可调直流稳压电源的设计完整版

可调直流稳压电源的设计

直流稳压电源的设计

设计要求

基本要求：短路保护，电压可调。若用集成电路制作，要求具有扩流电路。

基本指标：输出电压调节范围：0-6V，或0-8V，或0-9V，或0—12V；

最大输出电流：在0.3A-1.5A区间选一个值来设计；

输出电阻Ro：小于1欧姆。

其他：纹波系数越小越好（5%Vo），电网电压允许波动范围 + -10%。

设计步骤

1．电路图设计

（1）确定目标：设计整个系统是由那些模块组成，各个模块之间的信号传输，并画出直流稳压电源方框图。

（2）系统分析：根据系统功能，选择各模块所用电路形式。

（3）参数选择：根据系统指标的要求，确定各模块电路中元件的参数。

（4）总电路图：连接各模块电路。

2. 设计思想

（1）电网供电电压交流220V(有效值)频率为50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。

（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。

（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。

（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响

。

的稳定直流电压输出，供给负载R

L

电路设计

（一）直流稳压电源的基本组成

直流稳压电源是将频率为50Hz 、有效值为220V 的单相交流电压转换为幅值稳定、输出电流为几十安以下的直流电源，其基本组成如图（1）所示：

图（1） 直流稳压电源的方框图 直流稳压电源的输入为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的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压后，再对交流电压进行处理。变压器副边电压有效值决定于后面电路的需要。

变压器副边电压通过整流电路从交流电压转换为直流电压，即正弦波电压转换为单一方向的脉动电压，半波整流电路和全波整流电路的输出波形如图所示。可以看出，他们均含有较大的交流分量，会影响负载电路的正常工作。

为了减小电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。理想情况下，应将交流分量全部滤掉，使滤波电路的输出电压仅为直流电压。然而，由于滤波电路为无源电路，所以接入负载后势必影响其滤波效果。对于稳定性要求不高的电子电路，整流、滤波后的直流电压可以作为供电电源。

交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流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，其平均值也将随之变化。稳压电路的功能是使输出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。

（二）各电路的选择

1.电源变压器

电源变压器T 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U i 。实际上，理想变压器满足I 1/I 2=U 2/U 1=N 2/N 1=1/n ，因此有P 1=P 2=U 1I 1=U 2I 2。变压器副边与原边的功率比为P 2/ P 1=η，式中η是变压器的效率。根据输出电压的范围，可以令变压器副边电压为22V ，即变压系数为0.1。

2.整流电路

T

负 载

（1）半波整流

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象。

图（2） 半波整流电路 图（3） 半波整流电路的波形图

整流电路如图（2）所示，其输出电压平均值就是负载电阻上电压的平均值U o(AV)。从图（3）所示波形图可知，当ωt=0～π时，U o =2U 2sin ωt;当ωt=π～2π时，U o =0。所以，求解U o 的平均值U o(AV)，就是将0～π的电压平均在0～2π时间间隔之中，如图（3）所示，写成表达式为:

U o(AV)=1/2π

U 2sin ωtd(ωt) 解得: U o(AV)=U 2/π≈0.45U 2

负载电流的平均值:

I o(AV)= U o(AV)/R L

半波整流电路中的二极管安全工作条件为：

a ）二极管的最大整流电流必须大于实际流过二极管平均电流，即I F ＞I DO =U LO /R L =0.45U 2/R L

b ）二极管的最大反向工作电压UR 必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压URM ，即U R ＞U RM =2U 2

单相半波整流电路简单易行，所用二极管数量少。但是由于它只是利用了交流电压的半个周期，所以输出电压低，交流分量大，效率低。因此，这种电路仅适用于整流电流较小，对脉动要求不高的场合。

（2）全波桥式整流电路

为了克服单相半波整流电路的特点，在使用电路中多采用单相全波整流电路，最常用的是单相桥式整流电路。如图（4）所示

图（4） 全波桥式整流电路

设变压器次级电压U 2=U 2m sin ωt=2U 2sin ωt ，其中U 2m 为其幅值，U 2为有效值，负载电阻为100Ω。在电压U 2的正半周期时，二极管D1、D3因受正向偏压而导通，D2、D4因承受反向电压而截止；在电压U 2的负半周期时，二极管因受D2、D4正向偏压而导通，D1、D3因承受反向电压而截止。U 2和U L 的波形如图（5）

所示，显然，输入电压是双极性，而输出电压是单极性，且是全波波形，输出电压与输入电压的幅值基本相等。

由理论分析可得，输出全波单向脉冲电压的平均值即直流分量为 ωt

U 2o U L

ωt

o

图（5） 全波整流电路的波形

U OL =2U 2m /π=π

22U 2≈0.9U 2=0.9×22≈20V 全波整流电路中的二极管安全工作条件为：

a ）二极管的最大整流电流必须大于实际流过二极管平均电。由于4个二极管是两两轮流导通的，因此有I F ＞I DO =0.5U LO /R L =0.45U 2/R L =0.45×20/100≈90mA