集成直流稳压电源.docx

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集成直流稳压电源

XXXXX

《模拟电子技术》课程设计

题目直流稳压电源设计

学生姓名XXX

专业班级XXXX班

学号XXX

院（系）XXXX

指导教师XXX

完成时间XXXXXX

目录

1课程设计的目的1

2课程设计的任务与要求1

3设计方案与论证1

3.1方案选择与论证1

3.2集成直流稳压电源的原理3

4设计原理与功能说明4

4.1元器件选用原理4

4.2总体电路10

5硬件的制作与调试10

6总结10

参考文献13

附录一：

总体电路原理图14

附录二：

元器件清单15

附录三：

电路实物图16

1课程设计的目的

通过集成直流稳压电源的设计，安装和调试，学会选择变压器，整流二极管，滤波电容，集成稳压器及先相关元器件设计直流稳压电源。

同时掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测试方法。

通过本课程设计，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，掌握直流稳压电路的主要技术指标的测试方法。

重要的是锻炼自己设计自己制造的实践能力。

2课程设计的任务与要求

设计一个集成直流稳压电路。

（1）电源变压器只做理论设计。

（2）全理选择集成稳压器及扩流三极管。

（3）保护电路采用限流型。

（4）完成全电路理论设计，仿真调试，绘制电路图。

（5）利用所学的知识自行设计电路。

3设计方案与论证

3.1方案选择与论证

方案一：

单相半波整流电路

单相半波整流简单，使用器材少，他只对交流电的一半波形整流，只要横轴上面的半波或者只要是下边的半波。

但由于只利用了交流电的一半波形，所以整流效率不高，而且整流电压的脉冲较大，无滤波电路时，整流电压的直流分量较小，V0=0.45Vi，变压器的利用率低。

方案二：

单相全波整流电路

使用的整流器件较半波整流时多一倍，整流电压脉冲与全波整流相同，每个器件所承受的反向电压为电源电压峰值，变压器利用率较全波整流电路高。

方案三：

单项桥式整流电路

使用的整流器件较全波整流多一倍，整流电压脉冲与全波整流相同，每个器件所承受的反向电压为电源电压峰值，变压器利用率较全波整流电路高。

根据设计要求，方案一变压器利用率低，方案二每个器件所承受的反向电压为电源电压峰值，而方案三变压器利用率较全波整流电路高，因为课题要求选择一种最简单经济实惠安全易操作的方案,因此选择方案三式最佳方案。

集成直流稳压电源原理图如图3-1所示：

图3-1集成直流稳压电源原理图

3.2集成直流稳压电源的原理

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，基本框图及其各路段的波形如图3-2所示：

图3-2基本框图及其各路段的波形

电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。

由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到较为平滑的直流电压。

但这样的电压还随电网电压波动（一般有±10%左右的波动）、负载和温度的变化而变化。

因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。

稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。

在电子设备中，通常对直流电源要求是：

输出电压稳定、纹波小、负载能力强等。

直流电源的性能指标主要有如下几个参数：

（1）输入电压Ui。

电源所要求的（交流）输入电压，在我国一般是220V、50Hz的交流电。

（2）额定输出电压Uo,电源输出稳定的直流电压值。

（3）最大输出电流Im。

电源在额定输出电压Uo，所能提供的最大输出电流。

有时也用最大输出功率Pm来表示。

（4）稳压系数Sr。

当负载不变时，稳压电路输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。

本设计主要讨论的是把电网电压的单相交流电转换为直流电源的方法及其原理、实现的电路及直流电源的性能指标。

4设计原理与功能说明

4.1元器件选用原理

变压部分

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。

考虑到整流滤波之后的电压要使三端集成稳压器能正常工作，即1.2Ui（Ui为二次侧的电压值，1.2Ui是指滤波之后的电压值，用U来表示）与输出电压的压差应该大于W7815的最小压差，数学表达式为：

（式4-1）

经过计算，所需Ui最小应为15V,也就是说变压比应该大于15/220。

又因为课题需要输出双电压，因此采用TS_MISC_VIRTUAL型号的变压器。

该部分电路图如图4-1所示：

图4-1变压部分电路

标准的市电经过该变压器之后，将市电变换成相对较小的波，其一次侧和二次侧的波形图如图4-2所示：

图4-2一次侧和二次侧的波形图

整流部分

工作原理：

桥式整流电路由四只二极管组成的一个电桥，电桥的两组相对节点分别接变压器二次绕组和负载。

这种电路有三种画法，如图4-3所示。

在工作时，D1、D2与D3、D4轮流导通。

在u2正半周，二极管D1和D2正向导通，而D3、D4反向截止，形成负载电流i0，i0流通路径为：

a→D1→RL→D2→b→a，u0=u2；

在u2的负半周，二极管D3和D4正向导通，而D1、D2反向截止，形成负载电流i0，i0流通路径为：

b→D3→RL→D4→a→b，u0=－u2。

由此可见，不论哪两只二极管导通，负载电流的方向都始终保持不变。

图4-3负载电流的方向

二次侧电压经整流后的波形图如图4-4所示：

图4-4二次侧电压经整流后的波形图

滤波部分

经过整流后，输出电压在正负方向上没有变化，但输出电压波形仍然保持正弦波的形状，起伏很大。

为了能够得到平滑的直流电压波形，需要有滤波的措施。

在直流电源上多是利用电抗元件对交流信号的电抗性质，将电容器或电感器与负载电阻恰当连接而构成滤波电路。

电容有通高频、阻低频的作用，将其直接并在整流电路后面，可以让高频电流通过电容流回电源，从而减少了流入负载的高频电流，降低了负载电压的高频成分，减小了脉动。

该电路其实就是在整流电路的后边加了电容，利用电容的充放电和整流后波形传播的时间差，当使波形变得较为平缓，圆滑。

滤波后的电路波形图如图4-5所示：

图4-5滤波后的电路波形图

稳压部分

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UI会随着变化。

因此，为了维持输出电压UI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。

集成稳压器的类型很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。

按输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。

（1）固定电压输出稳压器

常见的有CW78（LM78）系列三端固定式正电压输出集成稳压器；CW79（LM79）系列三端固定式负电压输出集成稳压器。

三端是指稳压电路只有输入、输出和接地三个接地端子。

型号中最后两位数字表示输出电压的稳定值，有5V、6V、9V、15V、18V和24V。

稳压器使用时，要求输入电压UI与输出电压Uo的电压差UI-Uo≥2V。

稳压器的静态电流Io=8mA。

当Uo=5~18V时，UI的最大值UImax=35V；当Uo=18~24V时，UI的最大值UImax=40V。

（2）可调式三端集成稳压器

可调式三端集成稳压器是指输出电压可以连续调节的稳压器，有输出正电压的CW317系列（LM317）三端稳压器；有输出负电压的CW337系列（LM337/LM117）三端稳压器。

在可调式三端集成稳压器中，稳压器的三个端是指输入端、输出端和调节端。

稳压器输出电压的可调范围为Uo=1.2~37V，最大输出电流Iomax=1.5A。

输入电压与输出电压差的允许范围为：

UI-Uo=3~40V。

稳压部分就是利用W78系列和W79系列的芯片即可。

需要注意的是，应在输入端和公共端之间加上一个电容，其作用是防止自激振荡的产生，提高三端集成稳压的性能，还应在输出端和公共端之间加上一个电容以减少输出纹波和低频干扰,其电路图如图4-6所示：

图4-6稳压电路图

电压经过稳压电路之后电压值和波形图如图4-7，4-8所示：

图4-7电压经过稳压电路之后的电压值

图4-8电压经过稳压电路之后的波形图

4.2总体电路

总电路工作原理

220V交流电加到变压器T的初级，经过变压器降压后，从变压器次级2*9V的交流电压，经二极管D1~D4整流后，得到脉冲直流电，在经过滤波电容滤波后变成2*10.5V左右的直流电。

将此直流电压加到三段稳压器LM7805和LM7905的输入端，从输出端就有稳定的直流电压输出。

5硬件的制作与调试

1.电源电路由于元件少，线路简单，所以应力求保证连线正确。

（1）整流桥，要分清交流输入端和直流输出，否则会引起变压器短路。

（2）三端稳压器要检查三个脚不能接错。

（3）滤波电解电容一定要分清正负极性，否则会产生爆炸。

一般是正端接高电位，负载接低电位。

2.接通电源后，首先静态几分钟，如无异常，无怪味，方可进入正常测试。

否则应断开220V电源，排除故障。

3.电路无故障，测量相应点波形，一般为变压器输出或整流桥输入交流波形及大小，整流滤波输出或稳压器输入波形及电压大小，最后输出电压大小及纹波电压大小，测量时在额载荷下进行，速度要快。

4.若要观察滤波电容变化对输出影响，可在断开电源后更换。

5.如果负载变动频繁，在各输出也可接-个10μ~100μ的电解容。

6总结

经过两个星期的实训，让我更好的将学习到的理论知识和实际应用结合起来了。

更加深刻的理解了模电方面的专业知识，认识到理论学习的重要性，当然也发现要结合实际运用的必要性。

同时通过认识实习，本人对工业设计、生产和科研都有了一个感性认识，对电子产品和系统工艺、组装和调试有了更新的认识。

我建议学校应该多多安排这样的实习，提高实验室的利用率，最好是能够让学生亲手去设计去操作去创新，让我们更多的理论联系实际，这样更能够培养我们的能力提高我们的素质。

使我们对自己所学的知识更感兴趣，从而使我们以更高的热情去学习去探究。

这次模拟电路设计我对电路设计有了更深一步的了解，尤其是集成三端稳压器，而对于保护电路的这一部分，还增长了额外的知识，保护电路不仅有限流保护还有，过压保护.过热保护等。

这次课程设计让我学到了在课堂上学不到的东西，仿真技术就是此次设计的意外收获。

经过几天的设计，我熟练掌握了这个软件的运用。

此外，我还了解到模电这门课程在电子电路中的重要性和神秘性，激起我学习的兴趣。

使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.通过整流滤波电路所获得的直流电源电压是比较稳定的，当电网电压波动或负载电流变化时，输出电压会随之改变。

电子设备一般都需要稳定的电源电压。

如果电源电压不稳定，将会引起直流放大器的零点漂移，交流噪声增大，测量仪表的测量精度降低等，因此必须进行稳压。

目前中小功率设备中广泛采用的稳压电源有并联型稳压电路、串联型稳压电路、集成稳压电路及开关型稳压电路。

当然通过自己独立自主的设计电路，自己翻阅查找各种资料，我不仅学到了关于集成流稳压电源有关的知识，更加了解了三端稳压器，而且增强了自己运用学习工具PROTEL和PSPICE的能力和实践动手能力，使自己对模拟电路充满了兴趣，增加了我对模拟电路学习的热情。

在PSPICE的时候，在自学过程中有很多不懂的问题，通过与任课老师的沟通和向同学们的虚心请教，终于完成了课程设计的要求的电路图部分和仿真部分。

在做稳压部分的仿真时，由于找不到也下不到所需要的CW317，所以整个仿真部分没有做出稳压后的仿真图，在这一点请老师原谅。

这个课程设计是继模拟电路实验考试后的第一个设计报告，应该说是严格意义上的本人第一次比较完成的设计报告，在设计的时间上由于与复习考试的时间有些冲突，在设计的时候有些地方很可能还不够完善，但是我非常高兴学校可以给我们同学们这次自己设计报告的机会，这个看似简单的设计报告却真的花了我们不少的时间和心血。

刚开始抱怨的同学们看着自己花了很大代价做出来的报告都十分激动，成功的喜悦掩盖了奋斗的汗水。

在此也十分感谢老师给我们的电话指导，希望学校可以给我们多一些的机会做些这些方面的东西。

参考文献

[1]李万臣.模拟电子线路设计、仿真、编程与实践.哈尔滨:

哈尔滨工程大学出版社.2009.09

[2]杨毅德.模拟电路.重庆:

重庆大学出版社.2009.07

[3]林红周鑫霞.模拟电路基础.北京:

清华大学出版社.2010.09

[4]谢红.模拟电子技术基础.哈尔滨:

哈尔滨工程大学出版社.2010.09

[5]康华光.电子技术基础.北京:

高等教育出版社.2010.03

附录一：

总体电路原理图

附录二：

元器件清单

附录三：

电路实物图