串联型直流稳压电源课程设计

模拟电子技术课程设计报告

学院电子信息与电气工程学院

专业电子信息科学与技术

班级XXXXXXXXXX

学生XXXXXXXX

学号XXXXXXXXXXXXXXXXXXX

指导教师XXXX

串联型直流稳压电源

一、主要指标和要求

1、输出电压：8~15V可调

2、输出电流：I0=1A

3、输入电压：交流220V +/- 10%

4、保护电流：I0m =1.2A

5、稳压系数：Sr = 0.05%/V

6、输出电阻：R0 < 0.5 Ω

7、交流分量（波纹电压）：<10mV

二、方案选择及电路工作原理

分析电路组成及工作原理；

我们所设计的串联型直流稳压电源为小功率电源，它将频率为50Hz、有效值为220V的单相交流电压转化为幅值稳定、输出电流为1A以下的可调直流电

压。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，其方框图如图1所示。

1、电源变压器

电源变压器是利用电磁感应原理，将输入的有效值为220V的电网电压转换为所需的交流低电压。变压器的副边电压有效值由后面电路的需要决定。

2、整流电路

整流电路的任务是将经过变压器降压以后的交流电压变换为直流电压。变压器的选择，除了应满足功率要求外，它的次级输出电压的有效值Ｖ2 应略高于要求稳压电路输出的直流电压值。对于高质量的稳压电源，其整流电路一般都选用桥式整流电路。整流电路常见的有单相桥式整流电路，单相半波整流电路，和单相全波整流电路。

(1)工作原理

单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，如图（a）所示。在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导

电性。根据图1（a）的电路图可知：当正半周时，二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。当负半周时，二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。

(2)参数计算

输出电压是单相脉动电压，通常用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压为

流过负载的平均电流为

流过二极管的平均电流为

二极管所承受的最大反向电压

流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流分量，可将脉动电压做傅里叶分析，此时谐波分量中的二次谐波幅度最大。脉动系数S定义为二次谐波的幅值与平均值的比值。

单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而半波和全波整流电路中均有直流分量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率较高，在同样功率容量条件下，体积可以小一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源之中。

3、滤波电路

(1)滤波的基本概念

滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量，又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。

(2)电容滤波电路

现以单相桥式整流电容滤波电路为例来说明。电容滤波电路如图4所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容C。

(3)滤波原理

若V2处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压V2给电容器C充电。此时C相当于并联在V2上，所以输出波形同V2，是正弦波。

当V2到达ωt=π/2时，开始下降。先假设二极管关断，电容C就要以指数规律向负载ＲL放电。指数放电起始点的放电速率很大。在刚过ωt=π/2时，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过ωt=π/2时二极管仍然导通。在超过ωt=π/2后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速率时，二极管关断。所以在t2到t3时刻，二极管导电，Ｃ充电，Vi=Vo按正弦规律变化；t1到t2时刻二极管关断，Vi=Vo按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。

需要指出的是，当放电时间常数RLC增加时，t1点要右移，t2点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小；反之，RLC减少时，导通角增加。显然。当R L 很小，即I L很大时，电容滤波的效果不好。反之，当R L很大，即I L很小时，尽管C较小, RLC仍很大,电容滤波的效果也很好。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。

此外，为了进一步减小负载电压中的纹波，电感后面可再接一个电容而构成倒L型滤波电路或采用π型滤波电路，分别如图5（a）和图5(b)所示。

(4) 电容滤波电路参数的计算

电容滤波电路的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。工程上有详细的曲线可供查阅，一般常采用以下近似估算法：

一种是用锯齿波近似表示，即)41(2L 2O C

R T

V V -=另一种是在RLC=（3~5）2

T

的条件下，近似认为V O =1.2V2。 4、 稳压电路 a) 稳压电路

选用可调式三端集成稳压器 CW317。该集成块有输入端Ｖi 、输出端Ｖo 、和可调端 ADJ 三个端头。它的组成和分立元件稳压电路一样，主要由恒流源电路、基准电压电路、比较放大电路、调整管及保护电路组成。在实际应用时，只要外接 Ｒ1 和Ｒ2 两个电阻就能实现所需要的稳压值。当Ｒ2 用电位器Ｒw 代替时，就可以实现输出电压可调的稳压电源，电压可调围为 1.25V ～37V 。在图 5 所示的实验电路中，三端稳压器的输入端并接了一个电容Ｃ3 ，是为了消除电路可能产生的自激振荡。

b) 稳压电源的主要性能指标

衡量一个稳压源的主要性能指标有：电压调节围、电压调整 率