集成直流稳压电源的设计

集成直流稳压电源的设计

一、    设计目的及要求

1、 设计目的

（1）掌握集成直流稳压电源的实验方法。

（2）掌握用变压器、整流二极管、滤波电容和集成稳压器来设计直流稳压电源的方法。

（3）掌握直流稳压电源的主要性能指标及参数的测试方法。

（4）为下一个综合实验——语音放大电路提供电源。

2、 设计要求

（1） 设计一个双路直流稳压电源。

（2） 输出电压 Uo = ±12V ，

最大输出电流 Iomax = 1A 。

（3） 输出纹波电压 ΔUop-p ≤ 5mV ,

      稳压系数 SU ≤ 5×10^-3 。

（4）选作：加输出限流保护电路。

二、电路框图及原理图

1、电路框图

图2-1 直流稳压电源的原理框图和波形变换

2、 原理图

（1）   整流电路

图2-2 整流电路

（2）   滤波电路

图2-3滤波电路

（3）   稳压电路

图2-4 输出正电压电路

图2-5 输出负电压电路

四、设计思想及基本原理分析

在电子电路中，通常需要电压稳定的直流电源供电，小功率稳压电源一般是由电源变压器、整流、滤波和稳压四部分电路组成。下面分别就稳压电源的四个组成部分分别分析其原理

1、 电源变压器

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的低电压。

2、整流电路

整流电路一般由单项导电性的二极管构成，经常采用单项半波、单项全波和单向桥式整流电路。如图2-2所示的整流电路为应用广泛的桥式整流电路。电路中采用了4个二极管，组成三项桥式整流电路。整流过程中，4个整流管轮流导通，无论正半周还是负半周，流过负载的电流方向一致，形成全波整流，将变压器楚楚的交流电压变成了脉动直流电压。

整流电路的参数如下：

输出电压平均值：

输出电流平均值：

平均整流电流：

最大反向电压： 

整流二极管的选择：，

3、滤波电路

交流电经整流电路后可变为脉动直流电，但其中含有较大的交流分量，为使设备上用纯净的交流电，还必须用滤波电路滤除脉动电压中的交流成分。常见的滤波电路有：电容滤波电路、电感滤波电路、电感电容滤波电路以及P型滤波电路。在此电路中，由于电容滤波电路电路较为简单、且能得到较好的效果，故选用此电路。在加入电容滤波电路后，由于电容是储能元件，利用其充放电特性，使输出波形平滑，减少脉动成分，以达到滤波的目的。为了使滤波效果更好，可选用大容量的电容为滤波电容。应为电容放电的时间常数越大，放电过程越慢，脉动成分越少，同时使得电压更高。滤波电容一般选几十至几千微法的电解电容， 一般选取。

4、稳压电路

经过整流和滤波后得直流电压，会由于电网电压的波动以及负载电阻的变动而发生变化。在绝大多数情况下，这种输出电压的变化波动显得太大，仍需进一步对其稳定，这就需要采用稳压电路。目前常用的稳压电路有并联式稳压电路、串联稳压电路以及集成式稳压电路。由于集成式稳压芯片具有较完善的短路和限流保护、过热保护和调整管安全工作区保护电路，因而工作是比较稳定的，电路也相对比较简单。为了使电路正常工作，要求输入电压应比输出电压自少高出2.5V~3V。电路如图2-4、图2-5所示。电容C1可防止自击振荡，还可抑制电源的高频脉冲干扰，一般取0.1~1uF。输出端电容C2可以改善负载的瞬态响应，消除电路的高频噪声，同时也具有消除自击振荡的作用。

五、元件介绍和元件参数计算

1、元件介绍

（1）三端集成稳压器

L78、79系列集成稳压器是一种有广泛用途的三端集成稳压器。W78系列三端集成稳压电路具有固定输出正电压，L79系列三端集成稳压电路具有固定输出负电压。这两个系列稳压器都具有较完善的短路和限流保护、过热保护和调整管安全工作区保护电路，因而他的工作是比较可靠的。字母后面的数字表示输出电压，电压等级：5V、6V、8V、12V、15V、18V、24V 。如设计一个输出的线性直流稳压电源，选择L7812、L7912。

（2）   整流桥

整流桥的作用是将交流电转变为直流脉动电压。整流桥堆产品是由四只整流硅芯片作桥式连接，外用绝缘朔料封装而成，大功率整流桥在绝缘层外添加锌金属壳包封，增强散热。最大整流电流从0.5A到100A，最高反向峰值电压从50V到1600V。一般整流桥命名中有3个数字,第一个数字代表额定电流;后两个数字代表额电压。本实验用RS307，即额定电流3A，额定电压1000V。

2、原件参数计算与选择

（1）  稳压器

要求输的直流电，选择选择W7812、W7912。

（2）  变压器

为了使电路正常工作，要求输入电压应比输出电压自少高出2.5V~3V，且，所以变压器的输出电压的平均值至少应为15V，因此选择双15V/30W的变压器。

（3）  电容大小的选择

对于滤波电容C来说 ，即滤波电容一般选几十至几千微法的电解电容。又因为输出最大电流为1A，故可估算出RL范围，取RL为18，求得C约为2200uF。故电容C选择2200u/25V的电解电容。电容C1一般取0.1~1uF，在此取C1=0.33uF。电容C2一般取0.1uF，C0应取0.22nF。

五、实验电路图

图5-1 实验电路图

六、测试结果分析，调试过程中所遇故障的分析

1、测试结果

输出端正电压Uo1=12.31V

输出端负电压Uo2=-12.81V

输出纹波电压(正)ΔUop-p=6.33mV

           （负）ΔUop-p=0.14mV

2、测试结果分析

由上面的结果可知，输出端电压基本符合实验要求。但是输出正电压的一端纹波电压大于5mV，略大。

3、调试过程中所遇故障分析

    在刚焊完进行测试时，发现正向输出电压正常，负向输出电压远小于-12V。在进行检查后，发现变压器的连接方式有问题。在改正后，即得出了相应的结果。

七、设计过程的体会与创新点，建议

八、原件清单

九、仿真报告

示波器（无负载时）：

图9-1 示波器波形

RL=1K时

Io1=0.012A；Io2=-0.012；Uo1=11.819V Uo2=-12.376 V

RL=2K时

Io1’=0.006A，Io2’=-0.006A；Uo1=12.131V Uo2=-12.484 V

故输出端电阻：Ro1=114.7，Ro2=18

参考文献

[1] 李金平,路勇,延凤平.模拟集成电路基础[M].北京:北方交通大学出版社,2003.

[2]侯建军,佟毅,刘颖,等.电子技术基础实验、综合设计实验与课程设计[M].北京:高等教育出版社,2007.

[3]段九州，王志新.功率输出与电源供给电路[M].北京:中国计量出版社,2008.

[4]徐海明，刘璐，沈琼。现代电源应用技术手册[M].北京:中国电力出版社,2007.

第二篇：电子课程设计-集成直流稳压电源设计

University of South China

     电子电工     课程设计说明书

设计题目：      集成直流稳压电源设计                               

专    业：    机械设计制造及其自动化                     

年    级：     本2007级机械01班                      

学    号：      20074410136                  

姓    名：      张常连                  

指导教师：       管金云                  

      2009  年 6 月    22   日

目    录

1  设计的主要目的与要求. 4

1．1 实验目的. 4

1．2 设计要求. 4

1．3 设计目的. 4

2  主要设计方案. 5

2．1 本设计采用桥式整流. 5

2.2 稳压电路：. 6

2.3 保护电路. 6

3  单元电路设计、参数计算及其元器件选择. 7

3.2 确定稳压电路的R1\R2大小. 7

3.3 确定变压器副边电压、电流及功率。. 7

3.4 使输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于0.005，输出内阻小于0.1欧的方法. 8

3.4.1 纹波电压... 8

3.4.2 稳压系数及电压调整率... 8

3.4.3 输出电阻及电流调整率... 9

3.5 固定三端可调式集成稳压电路器W78M15\W78M15 9

4  总原理图及元器件清单. 10

4.1 总原理图. 10

4.2 元器件清单. 10

5  结论与心得. 11

6  参考文献. 12

引    言

说道稳压问题，历史悠久。目前，线性集成稳压器已发展到几百个品种。按结构分为串联式和并联式集成稳压器；按输出电压类型可分为固定式和可调式集成稳压器；按脚管的引线数目可分为三端式和多端式集成稳压器；按制造工艺可以分为半导体式、薄膜混合式和厚膜混合式集成稳压器；按输入和输出之间的压差又可以分为一般的压差和低压差两大类，等等。

目前通过点子课程设计能很好的提高大学生的动手实习能力，也能很好的提高大学生的创新和设计、实践的能力。因此有我设计的这个设计，直流稳压电源，、又称为集成直流稳压电源。

1  设计的主要目的与要求

1．1 实验目的

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、整流二级管、滤波电容及集成稳压电容及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的测试方法。

1．2 设计要求

（1）同时输出±15电压，输出电流为2A

（2）输出纹波电压小于5mA，稳压系数小于0.005；输出内阻小于0.1欧

（3）加输出保护电路，最大输出电流不超过2A

1．3 设计目的

（1）电源变压器只做理论设计

（2）合理选择集成稳压器及扩流三级管

（3）保护电路拟采用限流型

（4）完成全电路理论设计，安装调试，绘制电路图，自制印刷版

（5）撰写设计报告、调试总结报告及使用说明书。

2  主要设计方案

整个设计由电源变压器T、整流滤波和稳压电路三大部分组成，其基本原理框图如图1 所示。电网供给的交流电压u(220V,50Hz) 经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压ui，然后由整流滤波电路变换成比较平直的直流电压U1，再通过稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定。

 

2．1 本设计采用桥式整流

单相桥式整流电路与半波整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求式一样的，并且还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点，因此在次设计中我选用单相桥式整流电路。

在调整管部分，既可以采用单管调整也可以采用复合管调整，但在此设计中要求额定电流Io=2A，如果用单管的话，可能不能达到这么大的输出电流，因此在此设计中我选用复合管做调整管。

滤波电路：   

经整流后的电压仍具有较大的交流分量，必须通过滤波电路将交流分量滤掉。尽量保留其输出中的直流分量，才能获得比较平滑的直流分量。

可以利用电容两端电压不能突变或流经电感的电流不能突变的特点，将电容与负载并联，或将电感与负载串联就能起来滤波作用。

其主要常见的整流滤波电路如下：

 

我选用的是（b）电路

2.2 稳压电路：

由于滤波后的直流电压Ui受电网电压的波动和负载电流变化的影响（T的影响）很难保证输出电流电压的稳定。所以必须在滤波电路和负载一直加上稳压电路，才能保证输出直流电压的进一步稳定。

2.3 保护电路

由于输出大电流时，三端电流内部过流保护电路已经失去作用，必须在外部增加保护这就是VT2和R2。当电流Ii在R2上产生的电压降达到VT2的UBE2时，VT2导通，于是向VT1基极注入电流，使VT1关断，从而达到限制电流的目的，其主要电路图如下：

 

3  单元电路设计、参数计算及其元器件选择

电路参数计算如下：（只研究正输出部分）
3.1 确定稳压电路的最底输入直流电压

Umin=[U0MAX+(U1-U0)]/0.9

带入各个指标，计算可以将Umin=20v

3.2 确定稳压电路的R1\R2大小

由Icw+Ic=Io， Icw=0.5A，Io=2A，知Ic=1.5A。

确定VT1的放大倍数为200倍，

又Ib+I2=0.5A，故有：Ib=0.1A，I2=0.4A

Ube2/R1=1.5A，若取：Ube1=Ube2=0.6V，

有:R1=0.4欧

从Ube1/（R1+R2）=0.4A，

得：R2=1.2欧(由于R中流过W78M15的空载电流和部分负载电流，故其阻值不宜增大，一般约几欧姆，这里取R=1.2欧姆。)

3.3 确定变压器副边电压、电流及功率。

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组成。

电源变压器的作用是将电网的220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压ui.

电路图如下所示

U1大于20/1.1=18.18V，I1大于I1max，所以我们取I1为2.2A，变压器副边功率P2大于41.8W变压器副边与原边的功率比为：              P2/P1=η                      （1-12）

式中η为变压器的效率。一般小型变压器的效率如表1-1所示。

表1-1 小型变压器的效率

根据P2，由上表可以算出变压器的效率。所以本方案可选择副边功率30~80W，效率为0.8的电源变压器。

变压器的效率为0.8，则原边功率P1大于52.25W。

由上分析，可选用副边电压为19V，输出电流为2.2A，功率60W的变压器。

3.4 使输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于0.005，输出内阻小于0.1欧的方法

3.4.1 纹波电压

 纹波电压是指叠加子输出电压Uo上的交流分量。用示波器观测其峰-峰值，一般为毫伏量级。也可以用交流电压表测试其有效值，不是正弦波，所以用有效值衡量其纹波电压，存在一定误差。

3.4.2 稳压系数及电压调整率

稳压系数：在负载电流、环境温度不变的情况下，输入输入电压的相对变化引起输入电压的相对变化，即    

电压调整率：输入电压相对变化为+10%时的输出相对变化量，即：

稳压系数Su和电压调整率Ku均说明输入电压变化对输出电压变化的影响，因此值需要测试其中之一即可。

3.4.3 输出电阻及电流调整率

输出电阻：放大器的输出电阻相同，其值为输入电压不变时，输出电压变化量与输出电流变化两之比的绝对值,即：

电流调整率：输出电流从0变到最大值时所产生的的输出电压相对变化值，即：                       

输出电阻r。和电流调整率Ki均说明负载电流变化对输出电压的影响，因此也只需测试其中之一即可。

总之，取C1为2200uF，C2=0.3uF，C3=0.1uF用较大的电容来抑制纹波电压、稳压系数、输出内阻达到设计要求

3.5 固定三端可调式集成稳压电路器W78M15\W78M15

该稳压块有过流、过热和调整管安全工作区保护，以防止过载而损害。一般不需要外接元件即可工作。W78M15\ W79M15，稳压器的输出电压为15V，输出电流为0.5A（负压部分用W79M15与正压部分相比，除了输出电压极性，引脚定义不同外，其他特点都相同。）

整流二极管的选择：

由U2a=25.33V，考虑到变压器二次侧绕组及管子上的压降，变压器的二次侧电压大约要高出0.1，即25.33*1.1=27.806V，得每只整流二极管的最大反向电压URM为：   URM=1.414*U2a=1.414*28=39.592V     （1-6）

通过每只二极管的平均电流ID 为：     ID=0.5I1=0.5*1500=750mA                          （1-7）

根据ID和URM进行选管，可选用1N4001 硅整流二极管 50V, 1A,(Ir=5uA,Vf=1V,Ifs=50A)。

4  总原理图及元器件清单

4.1 总原理图

选用固定三端可调式稳压器W78M15\W78M15，其典型指标满足设计要求。电路形式如图

4.2 元器件清单

5  结论与心得

通过本次设计，让我们更进一步的了解到直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标。也让我们认识到在此次设计电路中所存在的问题，而通过不断的努力去解决这些问题.在解决设计问题的同时自己也在其中有所收获。在设计的过程中，我遇到了很多的困难，主要是对自己所学的知识不牢固，许多的知识没有学会和理解，对一些一般的设计问题没有掌握很好的解决方法。在以后的学习中要不断的把自己的所学的与设计使用结合起来，学习上遇到的问题要脚踏实地解决。通过这次课程设计，我感觉自己提高了很多，在以后的学习中要尽快弥补自己薄弱环节。

最后，衷心地感谢各位老师的指导和帮助。

6  参考文献

[1]  王增福 等编著. 新编线性直流稳压电源. 电子工业出版社. 2004

[2] 邱关源  电路原理（第五版）高等教育出版社  2006

[3] 康华光  电子技术基础数字部分（第五版） 高等教育出版社  2006

[4] 秦曾煌  电工技术（第六版）高等教育出版社 2004