小功率直流稳压电源设计

小功率直流稳压电源的设计一、设计任务与要求1.性能指标要求：V o=+5V2.技术指标要求：文波电压：<=5Mv,电压调整率：Ku<=3%,电流调整率：Ki<=1%第一章变压器1.1电路基本知识在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流稳压电源供电，小功率的稳压电源是由电源变压器，整流电路，滤波电路和稳压电路等四部分组成。

在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流稳压电源供电，小功率的稳压电源是由电源变压器，整流电路，滤波电路和稳压电路等四部分组成。

功率较小的直流电源大多数都是将50Hz的交流电经过整流、滤波和稳压后获得。

整流电路用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压；滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分，使之成为平滑的直流电压；稳压电路的作用是当输入交流电源电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。

1.2 电源变压器1.2.1电源变压器概述过整流电路将交流变为脉动的直流电压。

由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤波，从而得到平滑的直流电压。

电源变压器的作用是将交流220V的电压变为所需的电压值，然后同样的电压还随电网电压波动、负载何温度的变化而变化。

1.2.2电源变压器功能电源变压器的功能是功率传送、电压变换和绝缘隔离，作为一种主要的软磁电磁元件，在电源技术中和电力电子技术中得到广泛的应用。

变压器的功能主要有：电压变换；阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等。

1.2.3电源变压器的分类根据传送功率的大小，电源变压器可以分为几档：10kVA以上为大功率，10kVA～0.5kVA为中功率，0.5kVA～25VA为小功率，25VA以下为微功率。

1.2.4变压器的型式变压器的最基本型式，包括两组绕有导线之线圈，并且彼此以电感方式称合一起。

当一交流电流(具有某一已知频率)流于其中之一组线圈时，于另一组线圈中将感应出具有相同频率之交流电压，而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链之程度。

一般指连接交流电源的线圈称之为「一次线圈」(Primary coil);而跨于此线圈的电压称之为「一次电压.」。

在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压，是由一次线圈与二次线圈问的「匝数比」所决定的。

因此，变压器区分为升压与降压变压器两种。

第二章整流整流分为：半波整流，全波整流，桥式整流。

1、半波整流半波整流是利用二极管的单向导电性进行整流的最常用的电路，常用来将交流电转变为直流电。

半波整流利用二极管单向导通特性，在输入为标准正弦波的情况下，输出获得正弦波的正半部分，负半部分则损失掉。

半波整流利用二极管单向导通特性，在输入为标准正弦波的情况下，输出获得正弦波的正半部分，负半部分则损失掉。

右图是一种最简单的整流电路。

它由电源变压器B 、整流二极管D 和负载电阻Rfz ,组成。

变压器把市电电压(多为220伏)变换为所需要的交变电压e2,D 再把交流电变换为脉动直流电。

下面从上图的波形图上看着二极管是怎样整流的。

变压器次级电压e2，是一个方向和大小都随时间变化的正弦波电压，它的波形如图所示。

在0~π时间内，e2为正半周即变压器上端为正下端为负，此时二极管承受正向电压面导通，e2通过它加在负载电阻Rfz上。

在π~2π 时间内，e2为负半周，变压器次级下端为正上端为负。

这时D承受反向电压，不导通，Rfz上无电压。

在2π~3π时间内，重复0~π 时间的过程；而在3π~4π时间内，又重复π~2π时间的过程…这样反复下去，交流电的负半周就被"削"掉了，只有正半周通过Rfz,在Rfz上获得了一个单一右向(上正下负)的电压，如图所示，达到了整流的目的。

但是，负载电压Usc以及负载电流的大小还随时间而变化，因此，通常称它为脉动直流。

这种除去半周、留下半周的整流方法，叫半波整流。

不难看出，半波整说是以"牺牲"一半交流为代价而换取整流效果的，电流利用率很低(计算表明，整流得出的半波电压在整个周期内的平均值，即负载上的直流电压Usc =0.45e2 )因此常用在高电压、小电流的场合，而在一般无线电装置中很少采用。

单相半波可控整流电路2、全波整流原理：全波整流使交流电的两半周期都得到了利用。

其各项整流因数则与半波整流时不同。

全波整流电路如图所示。

它是由次级具有中心抽头的电源变压器Tr 、两个整流二极管D1、D2和负载电阻RL 组成。

变压器次级电压u21和u22大小相等，相位相反，即 u21 = - u22 = 式中，U2 是变压器次级半边绕组交流电压的有效值。

全波整流电路的工作过程是：在u2 的正半周（ωt = 0~π）D1正偏导通，D2反偏截止，RL 上有自上而下的电流流过，RL 上的电压与u21 相同。

在u2 的负半周（ωt =π~2π），D1反偏截止，D2正偏导通，RL 上也有自上而下的电流流过， RL 上的电压与u22相同。

全波整流电路：一种具有第一和第二电源端子的全波整流电路，其第一和第二电源端子分别加有第一和第二电源电位，第一电源电位高于第二电源电位，其特征在于所述全波整流电路包括：差分放大器，具有在其间加有输入交流信号的第一和第二放大器输入端，用于差分地ω ω ω ω tTVRauuuu iω tπ2 πtttuu u uα θ0 bcde0 0ω ttω ω tω tω uω tπ2 πtu 0 ui0 uθαb)c)def++放大输入交流信号，所述差分放大器具有第一和第二放大器输出端，用于分别产生第一和第二放大的输出电压，二者彼此反相；电压参考电路，用于在第一和第二电源电位之间产生参考电压。

电路特点：在包括差分地放大输入交流信号以产生第一和第二放大的输出电压的差分放大器，以及用于产生参考电压的电压参考电路的全波整流电路中，差分对电路在参考电压的基础上对第一和第二放大的输出电压进行半波整流，以获得第一和第二半波整流的电流。

差分对电路包括组合部分，用于将第一和第二半波整流电流组合成全波整流电流。

全波整流电路还可包括电流／电压转换部分，用于将全波整流的电流转换成全波整流的电压。

一种具有第一和第二电源端子的全波整流电路，其第一和第二电源端子分别加有第一和第二电源电位，第一电源电位高于第二电源电位，其特征在于所述全波整流电路包括：差分放大器，具有在其间加有输入交流信号的第一和第二放大器输入端，用于差分地放大输入交流信号，所述差分放大器具有第一和第二放大器输出端，用于分别产生第一和第二放大的输出电压，二者彼此反相；电压参考电路，用于在第一和第二电源电位之间产生参考电压；以及差分对电路，具有分别联到第一和第二放大器输出端的第一和第二差分输入端，并且具有加有参考电压的参考输入端，用于在参考电压的基础上对第一和第二放大的输出电压进行半波整流Ｇ。

工作过程：全波整流电路的工作过程是：在u2的正半周（ωt=0~π）D1正偏导通，D2反偏截止，RL上有自上而下的电流流过，RL上的电压与u21相同。

在u2的负半周（ωt=π~2π），D1反偏截止，D2正偏导通，RL上也有自上而下的电流流过， RL上的电压与u22相同。

作用：全波整流输出电压的直流成分（较半波）增大，脉动程度减小，但变压器需要中心抽头、制造麻烦，整流二极管需承受的反向电压高，故一般适用于要求输出电压不太高的场合。

3、桥式整流原理：桥式整流电路的工作原理如下：e2为正半周时，对D1、D3加正向电压，Dl、D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。

电路中构成e2、D1、Rfz 、D3通电回路，在Rfz 上形成上正下负的半波整流电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。

电路中构成e2、D2Rfz 、D4通电回路，同样在Rfz 上形成上正下负的另外半波的整流电压。

如此重复下去，结果在Rfz 上便得到全波整流电压。

其波形图和全波整流波形图是一样的。

从图还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整流电路小一半。

桥式整流是对二极管半波整流的一种改进。

半波整流利用二极管单向导通特性，在输入为标准正弦波的情况下，输出获得正弦波的正半部分，负半部分则损失掉。

桥式整流器利用四个二极管，两两对接。

输入正弦波的正半部分是两只管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。

桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。

桥式整流是交流电转换成直流电的第一个步骤。

桥式整流器 BRIDGE RECTIFIERS ，也叫整流桥堆。

桥式整流器是由多只整流二极管作桥式连接，外用绝缘塑料封装而成，大功率桥式整流器在绝缘层外添加金属壳包封，增强散热。

桥式整流器品种多，性能优良，整流效率高，稳定性好，最大整流电流从0.5A 到50A ，最高反向峰值电压从50V 到1000V 。

选择和运用：需要特别指出的是,二极管作为整流元件,要根据不同的整流方式和负载大小加以选择。

如选择不当,则或者不能安全工作,甚至烧了管子;或者大材小用,造成浪费。

1) 带电阻负载 2）带阻感负载u ( i ) π ω tω tω t0 0 i u iαα u1,42Oω tOω tO ω t u d i di 2 O ω t Oω tu V1,O ω t Oω t I dI dI dI dI di V2,i V 1,附图：桥式整流电路4、整流电路的意义（1）电源电路中的整流电路主要有半波整流电路、全波整流电路和桥式整流三种，倍压整流电路用于其它交流信号的整流，例如用于发光二极管电平指示器电路中，对音频信号进行整流。

（2）前三种整流电路输出的单向脉动性直流电特性有所不同，半波整流电路输出的电压只有半周，所以这种单向脉动性直流电主要成分仍然是50Hz的，因为输入交流市电的频率是50Hz，半波整流电路去掉了交流电的半周，没有改变单向脉动性直流电中交流成分的频率；全波和桥式整流电路相同，用到了输入交流电压的正、负半周，使频率扩大一倍为100Hz，所以这种单向脉动性直流电的交流成分主要成分是100Hz的，这是因为整流电路将输入交流电压的一个半周转换了极性，使输出的直流脉动性电压的频率比输入交流电压提高了一倍，这一频率的提高有利于滤波电路的滤波。

（3）在电源电路的三种整流电路中，只有全波整流电路要求电源变压器的次级线圈设有中心抽头，其他两种电路对电源变压器没有抽头要求。

另外，半波整流电路中只用一只二极管，全波整流电路中要用两只二极管，而桥式整流电路中则要用四只二极管。

根据上述两个特点，可以方便地分辨出三种整流电路的类型，但要注意以电源变压器有无抽头来分辨三种整流电路比较准确。