直流稳压电源的设计

1目录摘要................................................................21设计目的及设计要求................................................31.1设计目的......................................................31.2设计要求......................................................3212V电源设计....................................................42.1.直流稳压电源的基本工作原理....................................42.2各分电路的设计原理............................................52.2.1降压（变压）电路的设计.....................................52.2.2整流电路的设计.............................................52.2.3滤波电路的设计.............................................82.2.4稳压电路的设计.............................................92.3整体电路各元件参数的确定......................................92.3.1变压电路元件参数的设计.....................................92.3.2整流电路元件参数的设计....................................102.3.3滤波电路元件参数的确定....................................102.3.4稳压电路元件参数的确定....................................112.3.5电源的散热保护............................................112.3.6电源效率的计算............................................123（5-10）V可调电源的设计.........................................133.1整体电路图...................................................133.2设计原理及各元件参数.........................................133.2.1设计原理..................................................133.2.2各元件参数的确定.........................................153.2.3电路主要功耗器件及散热....................................194总结.............................................................20附录1元件参数表..................................................21附录2设计稳压电源的整体电路图....................................22参考文献...........................................................232摘要随着电子技术的进步与发展，可调稳压电源发挥着越来越重要的作用。例如在办公、学习和日常生活方面应用极为广泛。直流稳压电源电路形式多样，有串联型、开关型、集成电路、稳压管直流稳压电路等。本文详细介绍了一种串联型直流稳压电源的设计，根据要求设计的直流稳压电源有两组电压输出，一组输出为±12V,另一组输出为5-10V。对于第一组稳压电源设计，本文的设计思路主要是：先将220V交流电压通过变压器线圈变压得到一个较低的电压，然后再分别通过整流电路、滤波电路、稳压电路，其中整流电路部分利用整流桥整流，滤波电路采用电容滤波，稳压电路部分采用7812与7912三端集成器件稳压。第二组稳压电源的设计与第一组设计思路大体上相同，但是在稳压电路部分与第一组设计有差异，主要采用串联式反馈稳压电路，利用采样电路与比较放大器等器件完成了稳压功能。其中，本文适当地采取了过流保护电路与过压保护电路。关键词：串联型、直流稳压、连续可调电压、过流保护、过压保护、220V交流供电31设计目的及设计要求1.1设计目的本设计目的是设计出一个串联型直流稳压电源，电源输出两组电压，一组为固定12V（两路）输出，另一组为可调电压输出。1.2设计要求（1）两组稳压电源不共地，电源效率不低于0060，纹波电压小于50mV。（2）12V电压源的两路工作电流均小于1A。（3）可调电压源输出电压范围为5-10V,连续可调且工作电流可达3A。（4）可调电压源具有过流保护功能，过流保护值为4A。（5）使用交流220V供电，电压波动范围为0010。（6）其它附加功能（自选，如过压保护、数字显示等）。4212V电源设计2.1.直流稳压电源的基本工作原理直流稳压电源电路主要由交流降压电路、整流电路、滤波电路和稳压电路四个基本模块组成，其工作原理框图如图1所示。220V的交流电压经变压器降压后输出幅度较小的交流电，再通过整流电路将交流电整流，输出脉动直流电，再经过一个滤波电路进行滤波，最后经三端集成稳压器件稳压后输出直流电压，这样就可以得到较为稳定的直流电压。直流稳压电源的设计原理框图如下图1所示：图1直流稳压电源工作原理框图具体的设计电路图，如图2所示：781279121C2C3C4C1D2D3D4D2200uf2200uf0.33uf0.33uf0.1uf0.1uf交流电220V11v1ov2ov2v'2vLRLR6C5C7C8C200uf200uf图2整体设计电路图52.2各分电路的设计原理2.2.1降压（变压）电路的设计降压电路图如图3所示,图4为降压过后的波形。1v2v220V交流电图3降压变压器图4降压过后的波形将220V交流电压经过一个有中心抽头的电源变压器，输出一对电压大小相等而相位相反的交流小电压。根据整流电路和滤波电路的输出电压和输入电压关系。从输出电压±12V倒推，可计算出变压器副边线圈对应的电压约为15V左右。变压器在电路中起降压作用，是将50Hz、220V的交流电压降低到所一定的电压值，从而能得到所要的电压。由于电子电路的直流工作电压通常比较低，通过降压后的电压仍然是交流电压，频率不变，只是电压值降了许多。交流降压电路主要有电源变压器（降压变压器）构成，变压器降压电路的另一个作用是进行交流电的隔离（利用了变压器的隔离特性），使电子电路中的底板（印制电路板）不带交流电，以保证使用安全。设变压器原副边线圈匝数比为1n:2n,则12vv=12nn。2.2.2整流电路的设计（1）工作原理6整流电路将交流降压电路输出的幅值较小的交流电2v转换成单向脉动直流电。单相整流电路通常有半波整流和桥式全波整流电路。两种电路相比，由于桥式电路具有变压器利用率高、脉动小等优点，本文采用桥式电路。基本整流桥电路如图5所示：图5整流桥电路图6经整流后的电压波形如图5所示，经变压器变压过后，交流电网电压1v变成整流电路要求的交流电压2v=tsin22V，LR是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管1D～4D接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。（2）负载上的直流电压LV和直流电流LI的计算Lv=224442cos2cos4cos631535Vwtwtwt（1）式中恒定分量即为负载电压Lv的平均值，因此有22220.9LVVV（2）直流电流为20.9LLVIR（3）7图7单相桥式整流电路电压、电流波形图（3）整流组件参数的计算在桥式整流电路中，二极管1D、3D和2D、4D是两轮流导通的，所以流经每个二极管的平均电流为20.4512DLLVIIR（4）二极管在截止时管子两端承受的最大反向电压可以从图4看出。在2v正半周期时，1D、3D导通，2D、4D截止。此时，2D、4D所承受的最大反向电压均为2v的最大值，即RMV=22V（5）同理，在2v的负半周期，1D、3D也承受同样大小的反向电压。一般电网电压波动范围为0010。实际上选用的二极管的最大整流电流DMI和最高反向电压RMV应留有大于0010的余量。82.2.3滤波电路的设计经整流后的脉动直流信号仍然具有较大的交流分量，需通过滤波电路将交流成分滤掉，滤波电路采用2200uF的电解电容和一个0.33uF左右的小电容并联组成，工作频率较低时，小电容不工作，大电容滤波，容量越大滤波效果越好，对于高频干扰信号可通过小电容滤除。滤波电路如图8所示：图8滤波电路上图为电容滤波电路，在分析电容滤波电路时，要特别注意电容器两端电压cv对整流器件导电的影响，整流器件只有受正向电压作用时才导通，否则便截止。负载LR未接入时的情况：设电容器两端初始电压为零，接入交流电源后，当2v为正半周时，2v通过1D、3D向电容器C充电；2v为负半周时，经2D、4D向电容器C充电，充电时间常数为c=intRC（6）式中intR包括变压器二次绕组的直流电阻和二极管D的正向电阻。由于intR一般很小，电容器很快就充电到了交流电压2v的最大值为22V。接入负载LR的情况：放电常数为dLRC（7）因d一般较大，故电容器两端电压cv按指数规律慢慢下降。在纯电阻负载时，变压器二次电流的有效值21.11LII,而有电容滤波时2(1.5~2)LII（8）9为了得到平滑的负载电压，一般取(3~5)2dLTRC（9）电容滤波电路的负载电压2(1.1~1.2)LVV（10）2.2.4稳压电路的设计该设计要求电源输出电压为12V，输入电压为220V，输出电流小于1A。因为三端集成稳压器使用比较方便且也符合设计要求，故7812和7912，由于三端稳压器没有过压保护，为防止输出电压高于输入电压，在7812和7912的输入和输出端之间，分别接一个二极管加以保护，另外在三端稳压器的输入端分别接一0.33uF的小电容，以改善纹波，同时防止产生自激振荡。稳压电路如图9所示：781279122C4C5C6C0.33uf0.33uf0.1uf0.1uf1ov2ov图9稳压电路部分2.3整体电路各元件参数的确定2.3.1变压电路元件参数的设计电源变压器的功能是功率传送、电压变换和绝缘隔离，作为一种主要的软磁电磁组件，在电源技术和电力电子技术中得到广泛的应用。根据传送功率的大小，电源变压器可以分为几档：10kVA以上为大功率，1010kVA～0.5kVA为中功率，0.5kVA～25VA为小功率，25VA以下为微功率。由于本文设计的是12V的串联型直流稳压电源，且输出电流小于1A，输入变压器原边电压是交流220V电压，稳压器件7812和7912要满足输入电压与输出电压差值为2V左右，并且降落在整流器件二极管上的压降约为0.7V，即变压器副边电压2V约为15～16V。综上可以得知电源变压器的功率在0.5kVA～25VA之间，故变压器可选择0.5kVA～25VA这一档。而且，又由原副边电压比可以知道变压线圈的匝数比。即12vv=12nn，故可以大致推算12nn=12vv=2201514.67。（变压比可取14或15）因此，变压器的最大允许功率为15～16W。所以，变压器可以选择匝数比为14或15，最大允许功率为15～16W。2.3.2整流电路