直流稳压电源的设计

模拟电子技术课程设计

题目 直流稳压电源的设计

姓 名： XXX

所在学院： 计算机与电气自动化学院

所学专业： 电气工程及其自动化

班 级: 电气工程XXXX

学 号: XXX

指导教师： XXX

完成时间： XXX

目录

一 前言 ................................................................................................................... 2 二 设计任务 ........................................................................................................... 3 三 设计思路 ........................................................................................................... 3 四 方案选择 ........................................................................................................... 4 4.1 整流电路的选择 . ........................................................................................ 4 4.2 滤波电路的选择 . ........................................................................................ 8 4.3 稳压电路的选择 . ...................................................................................... 11 4.4 稳压电源电路原理图 . .............................................. 错误！未定义书签。 4.5 三端集成稳压器电压拓展 . ...................................................................... 14 4.6三端集成器的电流拓展 . ........................................................................... 15 五 原理图及元件选择 ......................................................................................... 15 5.1 稳压电源原理图........................................................................................15 5.2 稳压电源元件选择....................................................................................16 六 设计体会 ......................................................................................................... 17 七 参考文献 ......................................................................................................... 17

一. 前言

随着科技的飞速发展，越来越多的电子产品出现在了我们的生活中，而这些电子设备的电源使用也成了我们的问题，大部分电子产品都需要一个稳定的直流电源，而日常生活中使用的220V 交流电不能满足这个要求，于是便产生了一种直流稳压电源，他可以把我们使用的220V 交流电压转换成低压稳定的直流电源，使之变成平滑稳定的直流电压供我们使用。

二 设计任务

1. 设计直流稳压电源 2. 性能指标

① 输出直流电压 6V ② 最大输出电流Icm=1A；

③ 稳压系数Sr ≤0.05； ④ 具有过流保护功能。

3综合运用模拟电子技术课程中所学的知识完成课程设计。 4通过查阅手册和资料，提高独立分析和解决问题的能力。

三 设计思路

在我们日长生活中，正常的220V 交流电压有时不适合我们的电子产品的需求，因此便设想是否能够设计一种直流稳压电源来供我们使用。我们现在是220V 的电压，现在我们想获得一个输出为6V 的直流稳压电源，我设想可以先将高的交流电压转换成较低的交流电压，以便我们下一步的操作。我

们可以通过变压器将220V 的电压转换成较低的电压，得到一个交流低压后，而我们需要的是一个直流电，我想下一步就可以进行整流了，我们可以通过整流电路把交流电转换成直流电，但是输出的直流电脉动系数太大，为了减小电压的脉动，我们可以通过滤波电路把输出电压变得相对平滑，然后我们的得到了输出平滑的直流电，但是它还是会随着电网电压的变化而变化，我想我们最后一步就应该进行稳压了，最后时我们使用稳压电路，使输出的直流电压不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得足够高的稳定性。 如图3.1

图3.1

四 方案选择

4.1 整流电路的选择

a 半波整流电路

（如图4.1）

图4.1

①工作原理:设变压器副边电压的有效值为U 2。则其瞬时值u 2=2U 2sin ωt 在u 2的正半周，A 点为正，B 点为负，二极管导通，电流从A 流出，经过二极管D 和负载电阻R L 流入B 点，u 0=u 2=2U 2sin ωt (ωt =0~π)。在u 2的负半周，B 点为正，A 点为负，二极管外加反向电压，因而处于截止状态，u 0=0(π~2π) 。负载电阻R L 电阻的电压和电流都具有单一方向脉动的波形图 （如

特性。 图4.2）

I 0(AV ) ≈

0. 45U

R L

2

②主要参数

U 0(AV ) =

4.2 2U 2

π

≈0. 45U 2

S ≈

1. 57

③半波整流电路优缺点

半波整流电路有结构简单，使用的元件少等优点，但是输出波形脉动大，直流成分低；变压器有半个周期不导电，利用率低；变压器电流含有直流成分，容易饱和，输出电流小。

b 全波整流电路（如图4.3）

图 4.3

① 工作原理

全波整流是一种对交流整流的电路，在半个周期内，电流经过一个整流器件，而在第二个周期内，电流经过第二个整流器件，并且两个整理器件的连接能使流经他们的电流以同一方向流过负载。

波形图 （如图4.4）

图4.4

②全波整流电路的优缺点:

使用的整流器件较半波整流时多一倍；整流电压脉动较小，无滤波电路时输出电压

U 0=0.9v；变压器的利用率比半波整流时高，变压器一次绕轴需要中心轴头；整流器件所承受的反向电压较高。

c 桥式整流电路（如图4.5）

图4.5

①工作原理

U 2正半周，U a >U b ，二极管D 1, D 3导通，D 2，D 4截止； U 2负半周，U a

图4.6 ②主要参数

③ 桥式整流电路的优缺点

变压器利用效率较全波整流电路高； 使用的整流器件较全波整流是多一倍

通过上述优缺点的比较，在选择整流电路时我选桥式整流电路。

4.2 滤波电路的选择

a 电容滤波电路 （如图 4.7）

图 4.7

①工作原理 在U2的正半周，当D1、D2导通时，除了有一个电流i0流向负载外同时还有一个电流ic 流向电容充电，电容电压Uc 的极性为上正下负，如果忽略二极管内的电阻，则在二极管导通时Uc=U0=U2，当U2达到最大值时开始下降，此时电容上的电压UC 也将由于放电开始下降，当Uc=U2时二极管D1、D2倍反向偏执，因而不导电，于是Uc 以一定得规律下降，R L C ≥（3~5）T/2 U 0(AV ) ≈1.2U 2 波形图 （如图 4.8）

图4.8

② 电容滤波电路的优缺点：

电容滤波的结构简单因而常被采用；电容滤波适用于小电流负载，它的外特性比较软，采用时二极管中将流过较大的冲击电流。

a 电感滤波电路 （如图4.9）

图4.9 ①工作原理

在桥式整流电路中，当u2正半周时，D1、D3导电，电感中的电流将滞后u2不到90°。当u2超过90°后开始下降，电感上的反电势有助于D1、D3继续导电。当u2处于负半周时，D2、D4导电，变压器副边电压全部加到D1、D3两端，致使D1、D3反偏而截止，

此时，电感中的电流将经由D2、D4提供。 波形图（如图4.10）

图4.10

②优缺点：比较笨重，通常用于大功率电源中；电路外特性较硬；电流波形较平滑，能避免整理管中传声较多的冲击电流。

c 复式滤波电路

①LC 滤波电路 （如图4.11）

工作原理：在电感滤波电路的基础上，在RL 上并联一个电容，即可组成LC 滤波电路，如图4.11所示。在LC 滤波电路中，交流分量jwL 和RL//1/jwL之间分压，所以输出电压脉动成分比仅用电感滤波时小。

图4.11

优缺点：在负载电流较大或较小时均有良好的滤波作用，对负载的适应性比较强。 ②LC-Ⅱ型滤波电路 （如图4.12)

输出电压经过电容C1，滤除了交流成分后，在经过电感滤波，电容C2上的交流成分减少。 优缺点：比仅有LC 滤波时更小，波形更加平滑。又由于在输入端接了电容，因而输入直流电压提高了。但是，滤波电路外特性较软。压降将下降更多一些。

图 4.12

③RC-Ⅱ型滤波电路 （如图4.13）

图4.13

工作原理：电阻对交流和直流成分均产生压降，所以会使输出电压下降，电容C1滤波后的输出电压绝大部分降在电阻RL 上，RL 越大，C2越大，滤波效果越好，如图4.13所示。 优缺点：适用于小电流，外特性较其他更软，整流管的冲击电流大。

经过优缺点及参数比较，我选择电容滤波电路

4.3 稳压电路的选择

⑴并联直流稳压电路 （如图4.14）

图4.14

①工作原理：负载电阻R L 与调整管T 相并联。当输入电压u i 升高时，通过稳压管注入调整管基极的电流I b 增大，I c 和u ≈I c R 1也随之增加，输出电压u 0仍然稳定不变。 这种稳压电路用于作调整管的晶体管 T兼有放大作用，稳压性能有所提高，线路也不复杂，但性能仍不理想，实际上应用较少。上述过程可简单描述如下： 电网电压↑→U I ↑→U O ↑→I DZ ↑→I R ↑→U R ↑→U O ↓

当电网电压下降时，各电量的变化与上述过程相反。

②优缺点：结构简单，使用元件少。但是稳压值取决于稳压管的稳定电压，不能调节。 ③主要参数：内阻R 0=rZ //R 稳压系数Sr ≈rz/R×U 1/U0

⑵串联直流稳压电路 （如图4.15）

①分立元件

工作原理：在输入直流电压与负载之间串联一个调整三极管，当U1或RL 波动引起输出电压U0变化时，U0的变化将反应到三极管的输入电压UBE ，于是UCE 也改变，从而保持输入电压基本稳定。

图 4.15

优点：输出电压在一定范围内可以调整。 缺点：所用元器件比较多，比较复杂。

②集成元件

三端集成稳压器大多采用串联稳压方式。从图4.16所示方框图中可以看出，它由启动电路、基准电路、误差放大器、调整管、取样电阻及保护电路等组成。它与分立元件的串联调整稳压器电路工作原理完全相同如图4.17。

内部结构：

1 调整管 在W7800系列中三端集成稳压器稳压电路中，调整管为由两个三极管组成的复合管。这种结构要求放大电路用较小的电流即可驱动调整管发射极回路中较大的输出电流，而且提高了调整管的输入电阻。

2 放大电路 在W7800系列三端集成稳压器，放大管也是复合管，电路组态为公射极接发，并采用有源负载，可以获得较高的电压放大倍数。

3 基准电源 串联型直流稳压电路的输出电压U 0与基准电压U Z 成正比，因此，基准电压的稳压性将直接影响稳压电路输出电压的稳定性。在W7800系列三端集成稳压器中，采用一种能带间隙式基准电源，这种基准电源具有低噪音、低温漂的特点，在单片式大电流集成稳压器中被广泛应用。

4 采样电路 在W7800系列三端集成稳压器中，采样电路由两个分压电阻组成，它对输出电压进行采样，并送到放大电路的输入端。

5 启动电路 启动电路的作用是在刚接通直流输入电压时，是调整管、放大电路和基准电源等部分建立起各自的工作电流。当稳压电路正常工作后，启动电路被断开，以免影响稳压电路的性能。

6 保护电路 在W7800系列三端集成稳压器中，芯片内部集成了三种保护电路，它们是限

流保护、过热保护和过压保护。

图4.16

图4.17

优缺点：体积小，可靠性高，温度特性好，灵活方便，价格低廉。

经过上述的比较，选择串联三端集成稳压器。

这时候通过上述电路的选择，我们就可以得到一个直流稳压电源 (如图 4.18）

图4.18

4.5 三端集成稳压器电压拓展

⑴利用稳压管提高输出电压 （如图4.19）

图

4.19

①工作原理及特点：

如图4.19所示，电路的输出电压为U0=U´0+Uz，电路中输出端的二极管VD 是保护二极管。正常工作时，VD 处于截止状态，一旦输出电压低于U z 或输出端短路，二极管VD 将导通，于是输出电流被旁路，从而保护集成稳压器的输出级免受损坏 优点：能保护集成稳压器的输出极避免损坏。缺点：电压调节不够灵敏。

⑵利用电阻提高输出电压 （如图 4.20）

图4.20 ①工作原理及特点：

图4.20是电路利用电阻提高输出电压。假设流过电阻R 1、R 2的电流比三端集成稳压器的静态电流I 大的多，则可认为U ´0≈R 1/R1+R2×U 0。此种输出电压的电路比较简单，单稳压性能有所下降。

根据上述优缺点，我们选择利用电阻提高输出电压。

4.6三端集成器的电流拓展 （如图4.21）

图4.21

三端集成稳压器的电流有一定的限制，如果希望在此基础上进一步扩大输出电流则可以通过外界大功率三极管的方法实现。如图4.21所示。负载所需的大电流有大功率管VT 所提供，而三极管的发射极电压UBE ，使电路的输出电压U0基本上等于三端集成稳压器的输出电压U ˊ0。由图可得：U 0=U´0-U BE +UD ≈U ´0

调节电阻R 的组织可以改变流过二极管的电流，使二极管两端的电压U D ≈U BE 。接入二极管也补偿了温度对三极管U BE 的影响，使输出电压比较稳定。

五 原理图及元件选择

5.1 稳压电源原理图 图5.1

图5.1

5.2 元件清单

六 设计体会

通过本次设计, 我用自己所学的专业知识结合同学意见完成了电路的设计过程，并且达到满意的效果。更深入的了解了模拟电路、数字电路等课程学到的知识，进一步了解了电子版电子技术设计的方法，更能熟练的应用WPS 文 字 版 等 软件弥补很多以前没注意到的地方，通过本次学习收获不少；进一步提高了硬件软件结合的产品设计与开发力。

稳压电源的分类方法繁多，按输出电源的类型分有直流稳压电源和交流稳压电源；按稳压电路与负载直流稳压电源的连接方式分有串联稳压电源和并联稳压电源；按调整管的工作状态分有线性稳压电源和开关稳压电源；按电路类型分有简单稳压电源和反馈型稳压电源等等。在学习方面，通过查阅书籍，网上资料等方法了解了相关的电路知识并巩固了所学的电子知识。在实物制作过程中，通过对元件的选购了解了一些相关LM317的性能原理、电容在电路中的作用等等。制作过程涉及到电焊、组装，进而强化了动手能力。

对于在此设计中遇到的问题努力克服，跟同学讨论，跟老师请教解决了那些困难的问题，并且加强了我们对设计的兴趣。在这中我们认识到做什么都要有一个严谨的态度和不畏艰难的心态才可能成功。只有在了解了自己的长短之后，我们会更加珍惜拥有的，更加努力的去完善它，增进它。只有不断的测试自己，挑战自己，才能拥有更多的成功和快乐，享受过程。

七 参考文献

1. 《模拟电子技术基础简明教程》 杨素行 清华大学电子学教研组 高等教育出版社

2. 《电子技术及其应用》杨素行 基础高等教育出版

3. 《模拟电子技术基础习题解答》 华成英高等教育出版社 4. 《实用电子系统设计基础》姜维 北京理工大学出版社 5. 《电子元器件应用实战》 胡斌 电子工业出版社