直流稳压电源课程设计电子技术课程设计.doc

1、直流稳压电源课程设计任务书一：设计任务及要求：1. 设计任务设计一集成直流稳压电源，满足：（1）当输入电压在220V交流时，输出直流电压为6V。（2）输出纹波电压小于5mv，稳压系数=0.01；（3）具有短路保护功能。(4) 最大输出电流为:Imax1.0A;2.通过集成直流稳压电源的设计，要求学会：（1）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。（2）掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测试方法。3设计要求（1） 电源变压器只做选择性设计；（2） 合理选择集成稳压器；（3） 完成全电路理论设计、绘制电路图；（4）撰写设计报告。 目录一.设计任务及要求：二.基本原理与分

2、析三.三端集成稳压器四.稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求五.集成电路选用时应注意的问题六.参数性能指标及测试方法七.心得体会八.参考文献附：部分二、原理与分析1直流稳压电源的基本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，基本框图如下。各部分的作用： （1）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。变压器副边与原边的功率比为P2/ P1=，式中是变压器的效率。（2）整流滤波电路：整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波

3、等。 各滤波电容C满足RL-C（35）T/2，或中T为输入交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。 （3）三端集成稳压器：常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。常用可调式正压集成稳压器有CW317（LM317）系列，它们的输出电压从1.25V37伏可调，最简的电路外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内有过渡、过热和安全工作区保护，最大输出电流为1.5A。其典型电路如图2，其中电阻R1与电位器R2组成输出电压调节器，输出电压Uo的表达式为：Uo1.25（1R2/R1）式中R1一般取120240欧姆，输出端与调整端的压差为稳压器的基准电压（典型值为1.25V）。 2

4、稳压电流的性能指标及测试方法 稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数（或电压调整率）、输出电阻（或电流调整率）、纹波电压（纹波系数）及温度系数。测试电路如图3。 图3 稳压电源性能指标测试电路（1） 纹波电压：叠加在输出电压上的交流电压分量。用示波器观测其峰峰值一般为毫伏量级。也可用交流毫伏表测量其有效值，但因纹波不是正弦波，所以有一定的误差。（2）稳压系数：在负载电流、环境温度不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化，即：（3） 电压调整率：输入电压相对

5、变化为10%时的输出电压相对变化量，稳压系数和电压调整率均说明输入电压变化对输出电压的影响，因此只需测试其中之一即可。（4） 输出电阻及电流调整率输出电阻与放大器的输出电阻相同，其值为当输入电压不变时，输出电压变化量与输出电流变化量之比的绝对值.电流调整率：输出电流从0变到最大值时所产生的输出电压相对变化值。输出电阻和电流调整率均说明负载电流变化对输出电压的影响，因此也只需测试其中之一即可。直流稳压电源设计 (未经整理仅供参考) 直流稳压电源设计 一. 设计任务与设计的基本要求： (1).直流稳压电源的任务： 利用所学的知识设计并制作交流变换为直流的稳压电源 (2)直流稳压电源的基本要求： A

6、稳压电源 在输入电压为220V50HZ. 电压变化范围为+10%-10%条件下： a. 输出电压可调范围为：+9V+12V; b. 最大输出电流为:Imax1.5A; c. 电压调整率0.2%(输入电压220V变化范围+10%-10%下，满载)； d. 负载调整率2%(最低输入电压下，空载到满载)； e. 纹波电压(峰-峰值) 5mV(最低输入电压下，满载); f. 效率40%(输出电压为+9V，输入电压为220V下，满载); g. 具有过流保护及短路保护功能; B. 稳流电源 在输入电压固定为直流+12V的条件下； a. 输出电流为：420mA可调； b. 负载调整率2%(输入电压+12V，

7、负载电阻由200300变化时，输出电流为20mA时的相对变化率); C. DC-DC变换器 在输入电压为+9V+12V条件下： a. 输出电压为+100V，输出电流为10mA; b. 电压调整率2%(输入电压变化范围+9V+12V)； c. 负载调整率2%(输入电压+12V下，空载到满载); d. 纹波电压(峰-峰值) 100mA(输入电压+9V下，满载); 注：以下是本电路的发挥部分： (1)扩充功能： a. 排除短路故障后，自动恢复为正常状态； b. 过热保护； c. 防止开, 关机时产生的”过冲”； (2)提高稳压电源的技术指标； a. 提高稳压调整率和负载调整率； b. 扩大输出电压调

8、节范围和提高最大输出电流值 (3)改善DC-DC变换器的性能； a. 提高效率(在100V, 100mA下测试); b. 提高输出电压 (4)用数字显示输出电压和输出电流 摘 要 本系统稳压电源部分采用电压调整器uA723外加调整管2SC3280实现此功能，再通过单片机MCS-51(89C51)来起控制电路，实现了扩充多种功能稳流部分采用了三端稳压调整器LM317T实现DC-DC变换器采用了两片PFM控制芯片MAX770来实现，使输出电压提高到+100V，输出电流最大可以达到100mA电压调整，负载调整率及纹波电压均优于指标要求可以说本系统比其它同类产品要好的多 二方案论证与比较 1稳压电源部

9、分 方案一：简单的并联型稳压电源； 并联型稳压电源的调整元件与负载并联，因而具有极低的输出电阻，动态特性好，电路简单，并具有自动保护功能；负载短路时调整管截止，可靠性高，但效率低,尤其是在小电流时调整管需承受很大的电流，损耗过大，因而不能采用此方案 方案二：输出可调的开关电源； 开关电源的功能元件工作在开关状态，因而效率高，输出功率大；且容易实现短路保护与过流保护，但是电路比较复杂，设计繁琐，在低输出电压时开关频率低，纹波大，稳定度极差，因而也不能采用此方案 方案三：由uA723组成的零伏起调电源； uA723内部设有高精度基准电压源和高增益的放大器，外围电路比较简单，电压稳定度也比较高，其典

10、型电压调整率为0.01%，负载调整率为0.03%，且热稳定性好，输出噪声也很小，还内设有过电流控制电路，使用安全可靠，具有较高的性价比，为首选方案，所以此方案为必选题 2稳流电源部分 方案一: 采用7805三端稳压器电源; 固定式三端稳压电源(7805)是由输出脚Vo,输入脚Vi和接地脚GND组成,它的稳压值为+5V,它属于CW78xx系列的稳压器,输入端接电容可以进一步的滤波,输出端也要接电容可以改善负载的瞬间影响,此电路的稳定性也比较好,只是采用的电容必须要漏电流要小的钽电容,如果采用电解电容,则电容量要比其它的数值要增加10倍,但是它不可以调整输出的直流电源;所以此方案不易采用. 方案二

11、:采用LM317可调式三端稳压器电源; LM317可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压. 不过它只能连续可调的正电压,稳压器内部含有过流,过热保护电路;由一个电阻(R)和一个可变电位器(RP)组成电压输出调节电路,输出电压为:Vo=1.25(1+RP/R).由此可见此稳压器的性能和稳压稳定都比上一个三端稳压电源要好,所以此此方案可选,此电源就选用了LM317三端稳压电源,也就是方案二. 3.DC-DC变换部分; 方案一:用正弦信号(几十赫兹以下)驱动硅钢型互感耦合变压器,经整流滤波后输出.由于硅钢的磁滞特性,这种电源的开关频率不算高,易出现磁饱和,因而不利于制作高效率的开关电源. 方

12、案二:采用高频磁芯和开关特性好的VMOS管的PFM或PWM型开关电源,负载调整特性好,效率高,性能优良,但制作调试复杂,所以此方案也不于采纳, 方案三:采用充电泵型变换器,该类电源以电容代替电感作贮能元件,为一个或多个电容供电.该类电源的最大特点是元件易得,体积小,电路比较简单,无电感;但由于对充电泵的要求严格,不适合于工作在大负载条件下,因而在大多数电源中没有被广泛使用. 综合考虑效率,输出功率,输入输出电压,负载调整率,纹波系数,本设计选用方案二.考虑到PWM对磁性元件,开关元件特性的要求较低,因而较易实现.对于效率和纹波的要求可以通过仔细调整磁性元件的参数(L,Q,M等)使其工作在最佳状

13、态,所以我们在选择方案的时候考虑到电路要简单,元件要容易找,还有在电路设计的时候避免遇到某些不必要的问题,所以我们选择了上述的方案中的第二个方案;第二个方案就能够达到我们的要求,的所以方案二我们采用了,利用开关特性和负载调整特性好及效率高,性能优良,而采用了它.(方案二) 三.直流稳压电源电路的方框图如下: 220V电源部分-变压部分-整流滤波部分-稳压电源稳流电源部分-+9V+12V 直流稳压电源方框图 四.电路原理及各部的分离电路; 1.稳压电路部分; 采用精密电压调整器uA723,外加大功率调整管以提供大电流输出.uA723的特点如下: 无外接调整管时最大输出电流为:I=150mA; 外

14、接调整管时,输出电流最大可达到12A以上; 最大输入电压为:Vmax=40V; 输出电压可调整范围为: +9V+12V; 具体的电路图如下图所示: 电源变压器的效率如下所示:(小型变压器) 副边功率P2/vA Imin 受输入电压+12V与LM317内部压降约为1.7V的影响,可能的最大电流为: Imax=(12-1.7)/22046.82mA Imax IminImin是由于LM317在小电流负载下稳压性能变差造成的. ImaxImax是由于LM317内部的损耗而造成的. (2) 负载调整率 LM317的典型负载调整率为:0.1%,本电源在工作时工作在小电流负载情况下,与理论值吻合. 3.

15、DC-DC变换电路; 由于该变换部分输入电压为12V,输出电压为100V,升压比较大,要保证电流输出能力,多级并联式开关升压器是一种较好的选择. 在保证第二级满载输出时,第一级至少应留有80%的裕量,且第一级电压波动应不大于5%. 在实际电路中前级由于是升至次高压,故要求开关管的Ron足够小,Ids足够大,Cis足够小(否则将对驱动电路产生不利的影响);后级应对反向击穿电压有较高的要求,应不低于500V,取该级开关管耐压值为:900V,以防止高压毛刺击穿.对磁芯的选择决定了电源的功率容量,在实际中,高于200KHZ时采用铁粉芯等带空气隙的磁芯可获得良好的功率容量和磁滞特性,有利于大L值电感的充

16、放电的完成,即提高Q值.在该模块的测试中,可以看到在大DC变换比的指标下,采用了多级串联主从式开关电源是一种较好的解决方案. 七. 此电路的误差分析 综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差因素有: 测得输出电流时接触点之间的微小电阻造成的误差; 电流表内阻串入回路造成的误差; 测得纹波电压时示波器造成的误差; 示波器, 万用表本身的准确度而造成的系统误差; 可以通过以下的方法去改进此电路: 减小接触点的微小电阻; 根据电流表的内阻对测量结果可以进行修正; 测得纹波时示波器采用手动同步; 采用更高精确度的仪器去检测; 八. 对此电路的综合总结 通过本次设计,让我们更进一步的了解到直流稳

17、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.我们这次设计的这个直流稳压电源电路;采用了电压调整管(uA723)外加调整管(2SC3280)来实现电压的调整部分;还通过单片机(89C51)来实现电路的控制,也实现了扩充多功能;而稳流部分采用了LM317可调式三端稳压电源管,通过LM317来实现 了电路中的稳流部分,至于电路的最后一部分(DC-DC变换部分)我们是采用两片升压开关调节器(MAX770)来实现了电路中的DC-DC变换部分.本次设计在电压调整器的电路中,采用了适当的联接方法

18、,可以实现电压”零”伏起调;测试方法与过程也比较充分,同时也实现了电压的可调.同时我们四个人在设计此电路的时候也付出了不少,我们几个分工完成了此电路,虽然电路不是很完善,我们已经尽力的去把它给做好了;由于时间的关系此电路只有硬件,软件没有时间来完成. (注:由于时间的原因本电路的软件部分没有在报告上体现出来). 九. 参考文献资料: 何立民编著 . MCS-51系列单片机应用系统设计-系统配置与接口技术, 北京航空航天大学出版社, 1991. 王树勋,潘承武,朱英杰编著. MCS51单片微型计算机原理与开发. 机械出版社,1990. ,华东师范大学物理系万嘉若,林康运等编著,高等教育出版社,1

19、986年3月. ,华中工学院电子学教研室编,康华光主编,高等教育出版社,1982年6月. ,(第二版)华中科技大学谢自美主编,华中科技大学出版社,2000年5月. 回答者： weidong2007_co - 初入江湖 三级 2009-1-5 18:00集成直流稳压电源的设计 一、设计要求电源变压器只做理论设计，合理选择集成稳压器，合理设置保护电路，完成全电路理论设计、安装调试、绘制电路图，自制印刷板。主要技术指标1、同时输出15V电压、输出电流为2A。2、输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于510-3；输出内阻小于0.1。3、加输出保护电路，最大输出电流不超过2A。二、基本原理1 直流稳压电源

20、的基本原理 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，基本框图如图1所示。各部分电路的作用如下： 图1 直流稳压电源基本组成框图（1） 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。（2）整流滤波电路 整流电路将交流电压ui 变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除纹波，输出直流电压Ui。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波、倍压整流滤波电路如图 （b）桥式整流电容滤波电路各滤波电容C满足：RL1C=（35）T/2式中T为输入交流信号周期；RL1为整流滤波电路的等效负载电阻。（3） 三端集成稳压器常用的集成稳压器有固定式三端稳压

21、器与可调式三端稳压器（均属电压串联型），下面分别介绍其典型应用。 固定三端稳集成压器正压系列：78XX系列，该系列稳压块有过流、过热和调整管安全工作区保护，以防过载而损坏。一般不需要外接元件即可工作，有时为改善性能也加少量元件。78XX系列又分三个子系列，即78XX、78MXX和78LXX。其差别只在输出电流和外形，78XX输出电流为1.5A，78MXX输出电流为0.5A，78LXX输出电流为0.1A。负压系列：79XX系列与78XX系列相比，除了输出电压极性、引脚定义不同外，其他特点都相同。 可调式三端集成稳压器正压系列：W317系列稳压块能在输出电压为1.25V37V的范围内连续可调，外接

22、元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内有过流、过热和安全工作区保护。最大输出电流为1.5A。其典型电路如图7-2-4所示。其中电阻R1与电位器RP组成电压输出调节电器，输出电压U0的表达式为： U01.25(1+RP/R1) 式中，R1一般取值为（120240），输出端与调整压差为稳压器的基准电压（典型值为1.25V）。所以流经电阻R1的泄放电流为510mA/。负压系列：W337系列，与W317系列相比，除了输出电压极性、引脚定义不同外，其他特点都相同。 图7-2-4 可调式三端稳压器的典型应用2 稳压电源的性能指标及测试方法稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标。包括允许的输入电压、

23、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标。用来衡量输出直流电压的稳定程度。包括稳压系数（或电压调整率）、输出电阻（或电流调整率）、温度系数及纹波电压等。测试电路如图7-2-6所示，可简述如下： 图7-2-6 稳压电源性能指标测试电路 波电压纹波电压是指叠加在输出电压U0上的交流分量。用示波器观测其峰-峰值。Uopp一般为毫伏量级。也可以用交流电压表测量其有效值。但因U0不是正弦波，所以用有效值衡量其纹波电压，存在一定误差。稳压系数及电压调整率稳压系数：在负载电流、环境温度不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化。电压调整率:输入电压相对变化10%时的输出电压相对变

24、化量,即 Ku=U0/U0稳压系数Su和电压调整率Ku均说明输入电压相对变化对输出电压的影响,因此只需测试其中之一即可.输出电阻及电流调整率输出电阻：放大器的输出电阻相同,其值为当输入电压不变时,输出电压变化量与输出电流变化量之比的绝对值,即 ro|U0|/|I0|电流调整率:输出电流从0变到最大值ILmax时所产生的输出电压相对变化值,即 Ki=U0/U0输出电阻r0和电流调整率Ki均说明负载电流变化对输出电压的影响,因此也只需测试其中之一即可.四.设计指导 直流稳压电源的一般设计思路为:由输出电压U0、电流I0确定稳压电路形式,通过计算极限参数(电压、电流和功率)选择器件;有稳压电路所要求

25、的直流电压(Ui)、直流电流(Ii)输入确定整流滤波电路形式,选择整流二极管及滤波电容并确定变压器的副边电压Ui的有效值、电流Ii(有效值)即变压器功率.最后由电路的最大功耗工作条件确定稳压器、扩流功率管的散热措施. 下图为集成稳压电源的典型电路.其主要器件有变压器Tr、整流二极管VD1VD4、滤波电容C、集成稳压器及测试用的负载电阻RL. 图7-2-7 集成稳压电源的典型电路下面介绍这些器件的一般原则.1.集成稳压器稳压电路输入电压Ui的确定：为保证稳压器在电网量低时仍处于稳压状态,要求 UIUomax +(UI-U0)min式中(UI-U0)min 是稳压器的最小输入输出压差,典型值为3V

26、.按一般电源指标的要求,当输入交流电压220V变化10%时,电源应稳压.所以稳压电路的最低输入电压 U1minUomax+(UI-U0)min/0.9.另一方面，为保证稳压器安全工作，要求 UIUomin +(UI-U0)max 式中(UI-U0)max是稳压器允许的最大输入输出压差,典型值为35V.2.电源变压器确定整流滤波电路形式后,由稳压器要求的最低输入直流电压Uimin计算出变压器的副边电压Ui 、副边电流Ii. 五.按指标设计电路图 1. 器件选择电路参数计算如下:确定稳压电路的最低输入直流电压Uimin UiminUomax+(Ui-U0)min/0.9代入各指标,计算得: Uim

27、in(15+3)/0.9=20V取值为20V.确定电源变压器副边电压、电流及功率 UiUomax/1.1. I1Iimax所以我们取I1为1.1A.UI20/1.1=18.2V ，变压器副边功率P220W变压器的效率 =0.7，则原边功率P128.6W.由上分析,可选购副边电压为19V,输出1.1A,功率30W的变压器.选整流二极管及滤波电容因电路形式为桥式整流电容滤波，通过每个整流哦极管的反峰电压和工作电流求出滤波电容值。已知整流二极管1N5401 ,其极限参数为URM=50V,ID=5A.滤波电容：C1(35)TIimax/2U1min=(16502750)F故取2只2200F/25V的电

28、解电容作滤波电容。2.压电源功耗估算当输入交流电压增加10%时，稳压器输入直流电压最大，即 Uimax=1.11.119=22.99V所以稳压器承受的最大压差为：22.99-518V最大功耗为：UimaxIimax=181.1=19.8W故选用散热功率19.8W的散热器.3.其他措施如果集成稳压器离滤波电容C1较远时，应在W317靠近输入端处接上一只0.33F的旁电路C2。接在调整端和地之间的电容C3，是用来旁电路电位器RP两端的纹波电压。当C3的电容电量为10F时，纹波抑制比可提高20dB,减到原来的1/10.另一方面,由于在电路中接了电容C3,此时一旦输入端或输出端发生短路,C3中储存的电荷会通过稳压器内部的调整管和基准放大管而损坏稳压器.为了防止在这种情况下C3