直流稳压电源电路设计

  流稳压电源电路设计.一、设计任务与要求.1．用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计固定的正负直流电源（12V）；.2．输出可调直流电压，范围1.515V；.3．输出电流I二、方案设计与论证.稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分所组成，如下图1所示，其整流与稳压过程的电压输出波形如图2所示。.~220V电网电压U1电源变压器U2整流电路U3滤波电路Ui稳压电路Uo负载RL电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先一定要采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。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）。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。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RL。.方案一、单相半波整流电路.半波单相整流电路简单，电路及其电压输出波形分别如图3、图4所示，使用元件少，它只对交流电的一半波形整流，其输出波形只利用了交流电的一半波形则整流效率不高，且输出波形脉动大，其值为；直流成分小；=0.45，变压器利用率低。.实用文档使用的整流器件是半波电路的两倍，整流电压脉动较小，是半波的一半，无滤波电路时的输出电压=0.9，变压器的利用率比半波电路的高，整流器件所承受的反向电压要求较高。.方案三、单相桥式整流电路.单相桥式整流电路使用的整流器件较多，但其实现了全波整流电路，它将的负半周也利用起来，所以在变压器副边电压有效值相同的情况下，输出电压的平均值是半波整流电路的两倍，且如果负载也相同的情况下，输出电流的平均值也是半波整流电路的两倍，且其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一样，还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点。.我的选择：综合三种方案的优缺点决定用方案三.三、单元电路设计与参数计算.整流电路采取单相桥式整流电路，电路如图5所示，时，电流由+流出，经D1、RL、D2流入-，即D1、D2D3、D4截止；当u2时，电流由-流出，经D3、RL、D4流入+，即D3、D4D1、D2截止。电路的输出波形如图6所示。.实用文档在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即。电路中的每只二极管承受的最大反向电压为(U2是变压器副边电压有效值)。.在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：=(1.1~1.2)，直流输出电流：（是变压器副边电流的有效值。），稳压电路可选集成三端稳压器电路。.12V直流稳压电源电路总体原理电路图如图7所示，可调式直流稳压电源电路总体原理电路图如图8所示，电流扩展直流稳压电源电路总体原理电路图如图9所示：.12V直流稳压电源.1.选集成稳压器，确定电路形式.(1)、在12V直流稳压电源电路实验中的稳压电路，采用固定式三端稳压器，主要使用了集成块78系列及79系列。78系列输出为正电压，输出电流可达1A，如7812的输出电流为5mA~1A，它的输出电压为12V。和78系列对应的有79系列，它输出为负电压，如7912表示输出电压为–12V和输出电流为实用文档5mA~1A。故称之为三端式稳压器。这类集成稳压器的外形图及典型应用电路图如图10所示。.图10三端稳压器7812、7912管脚图及典型应用电路图.(2)、在可调式直流稳压电源电路因为要求输出电压可调，所以选可调式三端稳压器LM317，其特性参数，，最小输入、输出压差，最大输入、输出压差，能满足设计的基本要求，故选用LM317组成的稳压电路。稳压器内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不会非常容易损坏、使用起来更便捷等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。电路系列的引脚功能相同，管脚图如图11和典型电路如图12所示.。与组成电压输出调节电路，输出电压，式中，1.25是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压，此电压加于给定电阻两头，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器，电阻常取值120~240，取=240，则=48，=2.64k,故取为5k的精密线绕可调电位器，与其并联的电容器C可进一步减小输出电压的纹波。图中加入了二极管D，用于防止输出端短路时10F大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。.图11图12.(3)、在电流扩展中用大功率三极管TIP41C和LM7812稳压器，TIP41C三极管的管脚如图13所示，其为NPN管，主要参数为：最大工作电压100V，最大工作电流6A，最大耗散率65W。设三端稳压器的最大输出电流为，则晶体管的最大基极电流，因而负载电流的最大值为，故其负载采用大功率的电阻，取=3.9，为10W的电阻。图中二极管用于消除对输出电压的影响。.图13TIP41C三极管的管脚图.2.选择电源变压器.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要的交流电压，通常根据变压器副边输出的功率来选购（或自绕）变压器。变压器副边与原边的功率比为.式中，为变压器的效率。一般小型变压器的效率如表1所示。.小型变压器的效率.功率0.60.70.80.85由LM317输入电压与输出电压的最小压差，最大压差为，可得到LM31715V+3V1.5V+40V.18V41.5V.副边电压V，取=17V，副边电流A，取=1A通过电流扩展可达到1.5A，则变压器副边输出功率W。.可得到变压器的效率=0.7，则原边输入功率W。为留有余地，选功率为50W的电源变压器。.3．选整流二极管及滤波电容.实用文档(1)、在12V直流稳压电源电路设计中整流二极管D选1N4007即可，其极限参数为V，=1A，满足。滤波电容容量较大，一般都会采用电解电容器，选用3300/50V即可。电容滤波电路利用电容的充放电作用，使输出电压趋于平滑。.(2)、在可调式直流稳压电源电路及电流扩展直流稳压电源电路中整流二选1N4007，其极限参数为V，=1A。满足，=的条件。滤波电容C可由纹波电压和稳压系数来确定，滤波电路的电路图如图14(a)所示，其输出电压波形如图14(b)所示，将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。已知，=15V，=18V，取=9mv,=0.0050.05,符合标准要求，则稳压器的输入电压的变化量电容的耐压应大于V。故取2只3300V的电容相并联。.图14滤波电路及其输出波形.四、总原理图及元器件清单.1．12V直流稳压电源总原理图如图15所示，可调式直流稳压电源总原理图如图16所示，电流扩展直流稳压电源电路总原理图如图17所示：.图1512V直流稳压电源总原理图.图16可调式直流稳压电源总原理图. 实用文档图17 电流可扩展直流稳压电源电路. 2．元件清单.元件序号 型号 主要参数 数量 备注（单 U1保险管 1A 0.2T1 变压器 15V 5.0D1、D2、 D3、D4、 D5、D6 二极管1N4007 V，1A 0.1D6 二极管1N4148 75V，25nA 0.1Q1 三极管TIP41C 100V，6A，65W 3.0LED1、LED 紫0.5、绿0.5、红0.1 C1、C2 电解电容 3300/50V 1.5C3、C4 电解电容 0.22/50V 0.2C5、C6 电解电容 0.47/50V 0.2C7、C8 电解电容 220/50V 0.4C3、C4 电解电容 10/50V 0.2C4 电解电容 1/50V 0.2U3 三端稳压器LM7912 -12V 1.0U2 三端稳压器LM7812 +12V 1.0U2 三端稳压器LM317 1.25~37V 1.0R1、R2、R 电阻1K 0.1R1 大功率水泥电阻 10W，3.9 0.5R2 电阻 120 0.1R5 单联电位器 5K 0.8说明:以上各幅图中的240 的电阻R2 因市场中没有，用的是各两个120 的电阻 串联；以上电路中因市场没有2.64K 的电位器，所以只能用最接近的5K 电位器 代替，所以硬件安装时用的是5K 电位器。. 五、安装与调试.因以上各电路很相似，很接近，只是在小范围有点点差别，所以在安装和 调试时是类似的，安装调试如下：. 首先在变压器的原边接入保险丝FU，以防电路短路损坏变压器或其他元器件，其额定电流要略大于I，选FU的熔断电流为1A，各元器件按理论电路图正确焊 接，注意布局紧密，不出现虚焊或漏焊。. 安装时先安装较小的元器件，先安装集成稳压电路，再安装整流电路，最后安装滤波电路，有三极管时因三极管对温度很敏感，所以要最后安装，但在安 装的过程中要格外的注意电容、二极管和三极管TIP41C 的极性，并且要注意LM 7812 、LM 7912 和LM317 管脚的接法。注意安装要一级测试一级，检查电路 安装无误后，再连接安装变压器。. 4.接通电源后，静置一会待电路稳定后没出现任何故障（如芯片被烧等）再进 行测量，若出现类似状况应立即断开直流电源，检查问题所在并及时排除故障 再做测量。用万用表分别测量变压器原、副边线圈的输出电压，滤波后的输 出电压，7812，7912 的输入和输出电压。对于稳压电路则主要测试集成稳压器 是否能正常工作。其输入端加直流电压V18V，调节RP，输出电压V 随之变 化，说明稳压电路正常工作。整流滤波电路主要是检查整流二极管是否接反， 安装前用万用表测量其正、反向电阻。接入电源变压器，整流输出电压V 应为 正。断开交流电源，将整流滤波电路与稳压电路相连接，再接通电源，输出电 六、性能测试与分析.1.12V 直流稳压电源的性能测试. 实用文档依次用万用表的250V 的交流档测量变压器的原边电压，25V 的交流档测量 变压器的副边电压，25V 直流档测量滤波后的输出电压、稳压器的输入电压和 电路的最后输出电压，并记录测试结果如下表2：. 变压器原边电压 变压器副边电压 滤波后的输出电 输出电压220V 50HZ +15V -15V +18.1V -18.1V +18.1 -18.1V+12.05 相对误差计算:.其中变压器的副边电压的理论值为15V，滤波后的输出电压的理论值为 =1.2=1.2*15V=18V，=1.2=1.2*（-15）V=-18V，输出电压的理论值为 =+12V，=-12V，则有：. 变压器副边电压的相对误差:=（15-15）15*100%=0%. =（15-15）15*100%=0%;.