集成直流稳压电源的设计

1. 实验设计题目

集成直流稳压电源的设计

2. 实验目的

（1）掌握集成稳压电源的实验方法。

（2）掌握用变压器、整流二极管、滤波电容和集成稳压器来设计直流稳压电源。 （3）掌握直流稳压电源的主要性能参数及测试方法。 （4）进一步培养工艺素质和提高基本技能。

3. 设计要求

（1）设计一个双路直流稳压电源。

（2）输出电压Vo=±12V，+5V最大输出电流Iomax=0.5A,1A （3）输出纹波电压ΔVop-p≤5mV, 稳压系数Sv≤5×10-3。

4. 总电路框图及总原理图

变压器输出波形 整流电路输出波形 滤波电路输出波形 稳压电路输出波形

直流稳压电源电路的原理框图和波形变换

4. 设计思想及基本原理分析。

直流稳压电源由交流变压器电路,整流电路,滤波电路,集成稳压电路四部分组成

变压是利用电源变压器将电网220V的交流电压U1变换成整流滤波电路所需要的交流电压U2。当用1 1的变比来变压时，通常称为信号隔离。

整流是利用二极管的单向导电作用，构成单相半波、全波、桥式或倍压整流电路，或利用其它半导体器件，如SCR可控硅等，将双向的交流电压U2变成单向脉动直流电压。

滤波是利用电容、电感等储能元件的平波作用构成滤波电路滤除纹波，输出较平滑的直流电压U1。 稳压电路的作用是提高输出直流电压Uo的带负载能力和稳定性，分立元件稳压电路和集成电路常采用串联负反馈

5. 单元电路分析，元件介绍和元件参数计算。 5.(1).元件介绍 1).1 集成稳压器

1).2 固定式三端稳压器

常见产品有：CW78XX，CW79XX，LM78XX，LM79XX。

78XX系列稳压器输出固定的正电压，如7805输出为+5V，79XX系列稳压器输出固定的负电压，如7905输出为-5V。

它们的引脚及构成的典型稳压电路如图2.1所示，其中输入端接电容Ci可以进一步滤除纹波，输出端接电容Co能消除自激振荡，确保电路稳定工作。Ci，Co最好采用漏电流小的钽电容。

图2.1 固定式三端稳压器电路示例图

1).3 滤波电路 C滤波器

优点：电路简单，负载直流电压较高，纹波也较小，适用于小电流。 缺点：输出特性较差，适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。

图2.5 C型滤波电路

电感电容滤波电路（LC滤波器）

优点：电压经电感滤波后，又经电容滤波，会使负载电阻上得到一个更平滑的直流电压。 缺点：适用于电流较大，要求输出电压脉动较小的场合，适合于高频电路。

图2.6 LC滤波电路

LC组成的∏型滤波电路

优点：滤波效果比LC滤波器更好。

缺点：电感线圈的体积大而笨重，成本高；对整流二极管冲击电流较大。

图2.7 LC组成的∏型滤波电路

∏型RC滤波电路

优点：电阻对于交直流电流都具有同样的降压作用，更好的实现了滤波作用。

缺点：R越大，C越大，滤波效果越好，但R太大会使直流压降增加，故只使用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很小的场合。

图2.8 RC组成的∏型滤波电路

1)4 整流电路

半波整流电路

在RL两端得到的电压是单方向的，整流输出的波形只有输入波形的一半。常用在高电压、小电流的场合。

图2.9.1半波整流电路 图2.9.2半波整流电路波形图

全波整流电路

在RL上得到的正、负半周都有整流输出的波形，其整流输出电压平均值为半波整流的两倍，每个二极管承受的最高反向电压是输入电压最大值的22倍。

图2.10.1全波整流电路 图2.10.2 全波整流电路波形图

桥式整流电路

其输出电压波形与全波整流的输出电压波形是相同的。每个二极管承受的最高反向电压是输入电压最大值的2倍。

图2.10.1桥式整流电路 图2.10.2桥式整流电路波形图

1)5自耦变压器

自耦变压器：电源变压器的作用是将电网200V的交流电压V1变换成整流滤波电路所需要的交流电压V2。变压器副边与原边的功率比为

P1

 （1.1） P2

式中，η为变压器的效率。一般小型变压器的效率如下表所示。

表2.1 小型变压器的效率

根据变压器副边输出的功率P2来选取变压器。由整流管的要求得变压器副边的输出电压V2与稳压器输入电压Vi的关系。V2的值不能取大，V2越大，稳压器的压差越大，功耗也就越大。一般取V2≥

Vimin

，I2>I0MAX。 1.1

5.(2)各部分电路及电路间参数关系 2).1 集成稳压器

集成稳压器的输出电压Uo应与稳压电源要求的输出电压的大小及范围相通。稳压器的最大允许电流Icm

Uomax+（Ui-Uo）min≤Ui≤Uomin+（Ui-Uo）max （1.1） 式中，Uomax—最大输出电压；

Uomin—最小输出电压；

（Ui-Uo）min—稳压器的最小输入输出压差 （Ui-Uo）max—稳压器的最大输入输出压差。

可调式三端集成稳压器输出电压Uo满足：

Uo=1.25（1+

Rp

） （1.2） R1

2).2 电源变压器

通常根据变压器副边输出的功率P2来选购变压器。由Vi=1.1-1.2V2可得到变压器副边的输出电压U2与稳压器输入电压Ui的关系为

UiminUimax

，在此范围内，U2越大，稳压器的压U2

1.1~1.21.1~1.2

差越大，功耗也就越大，一般取副边电压：

U2

Uimin

（1.3） 1.1

副边输出电流：

I2>Iomax 2).3 整流二极管

整流二极管VD2的反向击穿电压Urm应满足：

Um>2U2 其额定工作电流应满足：

If>Iomax 2).4 滤波电容

滤波电容C的容量可由下式计算： C=

Ict

Ui 其中，△Ui—稳压器输入端纹波电压的峰峰值 t—电容C放电时间，t=

T

2

=0.01s Ic—电容C放电电流，可取Ic=Iomax 滤波电容的耐压值应大于2U2。

2).5 稳压系数Sv

电路稳压系数Sv满足下式：

Uo

Sv=Ui Ui

（1.4）

1.5） （1.6）

（1.7） （1.8）

（

2).6 方案设计与选择 方案一

交流电输入 → 自耦变压器 → 半波整流 → RC组成的∏型滤波 → 直流稳压输出 方案二

交流电输入 → 自耦变压器 → 桥式整流 → C型滤波 → 直流稳压输出 方案三

交流电输入 → 自耦变压器 → 全波整流 → LC滤波 →直流稳压输出 方案四

交流电输入 → 自耦变压器 → 桥式整流 → LC组成的∏型滤波 →直流稳压输出 方案选择结论

由电路原理可知，桥式整流，C型滤波最为适合该电路所需，故选择方案二。

5.（2）元件参数计算

性能指标要求：Uo=±12V，Iomax=100mA，△Uo=5mV，Sv=5×10。 集成稳压器选择：CW78L12，CW79L12。 电源变压器选择： 由式（1.1）可得

11.4V+3V≤Ui1≤12.6+3V 即为14.4V≤Ui1≤15.6V

由式（1.3）可得

变压器的副边电压U2≥

3

Uimin

=13.6V 1.1

又∵Iomax=0.1A，设I2=0.2A

∴变压器的副边输出功率P2≥I2U2=2.72W

选择功率为20W的变压器，副边电压为13.6V，输出电流为0.2A。 整流二极管选择：

由式（1.5）可得Um=2U2=13.6×2=19.23V 选择1N4001为整流二极管。 滤波电容选择：

∵Uo=12V，Ui=15V，△Uo=5mV，Sv=5×5×10

由式（1.8）可得

3

Ui

UoUi

=1.25V

UoSv

IctIomaxt

==800uF

UiUi

由式（1.7）可得

滤波电容C=

又∵电容C的耐压应大于2 U2=19.23V 选择两只1000uF∕25V电容为C1,C2。

6. 测试结果分析，调试过程中所遇故障的分析。

1.元件布局，开始时候元件布局过于紧凑，电源引线焊点和电容焊点焊在一起了 解决方案：利用导线，将电源引线焊点移到电路板的边缘部分，使之分开。

2.滤波电容根据课本提示，采用了1000uF的电解电容，在实验中发现，输出电压的波纹电压很大有600mv，根据黄亮老师的建议，又并联了俩个1000uF电容，经测试纹波电压下降了许多为120mv。 3.

7. 设计过程的体会与创新点，建议。

初开始，感觉无从下手。把整个电路设计分为四个模块（变压、整流、滤波、稳压）后，思路一下子清晰起来。各个模块逐个解决，再参照实验指导书的思路，实验有了初步的方案，再根据调试结果，并联了滤波电容，最后终于搞定了。

这次课程设计我有以下四个收获： 首先，我对课本上的知识与理论有了进一步了解。虽然本次设计中所使用的电路原理较为简易，但是设计参数要求以及保护电路等细节方面是我们在学习模电课程的时候几乎没有接触过的。为此，我们查阅了不少书籍与文献，在了解不同的要求下所需的不同电路元器件组合的过程中，也更好的理解了集成稳压电源电路的知识。

其次，我在这一过程中逐步掌握与运用模拟电路所要求的工程思想。在计算参数的过程中，有很多的公式与计算方式是大体估计的方法，无需过于精确，最终计算出的结果还需要根据实际购买元件时价格，售卖的元器件规格等进行调整。比如计算出所需的1600uF/25V电容就因为元器件商店没有此规格电容而修改为2200uF/25V。另外，所设计电路的实际可行性、经济效益等也是在这次课程设计过程中必须要考虑到的问题。

再次，我了解到了“理论的目的最终归于实践”这一哲理。学习的知识不能仅仅停留在课本上，鉴于所学专业发展的速度以及知识更新的快速，多动手自己实践书本上的知识，对将来的发展有较大的帮助。

最后，我学会了如何独立思考问题以及更好的团队合作。课程设计对我们的要求是既需要独立思考理解理论知识又要合理凝合团队分工合作。在本次课设中，我们小组每个人各司其职,互相配合，非常好的完成了任务。

8.

9. 附仿真报告。

将LM7812CT换为LM7812KC后，输出电压由120.58变为12.005，效果很好，但LM7912系列只有LM7912CT，输出电压为-12.609，略大于理想值。

10. 参考文献。

[1] 陈大钦.电子技术基础实验.高等教育出版社，2000

[2] 路勇.电子电路实验及仿真.北京交通大学出版社 清华大学出版社，2004

[3] 高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.电子工业出版社，2005

[4] 毕满清.电子技术实验与课程设计.机械工业出版社，2001