模电直流稳压电源课程设计.

串联型直流稳压电源电路设计

一、设计题目:

串联型直流稳压电源

二、设计要求:

要求:设计并制作串联型直流稳压电源。

指标:1、输出电压 3~18 V,电压可调;

2、输出电流:额定电流为 3A;

原理:在电子电路及设计中,一般需要稳定的直流电源供电。

本文中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的的单相交流电压转换为幅值稳定、输出电压可调、输出电流恒定的直流电压。

交流电源电压经电源变压器变换成整流电路所需的交流电压值后,通过整流电路变换成单向脉冲电压,再由滤波电路滤去其中的交流分量,得到较平滑的直流电压,最后经稳压电路获得稳定的直流电压。

三、直流稳压电源的基本原理

直流稳压电源一般用电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成。其基本组成如图1所示。

(1电源变压器的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压U2。变压器副边与原边的功率比为P2/ P1=η,式中η是变压器的效率。

(2整流滤波电路:整流电路将交流电压U2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U3。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。如图2为单相桥式整流电路的习惯画法。

图2单相桥式整流电路的习惯画法。

(3电容滤波电路是最为常见也是最简单的滤波电路,在整流电路的输出端并联一个电容即构成电容滤波电路,如图3.由于滤波电路电容量较大,因此一般采用电解电容,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3单相桥式整流电容滤波电路及稳态时的波形分析

(a电路(b理想情况下的波形(c考虑整流电路内阻时的波形

(4三端集成稳压器:常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。常用可调式正压集成稳压器有CW317 (LM317系列,它们的输出电压从1.25V-37伏可调,最简的电路外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内有过渡、过热和安全工作区保护,最大输出电流为1.5A。其中电阻

R1与电位器R2组成输出电压调节器,输出电压Uo的表达式为:

Uo=1.25(1+R2/R1

式中R1一般取120-240欧姆,输出端与调整端的压差为稳压器的基准电压(典型值为1.25V。

图4输出电压可调的稳压电路

四、各部分定性说明以及定量分析

(1选择电源变压器

通常根据变压器副边电压U2、电流I2和原始电源功率P1的相互关系选择变压器。

(1.1确定稳压电路的最低输入直流电压Umin

Umin=[Uomax+(Ui-Uomin]/0.9

该式中:(Ui-Uomin为稳压器的最小输入输出电压差,由于317的允许输入电压差为3~40V,现取(Ui-Uomin=3V;常系数是由于电网电压的波动可能为±10%;

将数据带入原式,计算得出Umin≈23V;

(1.2确定电源变压器各个参数

变压器副边电压U2≥Umin/1.5≈19V;副边电流I2取1A;

变压器副边输出功率:P2=19W;效率η=0.7 P1=27.1w; (2单相全波整流电路

图5 桥式全波整流电路

二极管输出电流的平均值: Io=1/2Iomax=0.5A;

二极管承受的最大反向电压:Uomax=2U2=27V;这一系列

参数满足条件;

(3滤波电路

图6 电容滤波电路

使用电容滤波时，R2=23Ω ；C=1304~2174μ F 最小耐压 27v；输出电压：

Uo=1.25(1+R1/R2 要求 Uo 为 3~18V，所以 R1/R2=1.4~13.4; （4）电流扩大电路要求输出电流是 3A，所以在电路中附加电流扩大电路由图 7 得输出电流为

I=(1+R4/R3*1.5=3A; 最后得出R3=R4=10Ω ；五、电路原理图以及相应的 protel 仿真图 7 电路原理图（proteus 生成）（1）变压器仿真检测 6

图 8 变压器两端电压示波器仿真显示（2）全桥整流、电容滤波、稳压输出等的仿真检测图 9 稳压电路其他部分的仿真五、总结体会（1）稳压电路其他电路的仿真并未实现，在运行仿真时发现了错误，没有来得及改正，因而这些部分的示波器仿真显示总是无法出现；（2）真正做起来总比在草稿纸上设计复杂繁琐，即使大二的时候跟着老师细致的学习了模拟电子，过了一年再由老师总结拓展，真正到自己设计的时候还是手忙脚乱，虽然得出了电路的基本参数，但是从仿真结果不理想可以看出，有很多地方还需要再返工仔细推敲； 7