直流稳压电源设计案例

设计一个直流稳压电源，其性能指标要求为：U0=±12V、I0(max)=500mA；纹波电压的有效值≤50mV；稳压系数S 3 10 3。所设计电源的方案和工作原理分析；选取的元件和器件的参数确定；直流稳压电源各项性能指标的测试及方法。

第1章 设计原理

1.1电路原理

直流稳压电源的工作流程如下稳压电源一般由变压器、整流器和稳压器三大部分组成。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电，整流电路变换成单向脉冲电压，由滤波电路滤去其中的交流分量，得到较平滑的直流电压，最后稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。

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。

图1-1 直流稳压电源的方框图

1.1.1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Ui。变压器副边与原边的功率比为

P2/ P1=η （1-1）

式中η是变压器的效率。

表1—1 小型变压器的效率

1.1.2整流滤波电路

将变压器输出的符合电压要求的交流电变换为所需数值的直流电。常用的整流电路主要有：半波整流、全波整流及桥式整流等。相对于半波整流相，全波整流二极管交替导通，其输出电压纹波明显减小；而桥式整流电路是全波整流电路的一个变形，其输出电压波形与全波整流电路相同，但加在变压器次级线圈上的电流变为了极性正负交替的脉冲电流，其性能更加优越。本设计中采用性能优越的桥式整流电路。直流电路的任务是将交流点变为直流电。完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用。因此二极管是整流电路的关键元件。

在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压u2变换成脉动的直流电压u3。滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压u3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压UI。UI与交流电压u2的有效值U2的关系为：

UI (1.1~1.2)U2 （1-2）

在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为：

URM 2U2 （1-3）

流过每只二极管的平均电流为：

ID

IR0.45U2

（1-4） 2R

其中：R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C提供放电通路，放电时间

常数RC应满足：

RC

(3~5)T

（1-5） 2

其中：T = 20ms是50Hz交流电压的周期。

滤波电路用于滤去输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成。由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容C在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电压降低时，就能把能量释放出来，使负载电压比较平滑，即C具有平波作用；与负载串联的电感L，当电源供给的电流增加时，它能把能量存储起来，而当电流减小时又能把能量释放出来，使负载电流比较平滑，即电感也具有平波作用。

图1-2 整流与滤波电路图,

1.1.3稳压电路

固定式三端稳压器与电容C组成稳压电路。稳压器7805输出为+5V，稳压器7905输出为-5V，输入端接电容Ci可以进一步滤除纹波，输出端接电容

C0能改善负载的瞬态影响，使电路稳定工作。Ci、C0采用漏电流小的钽电容。其中稳压器的相关参数如表1-2所示：

表1-2 集成稳压器的参数

集成稳压器的输出电压Vo与稳压电源的输出电压相同．稳压器的最大允许电流Icm<Io max,输入电压Vi的范围为

Vomax+(Vi-Vo)min<Vi<Vomin+(Vi-Vo)max （1-6）

式中，Vomax为最大输出电压，Vomin为最小输出电压，(Vi-Vo)max为稳压器的最大输入、输出压差，(Vi-Vo)min为稳压器最小输入、输出压差。

第2章 实验方案分析

2.1稳压电源的设计方法：

稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压Uo、输出电流Io、输出纹波电压ΔUop-p等性能指标要求，正确地确定出变压器、集成稳压器、整流二极管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器件。 稳压电源的设计可以分为以下三个步骤：

1） 根据稳压电源的输出电压Uo、最大输出电流Iomax，确定稳压器的型号及电路形式。

2）根据稳压器的输入电压UI，确定电源变压器副边电压u2的有效值U2；根据稳压电源的最大输出电流I0max，确定流过电源变压器副边的电流I2和电源变压器副边的功率P2；根据P2，从表1查出变压器的效率η，从而确定电源变压器原边的功率P1。然后根据所确定的参数，选择电源变压器。 3） 确定整流二极管的正向平均电流ID、整流二极管的最大反向电压URM和滤波电容的电容值和耐压值。根据所确定的参数，选择整流二极管和滤波电容。

2.2方案的确定

2.2.1 方案一：

采用电源变压器、整流滤波电路和稳压电路。其中稳压电路是使用分离元件，通过取样、放大、比较和调整四个环节，晶体管选用3DD或3DG等型号。这个方案一般来说比较复杂，而且验证过程也比较麻烦且所用到的元件较多且误差较大，因此尽量不用这个方案 2.2.2 方案二：

采用电源变压器、整流滤波电路和稳压电路。其中稳压电路是使用集成电路CW7812和CW7912稳压器。该电路能输出固定的正负12V的直流电压，而且电路较方案一相比结构简单，所用元件数目少，且容易调试。因此，本次设计我们采用此方案。

第3章 参数确定及元件选择

3.1 集成稳压的选择及电路的确定

3.1.1集成稳压器的选择

根据设计要求及技术指标，选做电压为正负12V的直流稳压电源，选择固定式三端稳压器MC7812和MC7912。

芯片MC7812引脚排列为：1端接输入，2端接地 ,3端接输出。 芯片MC7912CV引脚排列为：1 端接地，2端接输入，3端接输出。 3.1.2 电路的确定

由实验原理和设计要求确定电路如图3-1所示，

图3-1设计原理图

3.2 参数的确定

3.2.1 电源变压器的选择

由式（1-6），可得输入电压Vi的范围为：

Vomax+(Vi-Vo)min<Vi<Vomin+(Vi-Vo)max 12.5+(14.5-11.5)≤Ｖi≤11.5+（27-12.5） 得：15.5V≤Ｖi≤26V 副边电压V2≥Vi/1.1=15.5V/1.1=14.1V

取 V2=15V，副边电流I2＞Iomax=0.5A取I2=1A 所以：

副边输出功率P2≥I2V2=15W 由表1-1 得：

η=0.7

根据表二和公式P1=P2/η，因为变压器的副边功率为15W，故它的效率为0.7， 可知变压器的功率P1为：

P1≥P2/η=15/0.7=21.5W

为留有余地，可选择功率为25W的电源变压器。

3.2.2 整流电路及滤波电容的选择

1） 整流电路的选择

V，I0max 0.5AUrm 2 15V 21.214 由于：Urm 2 15V 21.214V 但由于桥式整流所需二极管正偏时导通电阻不为0，使得电路内阻较大，从而使损耗也较大，故采用符合要求的整流桥堆KBP307。

一般整流桥命名中有3个数字,第一个数字代表额定电流,A;后两个数字代表额电压(数字*100),V 如:KBL407即4A，700V KBPC5010即50A,1000V

V，I0max 0.5A 由于： Urm 2 U2 2 21.214 30

IN4001 的反向击穿电压U V RM 50 V，额定工作电流Id=1A>Iomax，故整流二极管选IN4001

2）滤波电容的选择

根据

Uo 12V,Ui 15.5,Sv 3 10^ 3

Uop p 50mv

和公式

U0

Sv

U0 UIUI< …… 此处隐藏：3476字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……