直流稳压电源论文

中国矿业大学徐海学院

电子技术选修课

姓名：赵存博学号：22111553 专业：自动化

题目：直流稳压电源的制作与调试

设计地点：电工电子实验室

设计日期：2013年5月

成绩：指导教师：

年月

电子技术选修课任务书

学生姓名赵存博专业年级自动化11-1学号22111553

设计日期：2013 年5 月 5 日至2013 年5 月25 日

设计题目：直流稳压电源的制作与调试

设计内容和要求：

1. 设计内容

?输入交流电(220V/50Hz)；

?输出4路直流电(+5V、+12V、-12V 及+1.25V~+14V可调）。

?各路直流输出电流≥0.5A

?纹波电压＜50mV

?具有输出电压指示（发光二极管）

2. 设计要求

?用Multisim仿真整体电路原理图；

?用Altium designer设计整体电路图；

?用Altium designer设计PCB板图

指导教师签字：年月日

摘要：在各类的关于电子的实验中电源是必不可少的。因此设计一款可调输出

的电源，不但能满足不同实验所需的电压值，而且可满足同一试验中需要不同的电压值来测量的要求。

本文设计了一种可调直流稳压电源。该电源的功能有硬件构成。主要有：变压器，整流电路、滤波电路、稳压电路、稳压电路、保护电路和输出电压调节器等；市电220V经过变压器变压送入整流电路中，整流电路将交流电压变成脉动直流电流；滤波电路将脉动的直流电压的纹波加以滤除，从而得到平滑的直流电压；稳压电路将持续输出直流电压稳定。

这个电路是在考虑所有最佳电路的基础上来实现的。

关键词直流稳压电源整流滤波稳压仿真

目录

第一章绪论 (5)

1.1电子技术的发展趋势 (5)

1.1.1概括发展历史 (5)

1. 1. 2 现代电子技术的应用领域 (5)

1.2本人的主要工作 (6)

第二章直流稳压电源整体设计 (6)

2.1 整流电路 (7)

2.1.1半波整流电路 (8)

2.1.2单向全波整流电路 (11)

2.1.3单向桥式整流电路 (13)

2.2 滤波电路 (17)

2.3 稳压电路 (20)

2.3.1常用稳压电路： (20)

2.3.2稳压电源质量指标： (20)

2.3.3三端集成稳压器 (21)

第三章选择元器件 (22)

3.1变压器选择 (22)

3.2 整流电路选择 (22)

3.3 滤波电路选择 (23)

3.4 稳压电路选择 (23)

第四章电路仿真 (23)

4.1 Multisim 基础 (23)

4.2直流稳压电源分成四部分仿真 (24)

4.2.1 变压器仿真 (24)

4.2.2整流电路仿真 (26)

4.2.3滤波电路仿真 (29)

4.2.4稳压电路仿真 (32)

第五章电路板设计 (35)

5.1原理图的绘制 (35)

5.2建立元器件封装库 (35)

第六章电路的安装与调试 (36)

第七章电路参数的确定的 (37)

参考文献： (38)

第八章实验小结 (38)

附录 (40)

第一章绪论

1.1电子技术的发展趋势

1.1.1概括发展历史

现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。

1. 1. 2 现代电子技术的应用领域

高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日"能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的外围设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。

变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器, 将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。

电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。

分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。

分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。

在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。

1.2本人的主要工作

1.拟定电路方案

选定变压，整流，滤波，稳压等部分电路；

输入交流电(220V/50Hz)；

输出4路直流电(+5V、 +12V、 -12V 及+1.25V～+14V可调）。

各路直流输出电流≥0.5A

纹波电压＜50mV

符合各项要求。

2.计算各部分电路元件的参数，选好元件。

3.运用仿真软件对设计的电路进行仿真。

4.对电路进行相关调试

第二章直流稳压电源整体设计

在电子电路中，大部分都需要直流稳压电源供电。小功率直流稳压电路一般有以下几部分构成：

其中：

（1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V 交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。 （2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz 的正弦交流电变换成脉动的直流电。

（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。

（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。

2.1 整流电路

任务：交流电压转变为单向脉动的电压。 整流电路的技术衡量：

1.输出电压平均值VO （AV ）---反映整流电路将交流电压 转换为直流电压的能力。

2.脉动系数S---反映整流输出电压中交流成分的大小， 用来衡量整流电路输出平滑程度。

S= VOr / VO （AV)

2.1.1半波整流电路

单向半波整流电路是最简单的整流电路，下图是是它的电路图：

u 2 >0 时:

b

u o

u U

2U

2

二极管导通，忽略二极管正向压降，uo=u2

u2<0时:

二极管截止, uo=0

为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。

单相半波整流电压波形 :

u

ωt

u

输出电压平均值（Uo ）、输出电流平均值（Io ) :

u o

u D i o

( ) ? =

π ω π 2

2

1

t d u U o

o = ( ) ?

π

ω π

2 1

t d sin ω t

2

2 U = π

2

2

45 . 0 2 U U =

Io= Uo /RL =0.45 U2 / RL

二极管上的平均电流及承受的最高反向电压：

二极管上的平均电流：I D =I O 承受的最高反向电压: U DRM =U 2

2.1.2 单向全波整流电路

单向全波整流电路工作原理：

u

变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压u2

当u2正半周时： D1导通，

D2截止。

当u2负半周时： D2导通，

D1截止。

单向全波整流电压波型：

u

t u

u

输出电压平均值（Uo ）,输出电流平均值（Io )：

二极管上的平均电流及承受的最高反向电压：

I D =1/2I 0 U DRM =2√2U 2

2.1.3单向桥式整流电路

电路组成：有四个二极管组成桥路

D 2

( ) ? = π ω π

0 1 t d u U o o =

( ) ? π

ω π

1

t d sin ω t 2 2 U = π

2

2 9 . 0 2 U U = 2 I o = U o /R L =0.9 U 2 / R L

单向桥式整流电路工作原理（正半周）：

电路结构：

工作波形：

R L

u o

R L a b u U

2

工作原理：u 正半周，V a >V b ，二极管 D1、 D3 导通， D2、 D4 截止 。

单相桥式整流电路工作原理（负半周）： 电路结构：

电路波形：

R L a b U

2u t

U

2

工作原理：u 正半周，V a >V b ，二极管 D1、 D3 导通， D2、 D4 截止；

u 负半周，Va

指标计算：

脉动系数：

平均整流电路：

最大反向电压：

※单相整流电路及其主要性能指标对比：

t d t V V V ωωπ??==?

sin 212π

L

O(AV)222V π

=2

9.0V ≈L L L R V I =L 29.0R V =483

.0L

2

L

22=-=V V V S D3D1I I =D4D2I I ==L 2

L 45.021R V I ==2RM 2V V =

经过对比三种整流电路的性能，全波整流电路更加优秀。更适合本次的设计。

2.2 滤波电路

滤波原理：利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性（电抗元件的储能作用）, 滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。

2.2.1电容滤波电路分析

以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。

RL未接入：

L

u o

接入RL 时：

u2

u2 > uC 时： 二极管D1、D3导通， 一方面向RL 提供电流，另一方面向c 充电。

2.2.2电容滤波电路的特点：

①、输出电压 Uo 与放电时间常数 RLC 有关。

RLC 愈大→ 电容器放电愈慢 → 纹波减小→V o 愈大 一般取

2

)53(T

C R τL d -≥=(T :电源电压的周期)

②、流过二极管瞬时电流很大。

RLC 越大 → Uo 越高

→负载电流的平均值越大 ; 整流管导电时间越短 → iD 的峰值电流越大

故一般选管时，取

2.3 稳压电路 2.

3.1常用稳压电路：

稳压管稳压电路；线性稳压电路；开关型稳压电路。本次设计主要考虑线性稳压电路。

晶体管串联型稳压电源原理图

2.3.2稳压电源质量指标：

输出电压：

L

o

L DF R U ~I ~I 21)

32(2)32(==

)

, , (O I O T I V f V =