5V,12V直流稳压电源的设计

附录4、测量参数图片…………………………………………２7
1．晶体管串联型直流稳压电源
１.1电路组成
（1)电路
图1-1晶体管稳压电路
(２）框图
图1-2框图
1.2工作原理
图１-3稳压过程
（1）电路各部分作用
通过变压器的降压作用的到一个交流的低电压，然后通过桥式整流电路将交流的信号转换为单向脉动电压，在通过滤波电路来的到稳定的直流,其中通过晶体管来进行稳压。

最后有一个过载保护电路。

最后有一个分压电路输出电压。

（2）稳压原理
我们结合图1-1来分析，当由于外界原因导致电压升高时,输出电压升高,此时由于电阻R7的分压作用,导致VＢ3升高,继而使得ＶC３减小,又因为V C3的等于ＶB2,使得VＣE１增大,由于电路整体是一个串联型电路,所以使得Vo减小。

同理，当输出电压减小时，导致ＶB3减小，进而使得V C3增大，接着使得V CE1减小,继而使得ＶO增大。

从而达到了稳压效果。

1.３主要技术指标
(1）输入电压:ＡC: ~220V
(２)输出直流稳压:DＣ：3V、4.５V、６V三档。

(３）输出直流电流:额定值150mA，最大值 3０0mＡ。

(４）具有过载,短路保护，故障消除后自动恢复。

2. 直流稳压电源
2．１直流稳压电源的组成
图2-1直流稳压电源组成
2.1．1整流电路组成及原理
整流电路的任务:交流电压转变为单向脉动的电压（图2-2)。

技术指标：衡量整流工作性能的参数
输出电压平均值V O(ＡV):反映整流电路将交流电压转换为直流电压的能力。

脉动系数S:反映整流输出电压中交流成分的大小,用来衡量整流电路输出平滑程度。

Ｓ= ＶOr / ＶO（ＡV)
图2-2整流波形
常用单相整流电路分类：
1、半波整流（图２－３）
图2-3半波整流
(1）工作原理:u2 >0 时:二极管导通,忽略二极管正向压降，ｕo＝u2
ｕ2<０时：二极管截止, u o=0
注:分析时，把二极管当作理想元件,即正向导通电阻为零,反向电阻穷无穷大。

(２）输出电压平均值(Ｕｏ）,输出电流平均值（Ｉo ）（图2-4)
图2-4波形图
（3）二极管上的平均电流及承受的最高反向电压（图２-5)
图2-5承受最高电压二极管上的平均电流:I D= I O
承受的最高反向电压:Uｍａx＝2Ｕ2
2.全波整流(图２-6）
图2-６全波整流
（1）工作原理
变压器副边中心抽头,感应出两个相等的电压U2
当U2正半周时：Ｄ１导通,D２截止。

当Ｕ2负半周时：D2导通，Ｄ1截止。

（2）输出电压平均值（Uｏ）,输出电流平均值(Ｉo )
（3）二极管上的平均电流及承受的最高反向电压（图２-７）
图２-7反向电压
二极管上的平均电流
二极管承受的最高反向电压:
3、桥式整流(图2－8）
图２－８桥式整流
（1)工作原理
u 负半周，Va<Vｂ：二极管２、4 导通；１、3 截止。

（2）工作波形（图2-9)
图2－９工作波形（3）指标计算（图2-1０)
2-10指标计算
2.1.2滤波电路组成原理
（1)几中滤波电路（图2-1１）
图2-11几种滤波电路（a）电容滤波电路
（b）电感电容滤波电路(倒L型)
（c）型滤波电路
（2）滤波原理
利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性(电抗元件的储能作用）, 滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份,达到平滑输出电压波形的目的。

以单向桥式整流电容滤波为例进行分析,其电路如图２-１２所示。

图2-１2桥式整流电容滤波电路
A.ＲL未接入(图２－13）
图2-13输出波形
B. RＬ接入时（图2-1４）
图2－14输出波形
整流输出电压<电容电压时：二极管截止,电容经负载放电。

整流输出电压>电容电压时：二极管D1、D3导通，电容被充电。

(3)电容滤波的特点
A.输出电压 Uo与放电时间常数 R L C 有关。

ＲLＣ愈大电容器放电愈慢纹波减小V o愈大
B．流过二极管瞬时电流很大。

RLC 越大Uｏ越高负载电流的平均值越大，整流管导电时间越短ｉD的峰值电流越大，故一般选管时,取
２.1.3稳压电路组成及原理
（1）稳压电源质量指标
（2）固定输出稳压电源
A.三端集成稳压器(如图2-15)
随着半导体工艺的发展，现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。

最简单的集成稳压电源只有输入,输出和公共引出端，故称之为集成三端稳压器。

常用的W７800 (Ｗ7900)系列三端集成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。

电路内部附有短路和过热保护环节。

图2-１5三端集成器
Ｂ.输出电流超过 1．５ A(加散热器)
a.不需要外接元件
b.内部有过热保护
ｃ.内部有过流保护
d.调整管设有安全工作区保护
e.输出电压容差为4%性能特点（78０0系列,7900系列）
输出电压额定值有：±（５V、６V、 9V、12Ｖ、15V、1８Ｖ、 24Ｖ）等。

C.三端集成固定稳压电源的分类
D．三端可调输出集成稳压器分类
ＬM31７稳压器示意图
２.１.4综述
一个完整的小功率直流稳压电路由四部分组成：电源变压器、整流电路、滤波电路以及稳压电路。

变压器：用来将交流电网电压转换为所需要的电压值。

整流电路:将交流电压变成脉动的直流电压。

由于此脉动的直流电压含有较大的纹波。

滤波电路:对较大的纹波加以滤除,从而得到平滑的直流电压。

稳压电路:直流电压随着电网电压的波动、负载和温度的的变化而变化,所以需要在整流滤波电路后加,用以维持输出直流电压稳定。

2.2原件选型及型号参数
（1）变压器选择
四路直流输出，-１2Ｖ、+5V、+１2Ｖ以及+1.25V～+１4V可调直流电压。

各路直流输出电流不小于0.５A最大输出电压为１4V,根据第一节计算公式，加滤波电容后,直流输出电压UO ≈1．2 U2，所以要选择双端输出变压器,并且变压器副边输出电压为(14+3）／1.４=１2.１４Ｖ。

结合输出电流要求,选择I/Ｐ220Ｖ～５0Hｚ，O/P １2V*２ 60０mA的变压器作为电源变压电路。

（2)整流电路选择
由理论可知，全波整流和桥式整流的效率均为U O=0.9U2 , 全波整流的二极管最大反向耐压值为2.８２U2,管子导通电流为0.５ＩO=250mA。

查手册可知，常用整流二极管1N400７最大反向耐压为１000V，最大正向平均整流电流为１A，可以满足本设计要求。

因此,采用1Ｎ400７组成单相全波整流电路作为直流电源的整流电路。

（3）滤波电路选择
由于输出最大电压为14V，电流最小为０.5Ａ，所以，ＲL=28Ω。

采取电路较为简单的电容滤波，为了获得较为平滑的负载电压,一般时间常数τ=ＲＬ*C ≥(３～５)T/2.取R L＊C=5* Ｔ/2,得C=１786μF 。

考虑电网电压波动±10％，则电容所能承受的最高电压1.1*U2＊１.4１4=1８.6７Ｖ,所以采用2２０0μF,2５V的电解电容作为滤波电容。

（4)稳压电路选择
根据输出要求可知，有固定输出和可调输出两大块。

由于集成稳压器具有稳定性高以及完善的内部保护措施,并且使用方便、价格低廉,所以决定采用7812,79１2，7８05作为固定稳压器，采用LＭ31７作为可调稳压器,两者的纹波电压均可在5０mV以下;输出电流方面，78系列可达到1.5A,３１７系列TO2２0封装也可达到1.5A,完全满足设计要求。

故采用上述器件作为整个电源的稳压部分。

2.3电路板设计
(1)按照第一部分所述原理，利用Ａltium Desｇinｅr 软件进行绘制。

(图2－1６）
注意：
a.元器件管脚要正确连接,如78１2,7９12的管脚使用区别。

b.原件标识直观明了
c．原理图层次清晰
图2-16直流稳压电源原理图
(2）建立元器件封装库
根据所选原件型号,仔细查阅数据手册。

根据手册中器件尺寸图，使用正确的器件封装。

注意：
遇到库中不存在的器件封装，如散热片,手动绘制封装时，需要仔细测量其尺寸。

（3)PＣB的绘制(图2-１７）
要求：布局合理,布线清晰。

注意 :
ａ.散热片与电解电容距离要适中,防止电容受热老化
ｂ．使用覆铜作为地平面（地线)。

图2－１７线路板设计图
图２－18视网膜图
2．4电路的安装与调试
（1）元器件检查与整形
a.检查PCＢ是否有断线、短路、破损等情况；检查元件型号、数量是否与清单一致；
b.对主要元器件(如电源线、变压器、整流二极管等）进行参数测定。

c.使用工具对相关元件按照相关技术规范进行整形。

(严禁粗暴整形)
（2）焊接
焊接要按照从低到高的顺序,依次进行。

焊点要有光滑整齐的外观，足够的
22 Ｍ3X６圆头螺丝 6
23 Ｍ3螺帽（螺母）６附录３、制作实物图片
直流稳压电源
晶体管稳压电源(可充电）
附录4、测量参数图
图输出电压波形
纹波电压波形
纹波电压ＦＦT分析。