直流稳压电源设计方案

电路设计方案

第一章绪论

直流稳压电源一般由变压器、整流器、滤波器和稳压器四部分组成。变压器把220V交流电（市电）变为稳压所需的低压交流电；整流器把低压交流电变为直流电；整流后的直流电中仍会含有交流成分，可以通过滤波电路将交流成分滤除；经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。

稳压电源的分类方法繁多，按输出电源的类型分有直流稳压电源和交流稳压电源；按稳压电路与负载的链接方式分有串联稳压电源和并联稳压电源；按调整管的工作状态分有线性稳压电源和开关稳压电源；按电路类型分有简单稳压电源和反馈型稳压电源，等等。如此繁多的分类方式往往让初学者摸不着头脑，不知道从哪里入手。其实应该说这些看似繁多的分类方法之间有着一定的层次关系，只要理清了这个层次自然可以分清楚电源的种类了。

直流稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，反映直流稳压电源的固有特性，如输入电压、输出电压、输出电流、输出电压调节范围；另一类是质量指标，反映直流稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、纹波电压及温度系数等。并联稳压电源有效率低、输出电压调节范围小和稳定度不高这三个缺点。而串联稳压电源正好可以避免这些缺点，所以现在广泛使用的一般都是串联稳压电源。

第二章系统设计方案论证及分析

2.1概述

晶体管串联型直流稳压电源电路主要元件包括：晶体三极管、限流电阻、稳压二极管、以及滤波电容。令限流电阻与稳压二极管串联，并在电源与地之间，便可在稳压二极管上得到稳定的电压，之后由NPN 型三极管射极输出、集极接电源输入，稳压二极管接基极、由于发射极与基极PN结间电压固定，因此电路的输出电压等于稳压二极管的电压与PN结电压之和。

2.2设计指标

1、学习小功率直流稳压电源的设计与调试方法。

2、掌握小功率直流稳压电源有关参数的测试方法。

3、通过集成直流稳压电源的设计、安装和调试，要求学会：

(1)选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源；

(2)掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。

(3)通过电路的设计可以加深对该课程知识的理解以及对知识的综合运用。

2.3设计任务

①输入电源：单相（AC），220V±10%，50HZ±5%；

②输出电压：DC：+3～+12V，连续可调；

③输出电流：DC：0～800mA；

④负载效应：≤5%；

⑤输出纹波噪声电压：≤10mV（有效值）；

⑥保护性能：超出最大输出电流20%时立即过流保护；

⑦适应环境：温度：0~40℃，湿度：20%~90%RH；

⑧PCB尺寸：不大于120mm*90mm。。

2.4设计要求

直流稳压电源的基本要求：

(1)合理的选择电源变压器；

(2)合理选择集成稳压器；

(3)完成全电路理论设计、计算机辅助分析与仿真、安装调试、绘制电路图；

(4)撰写设计使用说明书。

(5)稳压电源在输入电压为220Ｖ，50Hz. 电压变化范围为-10%～+10%条件下：

a. 输出直流电压为1.26V～12V,+12V,+9V,+5V,-5V；

b. 最大输出电流为:Iomax＝500mA；

c. 纹波电压(峰-峰值) ≤5mV(最低输入电压下，满载)；

d. 具有过流保护及短路保护功能；

e. 画出总体设计框图，以说明直流稳压电源有哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间的联系、变化，并以文字对原理作辅助说明。设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。选择合适的元器件，接线验证、调试各个功能模块的电路，在接线验证时设计、选择合适的输入信号和输出方式，在充分电路正确性同时，输入信号和输出方式要便于电路的测试和故障排除。在验证各个功能模块基础上，对整个电路的元器件和布线，进行合理布局，进行直流稳压电源整个电路的调试。

2.5设计方案论证

小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图2.1所示。

（a ）

U 1 U 2 Ui U I1 U I2

图2.1（a ）、（b ）稳压电源的组成框图及整流与稳压过程

2.6电路原理分析

直流稳压电源一般由电源变压器T 、整流、滤波电路及稳压电路所组成，

基本框图如图2.2所示。各部分的作用：

图2.2 基本框图

（1） 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U1变换成脉动的直流电压。

负载

稳压电路

滤

波电路 整流电

路 变

压

器

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U0。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2.3所示。

图2.3 桥式整流

整流桥将交流电压U2变成脉动的直流电压，再经滤波电容C滤波纹波，输出直流电压U0。U0与交流电压输出U2的有效值u2的关系为

U0=（1.1-1.2）u2

每只整流二极管承受的最大的方向电压Vrm=2u

2

通过每只二极管的平均电流I=0.5Ir=0.45u

2

/R

式中,R 为整流电路的负载电阻.它为电容C提供放电回路,RC放电时间常数应满

足R

L

C≥(3-5)T/2

式中,T为50HZ交流电压的周期,即20ms.

（3）电压输出稳压器

由于输入电压U1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输

出的直流电压U

I 会随着变化。因此，为了维持输出电压U

I

稳定不变，

还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。

2.7直流稳压电源的参数设计方法

稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压U

o 、输出电流I

o

、

输出纹波电压ΔU

op-p

等性能指标要求，正确地确定出变压器、集成稳压器、整流桥和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择这些