1、核准通过，归档资料。未经允许，请勿外传！本科毕业论文（设计）直流稳压电源设计题 目 学 院 专 业 班 级 9JWKffwvG#tYM*JgII 档 ： U o=+5V,Iomax=300mA;III 档 ： U o=(+3+9)V 连续可调,I omax=200mA。(2) 纹波电压： U opp5mV。(3) 稳压系数：S UI 0max。 。3.2整流电路桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。其电路如图 3-1 所示，这种电路，只要增加两只二极管口连接成“桥“式结构，便具有普通全波整流电路的优点，而同时在一定程度上克服了它的缺点。因为二极管具有单向导电性，在分析整流电路工作原理时，整流电
2、路中的二极管是作为开关运用。在桥式整流电路中，流过变压器次级的电流是正负相对称的，没有直流成分流过次级绕阻。桥式整流电路的输出电压高，谐波电压较小，管子所承受的最大方向电压较低，同时因电源变压器在正负半周内部都有电流供给负载，使电源变压器得到了充分的利用，利用效率较高。图 3-1 桥式整流电路1.桥式整流电路的工作原理如图 3-1 所示，当 U2 为正半周时，对 D1、D3 加正向电压，Dl，D3 导通；对 D2、D4 加反向电压，D2、D4 截止。电路中构成 U2、Dl、R L 、D3 通电回路，在 RL 上形成上正下负的半波整流电压；当 U2 为负半周时，对 D2、D4 加正向电压，D2、
3、D4 导通；对 D1、D3 加反向电压，D1、D3 截止。电路中构成 U2、D2、R L 、D4 通电回路，同样在 RL 上形成上正下负的另外半波的整流电压。如此重复下去，结果在 RL 上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。从图 3-1 中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值。如图 3-2 所示，经过桥式整流后，在负载电阻 RL 上正得到的是同一个方向的单向脉动电压。 t02342Ut0234ou2图 2 整 流 电 路 图 3 输 出 波 形 图图 3-2 桥式整流电路波形变化2.桥式整流电路的参数计算(1)输出平均电压 Uo。 由 Uo
4、 波形可知，桥式整流电路的输出平均电压是半波整流电路的 2 倍， 即：（3-2）(2)流过每个二极管的平均电流 ID。由于 D1 、 D3 和 D2、 D4 轮流导通， 因此流过每个二极管的平均电流只有负载电流的一半， 即：（3-3）(3)二极管承受的最高反向峰值电压 URM。 当 U2 上正下负时，D1 、D3 导通，D2、D4 截止， D2 、D4 相当于并联后跨接在 U2 上，因此反向最高峰值为：（3-4）3.单相桥式整流电路的负载特性曲线单相桥式整流电路的负载特性曲线是指输出电压与负载电流之间的关系曲线。如图 3-6 所示：该曲线的斜率代表了整流电路的内阻。图 3-3 单相桥式整流电路
5、的负载特性曲线UUO229.0LooDRII212RML245.0R3.3 滤波电路交流电经过整流电路后得到的是脉动直流，这样的直流电源由于所含交流纹波很大，不能直接给电子电路供电。采用电容滤波电路可以大大降低这种交流纹波成份，让整流后的电压波形变得比较平滑。电容滤波电路，如图 3-9 所示：图 3-4 电容滤波电路图 3-5 电容滤波变化示意图1.工作原理如图 3-5 所示，若电路处于正半周，则二极管 D1、D3 导通，变压器次端电压 U2 给电容器 C 充电。此时 C 相当于并联在 U2 上，所以输出波形同 U2 ，是正弦形。在 t1 到 t2 时刻，二极管导电，充电，Uo=Uc 按正弦规
6、律变化；t2到 t3 时刻二极管关断，U C=URL 按指数曲线下降，放电时间常数为 RLC。当放电时间常数 RLC 增加时，t1 点要右移， t2 点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小，见曲线 3；反之，R LC 减少时，导通角增加。当 L 很小，即 IRL 很大时，电容滤波的效果不好，见滤波曲线中的 2。然而，当 L 很大，即 IRL 很小时，尽管 C 较小, RLC 仍很大,电容滤波的效果也很好,见滤波曲线中的 3。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。通常，放电时间常数 RLC 越大、输出电压越平滑。如果负载开路，即负载电阻趋于无穷大，电容没有形成放电回路，此时输出电压将保持为 U2
7、 的峰值不变。2.电容滤波电路的参数计算（1）输出电压的估算电容滤波电路的输出电压与电容的放电时间常数 =R LC 有关， 应远大于 U2 的周期 T，通常，当 =R LC（35）T /2 时，滤波电路的输出电压可按下式估算，即 UO1.2U2 。（2）因为整流二极管的导通时间缩短了，存在瞬间的浪涌电流，所以要求二极管允许通过更大的电流，管子参数应满足 : I FM2I V=IO。 （3）如果负载电阻 RL 的大小，可根据公式选择滤波电容 C 的容量，即C（35） T /2R L。 （3-5）若容量偏小，输出电压 UO 将会下降，一般选择较大容量的电解电容；电容的耐压值应大于 U2 的峰值，同
8、时要考虑到电网电压波动的因素，留有一定的余量。电容滤波电路的负载能力较差，仅适用于负载电流较小的场合。选择滤波电容时需要满足条件：R LC(3-5)T/2。电 容 滤 波 电 路 的 输 出 特 性 曲 线 如 图 3-6 所 示 。 从 图 中 可 见 ， 电 容 滤 波 电路 的 输 出 电 压 在 负 载 变 化 时 波 动 较 大 ， 说 明 它 的 带 负 载 能 力 较 差 ， 只 适 用 于负 载 变 化 不 大 的 场 合 。Uo 1.4Uo 0.9Uo 0 Io 图 3-6 电 容 滤 波 电 路 的 输 出 特 性 曲 线3.4 稳压电路由于稳压电路会因为外界因素发生波动、
9、负载和温度发生变化，滤波电路输出的直流电压会随之发生变化而不稳定。因此，为了维持输出电压稳定不变，还需一个稳压电路。稳压电路所起到的作用是当电网电压、负载、外界环境温度等发生变化时，使输出直流电压不受影响，而维持电压的稳定输出。3.4.1 串联反馈式稳压电路串联型稳压电路是以稳压管电路为基础，利用晶体管的电流放大作用，增大负载电流；在电路中引入深度电压负反馈使输出电压稳定；同时，可以通过改变反馈网络参数使输出电压可调。图 3-7 串联稳压电路的基本组成电路1.串联型反馈式稳压电路的工作原理如图 3-7 所示，显然有，V O =VI-VR，当 VI 增加时，R 因受控制而增加，使VR 增加，从而
10、在一定程度上抵消了 VI 增加对输出电压的影响。当负载电流 IL 增加时，R 受控制而减小，使 VR 减小，这就在一定程度上抵消了因 IL 增加使 VI 减小，对输出电压减小的影响。2.典型串联反馈式稳压电路在实际电路中，可变电阻 R 是用一个三极管来替代的，控制基极电位，从而就控制了三极管的管压降 VCE，V CE 相当于 VR。要想输出电压稳定，必须按电压负反馈电路的模式来构成串联型稳压电路。如图 3-8 所示，串联反馈式稳压电路由调整管、放大环节、比较环节、基准电压源四个部分组成。图 3-8 串联型稳压电路方框图（1）当输入电压变化，负载电流保持不变。若输入电压 VI 的增加，会使输出电
11、压 VO 有所增加，输出电压经过取样电路取出一部分信号 VF 与基准源电压 VREF 比较，获得误差信号 V。误差信号经放大器进行放大后，使用 VO1 去控制调整管的管压降 VCE 的 增加，这样就抵消输入电压增加的影响。其变化过程可以描述如下：（2）当负载电流变化，输入电压保持不变。若负载电流 IL 的增加，会使输入电压 VI 有所减小，输出电压 VO必然有所下降，经过取样电路取出一部分信号 VF 与基准电压源 VREF 比较，获得的误差信号 V。误差信号经放大器进行放大后使 VO1 增加，从而使调整管的管压降 VCE 下降，这样就抵消了因 IL 增加使输入电压减小的影响。其变化过程可以描述
12、如下：3.串联反馈式稳压电路输出电压调节范围的计算， (3-6) 由上式可以看出，通过调节 R2 可以改变输出电压。串联型稳压电源的内阻很小，如果输出端短路，则输出短路电流很大。同VfVREF REF)V2“31+(=O时输入电压将全部降落在调整管上，使调整管的功耗大大增加，调整管将因过损耗发热而损坏，为此必须对稳压电源的短路进行保护。过载也会造成损坏。3.4.2 三端固定式集成稳压器目前在市场上，集成稳压器的类型有很多，使用也很广泛，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端集成稳压器,其内部也属于串联型稳压电路结构。三端集成稳压器按其输出电压类型可分为固定式稳压器和可调式稳压器，此外这些集成稳压
13、器又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。 三端固定式集成稳压器的外形和管脚排列如图 3-9 所示。从图中可以看出它只有输入、输出和公共地端三个端子,所以称之为三端稳压器。 图 3-9 三端固定式集成稳压器外形及管脚国产的三端固定集成稳压器有 CW78XX 系列和 CW79XX 系列,CW78XX 系列能够输出正电压，CW79XX 系列输出负电压，它们的输出电压值有5V、6V、8V、9V、12V、15V、18V、24V 等,最大输出电流有0.1A、0.5A、1A、1.5A、2.0A 等。 78系列和 79系列的典型电路如图 3-10（a） 、 （b）所示：78X1322 3IN OUTGND3
14、12 IN132OUTGND79XIN132OUTGNDINOUTGND312 GND OUTINGNDOUT132IN1132图 3-10（a）正电压输出图 3-10（b）负电压输出在图 3-10 中，输入与输出之间的电压差不得低于 3V.电容 Ci 的作用是用来抵消输入端接线较长时的电感效应，防止产生自激振荡。用来改善波形。通常 Ci 大小取 0.1F 0.33F。电容 Co 的作用是为了瞬时增减负载电流时，不致引起输出电压有较大的波动。即用来改善负载的瞬态响应。通常 Co 大小为 1F。如果需要输出电压高于三端稳压器输出电压，即要提高输出电压时,可采用图 3-11（a） 、 （b）所示电
15、路。 图 3-11 提高输出电压的接线图V1CW78X321C1 -UOC20.3 F 0.1 F-UI (a)V2 CW78X321C1-UOC20.3 F 0.1 F-UIR1R2IW(b)图 3-11(a)中, (3-7)在上式中, UXX 为集成稳压器的输出电压值; UZ 为稳压管的稳压值。图 3-11(b)中, (3-8)在上式中, IW 为三端稳压器的静态电流,一般大小在几毫安左右。当负载电流大于三端稳压器输出电流，即要提高输出电流时,可采用图 3-12（a） ， （b）所示电路。 图 3-12 提高输出电流的电路其中的电流关系为：（3-9）（3-10）（3-11）因为 1,且 I
16、W 很小,可忽略不计,所以有（3-XO212)(RIWXOCW78XIB3AD301 2IXIW3 C2C1IRR -UOICV-UI(a)Io RL CW78X1 23 C2C1-UO-UI (b)CW78XIX321 IXIO RLWCBECWBROXCOIRUIIIII 1COBEIIURI12）（3-13） 在上式中,R 为 V 提供偏置电压;U BE 的大小由三极管决定,通常锗管为 0.3V,硅管为 0.7V。图 3-12(b)中,输出电流为单片三端稳压器的两倍,即 ：（3-14）如果要求电路同时具有正、负电压输出功能。可采用图 3-13 所示电路,由图可知,这种电路可以在输出端得到
17、大小相等、极性相反的电压。图 3-13 正负电压对称输出的稳压电路3.4.3 三端可调式集成稳压器三端可调式集成稳压器克服了固定三端稳压器输出电压不可调的缺点,同时有继承了三端固定式集成稳压器的一些优点。三端可调集成稳压器 CW317 和CW337 是一种悬浮式串联调整稳压器,它们的外形如图 3-14 所示,内部电路如图3-15 所示。317 系列集成稳压器能够输出连续可调的正电压，337 系列集成稳压器能够输出连可调的负电压。XOII2C2CW78X321C1C20 VTC2C1CW79X12UO13 -UO21W3173 2调整 输出 输入 1W373 2调整 输出输入图 3-14 CW3
18、17 和 CW337 外形图图 3-15 三端可调式集成稳压器内部原理图图 3-16 CW317 和 CW337 典型应用电路在实际的应用当中，为了使电路正常工作,一般 317 和 337 系列稳压器输出电流不小于 5mA。其输入电压范围在 240V 之间,输出电压可在 1.2537V 之间调整,负载电流可达到 1.5A,因为调整端的输出电流非常小（且恒定,可将其忽略不计,这样输出电压可用下式表示:(3-15)VRUPO25.1)(W31712C1-UOC20.1 F 1 F-UI(a)R1120RP3.5 k3(b)W371 2C1-UOC20.1 F 1 F-UI R1Rp3.5 k312
19、0在上式中，1.25 是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压 ，REFV此电压加于给定电阻 两端，会产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器1RRP，通常电阻 取值为 ，根据 LM317 输出电压表达式，取：1240R1=2.2k,R2=2k。R P 一般使用精密电位器，与其并联的电容器 C 可进一步减小输出电压的纹波。可调式稳压器内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。LM317 系列和 lM337 系列的引脚功能基本相同。LM317 的一些特性参数如下：（1）输出电压可调范围：1.
20、2V37V；（2）输出负载电流：1.5A；（3）输入与输出工作压差 U=Ui-Uo：340V。3.4.4 集成稳压器的参数关系（1）在直流稳压电源的设计当中，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符。稳压器的最大允许电流 IcmIomax，稳压器的输入电压 Ui 以满足下式：Uomax+（Ui-Uo）minUiUomin+（Ui-Uo）max （3-16） 在式（3-16）当中，Uomax 为稳压电源的最大输出电压； Uomin 为稳压电源的最小输出电压；（Ui-Uo）min 为稳压器的最小输入输出压差；（Ui-Uo）max为稳压器的最大输入输出压差。（2）可调式
21、三端集成稳压器输出电压 Uo 满足下式：Uo=1.25（1+RpR1） 。 （3-17） 第四章 电路设计和器件选择4.1 12V直流电压对称输出电路1.电路设计如图 4-1 所示，为12V 直流电压对称输出电路原理图。图 4-1 12V 直流电压对称输出电路2.电路元器件选择(1)变压器的选择在图 4-1 中，集成稳压器选用 LM7812 和 LM7912，其输出电压分别为+12V， -12V，最大输出电流 Imax 为 1.5A。 因为 Uomax+（Ui-Uo）minUiUomin+（Ui-Uo ）max得 11.4V+3VUi3V+12.6V14.4VUi15.6VU2Uimin/1.1=14.4/1.1=13.6V所以，取 U2=15V 可满足要求。又因为变压器副边电流：I 2Iomax=0.2A，则变压器的副边输出功率 P2 为：P2I 2U2=3W。
