模拟电子技术实训集成直流稳压电源设计

课题名称集成直流稳压电源的设计模拟电子技术课程设计任务书姓名：XXX班级：指导老师：XXX题目：集成直流稳压电源的设计课题的任务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5×10-3；输出内阻小于0.1Ω。3、加输出保护电路，最大输出电流不超过2A。1设计要求1、电源变压器只做理论设计。2、合理选择集成稳压器及扩流三极管。3、保护电路拟采用限流型。4、完成全电路理论设计、绘制电路图，参数计算。5、用四号图纸绘制原理图。6、撰写设计说明书，字数不得少于2500字。7、参考文献。参考文献电子技术基础华成英等编教研室主任：目录1绪论1.1直流稳压电源概述...............................................31.2本设计研究的主要内容...........................................42总体设计2.1设计的目的和任务................................................42.2.1设计目的....................................................42.1.2设计任务...................................................42.2设计原理及其方案图.............................................42.2.1设计原理...................................................52.2.2总体设计方案图及其参数计算.................................83单元电路设计23.1整流电路的设计.................................................103.1.1单相桥式整流电路..........................................103.2滤波电路的设计.................................................113.3稳压电路的设计.................................................133.3.1固定式三端稳压器...........................................133.3.2可调式三端稳压器...........................................153.3.3稳压器的主要性能指标及测试方法.............................164电路安装与指标测试4.1安装整流滤波电路..............................................174.2安装稳压电路部分..............................................174.3总装及指标测试.................................................175串联型开关稳压源5.1电路组成.......................................................175.2工作原理.......................................................186参考文献....................................................191绪论1.1直流稳压电源概述在电子电路及电子设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电，作为电子电路中必不可少的组成部分，它的作用之一是为各级电路中的三极管提供合适的偏置，其次是作为整个电子电路能量来源。常见的供电方式有两种，一种是采用干电池、蓄电池或其他形式如光电池等向电路供电，这种供电方式是用化学能或其他形式的能量转化为电能之后，向电路提供能量，其缺陷在于能量的使用要受实际条件（如电池的容量）的限制；另一种是利用电网向电路供电，这种供电方式是把电网的交流电经过降压、整流、滤波和稳压之后，转化为直流电向电路提供能量，其优势在于电网所提供的能量是源源不断的。小功率稳压电源的组成可以用图1.1表示，它是由电源变压器、整流、滤波和稳压电路等四部分组成。3图1.1直流稳压电源结构图和稳压过程电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压波动（一般有±10%左右的波动）、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。当负载要求功率较大、效率高时，常采用开关稳压电源。在电子设备中，所需的直流电能比较小，一般在千瓦以下，但要求电压的稳定性较高。通常对直流电源的要求是：输出电压稳定、纹波小、负载能力强等。直流电源的性能指标主要有如下几个参数：（1）输入电压Ui。电源所要求的（交流）输入电压，在我国一般是220V、50Hz的交流电。（2）额定输出电压U0。电源输出的直流电压值，可变电源为某个范围值。（3）最大输出电流IM。电源在额定输出电压U0，所能提供的最大输出电流。有时也用最大输出功率PM来表示。（4）纹波系数S。电源输出电压所含有的基波分量的峰值与输出直流电压之比，它反应了输出电压的稳定程度。本设计主要讨论的是把电网电压的单相交流电转换为直流电源的方法、实现的电路及直流电源的性能指标。最后简单介绍开关型稳压电源的电路组成原理及分析方法。1.2本文研究的主要内容通过集成直流稳压电源的设计，安装和调试，学会选择变压器、整流二极管、滤波电容、集成稳压器及相关元器件设计直流稳压电源；掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。设计基本要求：1、根据设计要求确定直流稳压电源的设计方案，计算和选取元件参数。42、完成各单元电路和总体电路的设计，并用计算机绘制电路图。3、完成电路的安装、调试，使作品能达到预定的技术指标。4、给出测试各项技术指标的方法（包括所使用的仪器），撰写测试报告及使用说明书。2总体设计2.1设计的目的和任务2.1.1设计目的1、通过集成直流稳压电源的设计，安装和调试，学会选择变压器、整流二极管、滤波电容、集成稳压器及相关元器件设计直流稳压电源；2、掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。2.1.2设计任务1集成稳压电源的主要技术指标（1）输出电压：±15V（最大输出电流2A）；5~12V可调（最大输出电流2A）。（2）稳压系数小于5×1‰，输出内阻小于0.1欧。（3）纹波电压小于5mV。（4）具有过流保护功能。（5）具有输出电压指示功能。2设计要求（1）根据设计要求确定直流稳压电源的设计方案，计算和选取元件参数。（2）完成各单元电路和总体电路的设计，并用计算机绘制电路图。（3）完成电路的安装、调试，使作品能达到预期的技术指标。（4）给出测试各项技术指标的方法，撰写测试报告。2.2设计原理及其方案图2.2.1设计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，基本框图和基本应用电路如图2-1和图2-2所示。各部分电路的作用如下：图2-1直流稳压电源基本组成框图5图2-2直流稳压电源基本应用电路（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=η式中η为变压器的效率。一般小型变压器的效率如表2-3所示。表2-3小型变压器的效率通过上表可以算出变压器原边的功率P1。（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电路、桥式整流电路、倍压整流滤波电路如图2-4（a）、（b）及（c）所示。图2-4几种常见整流滤波电路各滤波电容C满足：RL1C=(3~5)T/26式中T为输出交流信号周期；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。①固定式集成稳压器正压系列：78××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。78××系列又分三个子系列，即78××、78M××和78L××。其差别只在输出电流和外形，78××输出电流为1.5A，78M××输出电流为0.5A，78L××输出电流为0.1A。负压系列：79××系列与78××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。78××系列和79××系列的典型电路如图2-5（a）、（b）、（c）所示。图2-5固定三端稳压器的典型应用②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1.25V~37V的范围内连续可调，外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内也有过流、过热和安全工作区保护。最大输出电路为1.5A。其典型如图2-6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：U0≈1.25（1+RP/R1）式中，R1一般取值为（120~240欧），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5~10mA。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。7图2-6可调式三端稳压器的典型应用③集成稳压器的电流扩展若想连续输出1A以上的电流，可采用图2-7所示的加接三极管增大电流的方法。图中VT1称为扩流功率管，应选大功率三极管。VT2为过流保护三极管，正常工作时该管为截止状态。三极管VT1的直流电流放大倍数β必须满足β≥I1/I0。另外，I1的最大值由VT1的额定值决定，如需更大的电流，可把三极管接成达林顿管方式。图2-7输出电流扩展电路可以得出输出电流为：IL=I0+I1但这时，三端稳压器内部过流保护电路已失去作用，必须在外部增加保护电路，这就是VT2和R2。当电流Ii和R2上产生的电压降达到VT2的UBE2时，VT2导通，于是向VT1基极注入电流，使VT1关断，从而达到限制电流的目的。保护电路的动作点是：Ilmax≈Iimax=UBE2/R2三极管的UBE2具有负温度系数，设定R2数值时，必须考虑此温度系数。以上通过采用外接功率管VT1的方法，达到扩流的目的，但这种方法会降低稳压精度，增加稳压器的输入与输出压差，这对大电流的工作的电源是不利的。若希望稳压精度不变，可采用集成稳压器的并联方法来扩大输出电流。82.2.2总体设计方案图1同时输出±15V电压的稳压电路图2-8同时输出±15V电压的稳压电路2输出5~12V可调的稳压电路图2-9输出5~12V可调的稳压电路1.器件选择电路参数计算如下。（1）确定稳压电路的最低输入直流电压UIminUImin≈［UOmax+(UI－UO)min]/0.9代入各指标，计算得：UImin≥[12+3]/0.9＝16.67V所以取值17V。（2）确定电源变压器副边电压、电流及功率UI≥UImax/1.1，II≥IImax所以取II为1.1A。9UI≥17/1.1＝15.5V变压器副边功率P2≥17W变压器的效率η＝0.7，则原边功率PI≥24.3W。由上分析，可选购副边电压为16V，输出1.1A，功率30W的变压器。（3）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，通过每个整流二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≈