直流稳压电源电路设计资料

题目直流稳压电源电路设计一、设计任务与要求1．用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计固定的正负直流电源（±12V）；2．输出可调直流电压，范围1.5∽15V；3．输出电流IOm≥1500mA；（要有电流扩展功能）4.稳压系数Sr≤0.05；具有过流保护功能。二、方案设计与论证稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，如下图1所示，其整流与稳压过程的电压输出波形如图2所示。图1稳压电源的组成框图图2整流与稳压过程波形图电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。脉动大的直流电压须经~220V电网电压U1电源变压器U2整流电路U3滤波电路Ui稳压电路Uo负载RL过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。方案一、单相半波整流电路半波单相整流电路简单，电路及其电压输出波形分别如图3、图4所示，使用元件少，它只对交流电的一半波形整流，其输出波形只利用了交流电的一半波形则整流效率不高，且输出波形脉动大，其值为22/21.5722/USU；直流成分小；oU=22U0.452U，变压器利用率低。图3单相半波整流电路图4单相半波整流电路电压输出波形方案二、单相全波整流电路使用的整流器件是半波电路的两倍，整流电压脉动较小，是半波的一半，无滤波电路时的输出电压oU=0.92U，变压器的利用率比半波电路的高，整流器件所承受的反向电压要求较高。方案三、单相桥式整流电路单相桥式整流电路使用的整流器件较多，但其实现了全波整流电路，它将2u的负半周也利用起来，所以在变压器副边电压有效值相同的情况下，输出电压的平均值是半波整流电路的两倍，且如果负载也相同的情况下，输出电流的平均值也是半波整流电路的两倍，且其与半波整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求一样，还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点。我的选择：综合三种方案的优缺点决定用方案三三、单元电路设计与参数计算整流电路采用单相桥式整流电路，电路如图5所示，图5单相桥式整流电路当u20时，电流由+流出，经D1、RL、D2流入-，即D1、D2导通，D3、D4截止；当u20时，电流由-流出，经D3、RL、D4流入+，即D3、D4导通，D1、D2截止。电路的输出波形如图6所示。图6单相桥式整流电路输出波形在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即112foII。电路中的每只二极管承受的最大反向电压为22U(U2是变压器副边电压有效值)。在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：1oU=(1.1~1.2)2U，直流输出电流：21(1.5~2)oII（2I是变压器副边电流的有效值。），稳压电路可选集成三端稳压器电路。12V直流稳压电源电路总体原理电路图如图7所示，可调式直流稳压电源电路总体原理电路图如图8所示，电流扩展直流稳压电源电路总体原理电路图如图9所示：V1220Vrms50Hz0¡ãU11_AMPT17.321D21N4007D31N4007D41N4007C13.3mFC23.3mFC3220nFC4220nFC5470nFC6470nFC7220uFC8220uFU2LM7812CTLINEVREGCOMMONVOLTAGEU3LM7912CTLINEVREGCOMMONVOLTAGED51N4007D61N4007LED2LED1R11k¦¸R21k¦¸2345D11N400715166714017图712V直流稳压电源V1220Vrms50Hz0°U11_AMP12D11N4007D21N4007D31N4007D41N4007D51N4007D61N4148LED1C13.3mFC2220nFC310uFC41uFR15kΩKey=A65%R2240ΩR318ΩR41kΩU2LM317HLINEVREGCOMMONVOLTAGEC63.3mF96743T1TS_PQ4_1080图8可调式直流稳压电源V1120Vrms60Hz0¡ãU11_AMPU2LM7812CTLINEVREGCOMMONVOLTAGET1TS_PQ4_101C13.3mFC23.3mFC3220nFD11N4007C410uFR13.9¦¸R2240¦¸D21N4007D31N4007D41N4007D51N4007D61N4007Q1TIP41C234587960图9电流可扩展直流稳压电源电路1.选集成稳压器，确定电路形式(1)、在12V直流稳压电源电路实验中的稳压电路，采用固定式三端稳压器，主要使用了集成块78系列及79系列。78××系列输出为正电压，输出电流可达1A，如7812的输出电流为5mA~1A，它的输出电压为12V。和78××系列对应的有79××系列，它输出为负电压，如7912表示输出电压为–12V和输出电流为5mA~1A。故称之为三端式稳压器。这类集成稳压器的外形图及典型应用电路图如图10所示。图10三端稳压器7812、7912管脚图及典型应用电路图(2)、在可调式直流稳压电源电路因为要求输出电压可调，所以选可调式三端稳压器LM317，其特性参数1.2~37oVVV，max1.5oIA，最小输入、输出压差min()3ioVVV，最大输入、输出压差max()40ioVVV，能满足设计要求，故选用LM317组成的稳压电路。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。电路系列的引脚功能相同，管脚图如图11和典型电路如图12所示.。1R与1RP组成电压输出调节电路，输出电压111.25(1/)oVRPR，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1R两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器1RP，电阻1R常取值120~240，取1R=240，则1minRP=48，1maxRP=2.64k,故取1RP为5k的精密线绕可调电位器，与其并联的电容器C可进一步减小输出电压的纹波。图中加入了二极管D，用于防止输出端短路时10µF大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。图11图12(3)、在电流扩展中用大功率三极管TIP41C和LM7812稳压器，TIP41C三极管的管脚如图13所示，其为NPN管，主要参数为：最大工作电压100V，最大工作电流6A，最大耗散率65W。设三端稳压器的最大输出电流为maxoI，则晶体管的最大基极电流maxmaxBoRIII，因而负载电流的最大值为maxmax(1)()LoRIII，故其负载采用大功率的电阻，取LR=3.9，为10W的电阻。图中二极管用于消除BEU对输出电压的影响。图13TIP41C三极管的管脚图2.选择电源变压器电源变压器的作用是将电网220V的交流电压.1U变换成整流滤波电路所需要的交流电压.2U，通常根据变压器副边输出的功率2P来选购（或自绕）变压器。变压器副边与原边的功率比为21PP式中，为变压器的效率。一般小型变压器的效率如表1所示。表1小型变压器的效率功率2/PVA101030308080200效率0.60.70.80.85由LM317输入电压与输出电压的最小压差min()3ioVVV，最大压差为max()40ioVVV，可得到LM317的输入电压范围为:maxminminmax()()oioioioVVVVVVV15V+3ViV1.5V+40V18ViV41.5V副边电压2min/1.118/1.1iVVV，取2V=17V，副边电流2max1.5oIIA，取2I=1A通过电流扩展可达到2I1.5A，则变压器副边输出功率22225.5PIVW。由表1可得到变压器的效率=0.7，则原边输入功率12/36.43PPW。为留有余地，选功率为50W的电源变压器。3．选整流二极管及滤波电容(1)、在12V直流稳压电源电路设计中整流二极管D选1N4007即可，其极限参数为1000RMVV，FI=1A，满足22RMVV。滤波电容容量较大，一般采用电解电容器，选用3300F/50V即可。电容滤波电路利用电容的充放电作用，使输出电压趋于平滑。(2)、在可调式直流稳压电源电路及电流扩展直流稳压电源电路中整流二极管D选1N4007，其极限参数为1000RMVV，FI=1A。满足22RMVV，FI=maxoI的条件。滤波电容C可由纹波电压和稳压系数来确定，滤波电路的电路图如图14(a)所示，其输出电压波形如图14(b)、(c)所示，将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。已知，oV=15V，iV=18V，取oPpV=9mv,rS=0.0050.05,符合要求，则稳压器的输入电压的变化量2.2oPPiiorVVVVSV滤波电容C=max3636coiiItItFVV电容的耐压应大于2224VV。故取2只3300/50FV的电容相并联。图14滤波电路及其输出波形四、总原理图及元器件清单1．12V直流稳压电源总原理图如图15所示，可调式直流稳压电源总原理图如图16所示，电流扩展直流稳压电源电路总原理图如图17所示：V1220Vrms50Hz0¡ãU11_AMPT17.321D21N4007D31N4007D41N4007C13.3mFC23.3mFC3220nFC4220nFC5470nFC6470nFC7220uFC8220uFU2LM7812CTLINEVREGCOMMONVOLTAGEU3LM7912CTLINEVREGCOMMONVOLTAGED51N4007D61N4007LED2LED1R11k¦¸R21k¦¸2345XMM1XMM2D11N400715166717140图1512V直流稳压电源总原理图V1220Vrms50Hz0°U11_AMP12D11N4007D21N4007D31N4007D41N4007D51N4007D61N4148LED1C13.3mFC2220nFC310uFC41uFR15kΩKey=A65%R2240ΩR318ΩR41kΩU2LM317HLINEVREGCOMMONVOLTAGEC63.3mF967XMM143T1TS_PQ4_1080图16可调式直流稳压电源总原理图V1120Vrms60Hz0¡ãU11_AMPU2LM7812CTLINEVREGCOMMONVOLTAGET1TS_PQ4_101C13.3mFC23.3mFC3220nFD11N4007C410uFR13.9¦¸R2240¦¸D21N4007D31N4007D41N4007D51N4007D61N4007Q1TIP41C2345879XMM11060图17电流可扩展直流稳压电源电路2．元件清单元件序号型号主要参数数量备注（单价）U1保险管1A10.2T1变压器15V15.0D1、D2、D3、D4、D5、D6二极管1N40071000RMUV，1A90.1D6二极管1N4148RMU75V，25nA10.1Q1三极管TIP41C100V，6A，65W13.0LED1、LED2发光二极管3紫0.5、绿0.5、红0.1C1、C2电解电容3300F/50V21.5C3、C4电解电容0.22F/50V20.2C5、C6电解电容0.47F/50V20.2C7、C8电解电容220F/50V20.4C3、C4电解电容10F/50V20.2