1、 直流穩(wěn)壓電源設計申報者信息:隊員一: 隊員二: 隊員三: 隊員四: 隊員五: 隊員六: 目錄摘要 3 1 系統(tǒng)方案分析 3 1.1 變壓器的選用 4 1.2 整流電路的選用 5 1.3 濾波電路的選用 61.4 穩(wěn)壓電路的選用 8 2 系統(tǒng)理論分析與計算 9 2.1 電源變壓器分析 9 2.2 整流電路分析 9 2.3 濾波電路分析 11 2.4 穩(wěn)壓電路分析 143 電路的設計 153.1 系統(tǒng)總體框圖 15 3.2 系統(tǒng)電路圖 16 4 測試方案與測試結果16 5 結論和心得 17 6 附錄 18 7 參考文獻 19 摘要 直流穩(wěn)壓電源一般是有電源變壓器、整流、濾波及穩(wěn)壓電路所組成。變壓

2、器把市電交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟?。整流電路把交流電變?yōu)橹绷麟姟＝洖V波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。本設計通過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓過程，將220V交流電壓為穩(wěn)定的直流電，本次設計主要使用了LM317、7805、7905等集成電路，實現輸出±5V和3.3V電壓，穩(wěn)壓電路采用集成穩(wěn)壓器。關鍵詞：變壓器、整流、濾波、穩(wěn)壓 AbstractDC regulated power supply is composed of a power transformer, rectifier, filter and regulator circuit. Transforme

3、r electric AC voltage to low voltage AC needed. Rectifier circuit put AC into dc. After filtering, voltage regulator and the unstable DC voltage into a stable DC voltage output. This design by transformer , rectifier, filter, regulator, the 220V AC voltage to DC stable, this design mainly uses the L

4、M317, 7805, 7905, integrated circuit, output of ± 5V and 3.3V voltage, voltage regulator circuit with integrated voltage regulator.1 系統(tǒng)方案分析（一）.設計要求:設計要求：輸出+-15V，+-9V,+-5V,3.3V直流電壓。（二）. 電路原理框圖一個完整的直流穩(wěn)壓電源分為變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓四個部分。其波形如圖所示1.1 變壓器的選用變壓器是一種應用電磁感應原理，將電能從一個電路傳輸到另一電路的電磁裝置，是電源的關鍵設備之一。由于此直流穩(wěn)壓源是市電

5、供電，則可選用工頻變壓器，額定電壓為220V，頻率為50HZ,由于要求的輸出電壓是-5v，因此輸入三端集成穩(wěn)壓器合適的輸入電壓為7V，又考慮到變換電路的自身壓降，故選擇變壓器的次級輸出交流電壓為9v，,可以求出變壓比為220/9，設計為25。1.2 整流電路方案選擇 整流電路的作用是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉換成單向脈動性直流電，這就是交流電的整流過程，整流電路主要由整流二極管組成。電源電路中的整流電路主要有半波整流電路、全波整流電路和橋式整流三種，倍壓整流電路用于其它交流信號的整流，例如用于發(fā)光二極管電平指示器電路中，對音頻信號進行整流。方案一：半波整流電路半波整流電路電路結構簡

6、單，使用元件少，但整流效率低，輸出電壓脈動大，它只適用于要求不高的場合。方案二：橋式整流電路橋式整流電路克服了全波整流電路要求變壓器次級有中心抽頭和二極管承受反壓大的缺點，但多用了兩只二極管。在半導體器件發(fā)展快，成本較低的今天，此缺點并不突出，因而橋式整流電路在實際中應用較為廣泛。方案三：對于倍壓整流電路，它能夠輸出比輸入交流電壓更高的直流電壓，但這種電路輸出電流的能力較差，所以具有高電壓，小電流的輸出特性。方案選定：鑒于以上分析，本設計采用方案二。1.3濾波電路方案選擇整流電路將交流電變?yōu)槊}動直流電，但其中含有大量的交流成分，為了獲得平滑的直流電，應在整流電路的后面加接濾波電路，以濾去交流成

7、分。方案一：電感濾波電路電感L起著阻止負載電流變化使之趨于平直的作用。一般電感濾波電路只適用于低電壓、大電流的場合。方案二：型LC濾波電路由于電容C對交流的容抗很小，而電感L對交流阻抗很大，因此，負載RL上的紋波電壓很小。但由于電阻要消耗功率，所以，此時電源的損耗功率較大，電源功率降低。方案三：電容濾波電路 整流電路接入濾波電容后，不僅使輸出電壓變得平滑、紋波顯著減少，同時輸出電壓的平均值也增大了。方案選定:鑒于以上分析，本設計采用方案三。1.4穩(wěn)壓電路方案選擇串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路由調整管、取樣電路、基準電壓和比較放大電路等部分組成。三端可調輸出集成穩(wěn)壓器三端可調輸出集成穩(wěn)壓器是在三端

8、固定輸出集成穩(wěn)壓器的基礎上發(fā)展起來的，集成片的輸入電流幾乎全部流入到輸出端，流到公共端的電流非常小，因此可以用少量的外部元件方便地組成精密可調的穩(wěn)壓電路，應用更為靈活。本設計采用LM317是可調節(jié)的三端正電源穩(wěn)壓器，在輸出電壓1.2V37V能夠提供1.5A的電流穩(wěn)壓器易于使用。2 系統(tǒng)理論分析與計算2.1 電源變壓器分析 過整流電路將交流變?yōu)槊}動的直流電壓。由于此脈動的直流壓含有較陡的紋波，必須通過濾波電路加以濾波，從而得到平滑的直流電壓。電源變壓器的作用是將交流220V的電壓變?yōu)樗璧碾妷褐担缓笸ㄟ^的電壓還隨電網電壓波動、負載和溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還需接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)

9、壓電路的作用是當電網電壓波動、負載何溫度變化時，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。2.2 整流電路分析 利用二極管的單向導電性，將交流電壓（電流）變成單向脈動電壓（電流）的電路，稱為整流電路。交流電分為三相交流電和單相交流電，在小功率電路中一般采用單相半波、全波、橋式整流電路和倍壓整流電路。本節(jié)主要研究單相橋式整流電路，對于倍壓整流電路及全波整流電路，可通過相應參考書來了解。 為簡化分析，假定二極管是理想器件，即當二極管承受正向電壓時，將其作為短路處理；當承受反向電壓時，將其作為開路處理。單相橋式整流電路為了保留全波整流電路效率高、脈動系數小的優(yōu)點而克服其反向電壓高的缺點，若使二極管承受的反向電壓和半波電

10、路一樣，比全波整流電路減少一半，使二極管成本下降，可在此基礎上多用幾只二極管，如圖3.1所示電路就基本解決了上述問題。 圖2.1 單相橋式整流電路1）電路組成及工作原理 橋式整流電路由四只二極管組成的一個電橋，電橋的兩組相對節(jié)點分別接變壓器二次繞組和負載。這種電路有三種畫法，如圖所示。在工作時，D1、D2與D3、D4兩兩輪流導通。在u2正半周，二極管D1和D2正向導通，而D3、D4反向截止，形成負載電流i0，i0流通路徑為：aD1RLD2ba，u0=u2；在u2的負半周，二極管D3和D4正向導通，而D1、D2反向截止，形成負載電流i0，i0流通路徑為：bD3RLD4ab， u0=u2。 由此可

11、見，不論哪兩只二極管導通，負載電流的方向都始終保持不變。電路各處電壓、電流波形如圖3.2 所示。2）輸出電流電壓U0=312V 由橋式整流電路的波形可知，其輸出電壓及流過二極管的電流與全波整流的波形相同： U0=0.9U2 U2=2.7V3.8V3）整流二極管的選擇 由橋式整流電路的波形可知，每只二極管截止時所承受的反向電壓為變壓器副邊電壓峰值，因此，各二極管所承受的最大反向電壓為 URM=U2 URM=3.8V5.37V 雖然是全波整流，由于二極管仍然是只有半個周期導通。此值與半波整流電路相同，負載上的電流是這個數值的2倍。 ID=I0/2 ID=0.6A 圖2.2 單相橋式整流電路的波形圖

12、2.3濾波電路分析 經過整流后，輸出電壓在正負方向上沒有變化，但輸出電壓波形仍然保持正弦波的形狀，起伏很大。為了能夠得到平滑的直流電壓波形，需要有濾波的措施。在直流電源上多是利用電抗元件對交流信號的電抗性質，將電容器與負載電阻恰當連接而構成濾波電路。電容有通高頻、阻低頻的作用，將其直接并在整流電路后面，可以讓高頻電流通過電容流回電源，從而減少了流入負載的高頻電流，降低了負載電壓的高頻成分，減小了脈動。下面討論電容濾波電路的工作原理，為討論問題的方便，我們以半波整流電容濾波電路為例進行分析，電路如圖3.3所示。 圖2.3 單向半波整流電容濾波電路及其波形（1）工作原理：設u2波形如圖3.3（b）

13、所示，未接電容時，輸出電壓如圖3.3（b）中的虛線所示。在u2正半周，設u2由零上升，二極管D導通，u0=u2，此時電源對電容充電，由于充電時間常數很小，電容充電很快，所以電容上升的速度完全跟得上電源電壓的上升速度，uC=u2。當u2上升到峰值時，電容充電達到1.4U2，二極管D截止，隨后u2下降，電容C向負載RL放電，放電時間常數為RLC，其值較大，所以電容電壓下降的速度比u2下降到速度慢得多，此時負載電壓靠電容C的放電電流來維持，u0=uC。當電容放電到b點時，uCu2，二極管D又導通，電容又被充電。充電至1.4U2后，又放電。如此重復進行，就得到輸出電壓的波形如圖3.3（b）中實線所示。

14、由圖可見，經電容濾波后，負載電壓變得平穩(wěn)，且平均值提高了。橋式整流電容濾波電路的原理與半波時相同，其電路和波形如圖3.4所示。 圖2.4 單相橋式整流電容濾波電路及其波形圖(2) 輸出直流電壓： 在有濾波電容的整流電路中，要對其輸出直流電壓進行準確的計算是很困難的，工程上一般按下列經驗公式進行估算。當電容的容量足夠大，滿足RLC（35）T/2（T為電網電壓的周期）時， 對于半波整流電容濾波： U0 U2 =2.7V3.8V 對于全波或橋式整流電容濾波： U01.2 U2 3.24 V 4.56V（3）濾波電容的選擇： 為了得到比較好的濾波效果，在實際工作中常根據下式選擇濾波電容的容量。 對于半

15、波整流： RLC（35）T 對于全波或橋式整流： RLC（35）T/2 由于電容值比較大，約為幾十至幾千微法，一般選用電解電容，接入電路時，注意極性不要接反，電容器的耐壓值應大于1.4U2 。（4）整流二極管的選擇： 對于半波整流濾波電路：ID=I0 ，URM=1.4U2 對于全波或橋式整流電容濾波電路：ID=I0/2 ，橋式整流URM=U2 ，全波整流URM=2.8U2 由圖3.3、圖3.4可見，加上電容濾波，流過整流管的電流變成脈沖電流，由于電源接通的瞬間，電容相當于短路，有一個很大的沖擊電流流過二極管，其瞬間值可以是正常工作時的好幾倍，故在選擇整流管最大允許的正向平均電流時，應留有充分的

16、裕量，一般選IF = （2 3）ID 。(5) 紋波的測試和連接方式：紋波就是直流電源中的交流成分，用示波器，調成交流輸入就可以看到了，但紋波一般都很小，所以示波器的量程要打到20mV左右，還要注意測量時線不能拉太長，這容易受干擾。2.4 穩(wěn)壓電路分析穩(wěn)壓電路的作用是提高輸出直流電壓Uo的帶負載能力和穩(wěn)定性，分立元件穩(wěn)壓電路和集成電路常采用串聯(lián)負反饋式。本實驗采用的集成穩(wěn)壓器進行穩(wěn)壓。(1)固定式三端穩(wěn)壓器常見產品有CW78´´、CW79´´(國產) ，LM78´´、LM79´´(美國)，78´´

17、;系列穩(wěn)壓器輸出固定的正電壓，如7805的輸出為+5V，79´´系列穩(wěn)壓器輸出固定為負電壓，如7905輸出為5V，其封裝為三個管腳單列直插式（輸入、輸出、公共端），不需要外接元件，使用起來十分方便。它們的引腳功能及構成的典型電路如圖所示。其中輸入端接電容Ci可以進一步濾除紋波，輸出端接電容Co能消除自激振蕩，確保電路穩(wěn)定工作。Ci、Co最好采用漏電流小的鉭電容，如果采用電解電容，電容量要比圖中數值增加10倍。（2）可調式三端穩(wěn)壓器可調式三端穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調的直流電壓，常見產品有CW317、CW337（國產），LM317、LM337（美國）。317系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調的正

18、電壓，337系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調的負電壓，可調范圍為1.237v,最大輸出電流Iomax為1.5A。穩(wěn)壓器內部含有過熱、過流保護電路，具有安全可靠、使用方便、性能優(yōu)良等特點。CW317與CW337系列引腳功能相同，圖是它們構成的典型穩(wěn)壓電路。其中R1與RP1組成電壓輸出調節(jié)電路，輸出電壓Uo的表達式為 式中：R1120240W，流經R1的泄放電流為510mA，RP1為精密可調電位器，電容C2與RP1并聯(lián)組成濾波電路，減小輸出的紋波電壓，二極管VD1的作用是防止輸出端對地短路時，C2上的電壓損壞穩(wěn)壓器，二極管VD2的作用與VD1相同，當RP1上電壓低于7v時可省略VD2，317是依靠外接電阻給

19、定輸出電壓的，所以，R1應緊接在穩(wěn)壓輸出端和調整端之間，否則輸出端電流大時，將產生附加壓降，影響輸出精度。3 電路的設計經上述的分析，決定該系統(tǒng)采用的最終方案如下：（1） 變壓器：用12V*2變壓器分別輸出±12V（2） 整流電路：用全波橋式整流電路整流（3） 濾波電路：用有極性電容和無極性電容、電阻并聯(lián)濾波（4） 穩(wěn)壓電路：用7805和7905、LM317穩(wěn)壓器穩(wěn)壓3.1 系統(tǒng)總體框圖3.2 系統(tǒng)電路圖4 測試方案與測試結果7805兩端電壓測試結果測試值1測試值2測試值3測試值4平均值（v）5.05.05.05.05.07905兩端電壓測試結果測試值1測試值2測試值3測試值4平均值（v）-5.14-5.15-5.14-5.14-5.14LM317兩端電壓測試結果測試值1測試值2測試值3測試值4平均值（v）3.403.413.413.403.405