点，本文所设计直流稳压电源采用单相全波整流电路。

①电路组成

图1.2

如上图所示，单相桥式整流电路的主要部件是四个二极管，它们以图中所示方式连接，构成全波整流电路。

②工作原理

其构成原则就是保证在变压器副边电压2u 的整个周期内，负载上的电压和电流方向始终不变。设变压器副边电压为wt U sin 2u 22=,U2为其有效值。当2u 为正半周时，电流由D1正极流入，经RL 、D3形成回路,因而负载电阻上的电压等于变压器副变电压，即0u = 2u ,D2和D4管承受的反向电压为-2u 。当2u 为负半周时，电流由D2正极流入，经过RL 、D4形成回路，因而负载电阻上的电压-2u ,即u0 = - 2u ,D1、D3承受的反向电压为2u 。

由于D1、D3和D2、D4两对二极管交替导通，致使负载电阻RL 上在2u 的整个周期内都有电流通过，而且方向不变，输出电压|t sin U 2|u 22ω=。图1.2所示为单相桥式整流电路各部分电路各部分的电压和电流波形。

③输出电压平均值)(U AV O 和输出电流平均值)(I AV O

根据图1.2中所示o u 的波形可知，输出电压的平均值

)(U AV O ⎰=πωωπ02t)

td(sin U 21

解得

)(U AV O 22U 9

.0U 22≈

=π

输出电流的平均值（即负载电阻中的电流平均值）

L L AV O AV R U R U 2)()(O 9.0I ≈=

（2）电容滤波电路

电容滤波电路是最常见也是最简单的滤波电路，在整流电路的输出端（即负载电阻两端）并联一个电容即构成电容滤波电路，如图1.3所示。滤波电容容量较大，因而一般均采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正负极。电容滤波电路利用电容的充放电作用，使输出电压趋于平滑。

图1.3

图1.4

①滤波原理

当变压器副边电压2u 处于正半周并且数值大于电容两端电压c u 时，二极管D1、D3导通，电流一路流经负载电阻L R ，另一路对电容C 充电。因为在理想情况下，变压器副边无损耗，二极管导通电压为零，所以电容两端电压c u 与2u 相等，见图1.4中曲线的ab 段。当2u 上升到峰值后开始下降，电容通过负载电阻L R 放电，其电压c u 也开始下降，趋势与2u 基本相当，见图1.4中曲线的bc 段。但是由于电容按指数规律下降，所以当2u 下降到一定数值后，c u 的下降速度小

于

2u 的下降速度，使c u 大于2u 从而导致D1、D3反向偏置而变为截止。此后，电容C 继续通过L R 放电，c u 按指数规律缓慢下降，见图1.4的cd 段。

从图1.4所示波形可以看出，经滤波后的输出电压不仅变得平滑，而且平均值也得到提高。

②输出电压平均值

滤波电路输出电压波形难于用解析式来描述，近似估算时，可将图1.4所示波形近似为锯齿波，如图1.5所示。图中T 为电网电压的周期。设整流电路内阻较小而L R C 较大，电容每次充完电均可以达到2u 的峰值，然后按L R C 放电的起始斜率直线下降，经L R C 交于横轴，且在T/2处的数值为最小值min U O ，则输出电压平均值为

2m max )(O U in O O AV U U -=

图1.5

同时按相似三角形关系可得 C R T U U U L O O O 2/max min max =-

)41(22U max min max max min max )(O C

R T U U U U U U L O O O O O O AV -=--=+= （1.2.1）

因而

）（C R T U L AV 4-12U 2)(O = （1.2.2）

式（1.2.2）表名，当负载开路，即∞=L R 时，2)(O U 2U =AV 。当2/)5~3(T C R L =时，

2)(2.1U U AV O ≈

为了获得较好的滤波效果，在实际电路中，应选择滤波电容的容量满足