直流稳压电源设计研究报告佟裕.docVIP

直流稳压电源设计报告 院（系）： 专业： 班级： 姓名： 摘要：由于各种电子设备都需要直流电源供电，而市电提供的是220V50Hz的交流电，因此需要将交流电变换成直流电。直流稳压电源主要由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，本设计采用电源变压器将电网电压降低获得所需交流电压，通过全波桥式整流电路使交流电压变成单向直流电，采用电容滤波电路滤除纹波成分，再采用可调式集成稳压器LM317稳压电路使输出电压稳定，并从0～15V连续可调。 通过测试，本设计在输出电压5V时测试结果：空载电压5.01V，负载电压5.01V,纹波电压1.03mV，由于电网电压存在±10%（198V至242V）的波动，当电网电压为198V时，输出电压为5.00V，当电网电压为242V时，输出电压为5.01V。在输出电压12V时测试结果：空载电压12.03V，负载电压12.02V,纹波电压1.33mV，当电网电压为198V时，输出电压为12.01V，当电网电压为242V时，输出电压为12.03V。经计算分析各项指标均符合要求，是理想的可调直流稳压电源。 关键字：稳压 整流 可调 电容滤波 纹波电压 指标 一.方案设计与论证 1.总体设计思想 由于各种电子设备都需要直流电源供电，而市电提供的是220V50Hz的交流电，因此，需要将交流电变换成直流电。 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。 直流稳压电源主要由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，如图1所示。 图1 直流稳压电源的原理框图 电源变压器：将电网电压变为所需的交流电压，同时还可以起到隔离直流电源与电网的作用。 整流电路：利用具有单向导电性的整流元件，将大小、方向变化的正弦交流电变换成单向脉动的直流电。 滤波电路：将整流后的单向脉动直流电压中的纹波成分尽可能滤除掉，使其变成平滑的直流电。 稳压电路：采取某些措施，使输出的直流电压在市电电压或负载电流发生变化时保持稳定。 2.方案设计与论证 （1）整流电路的选择与分析 方案一：半波整流电路 半波整流电路及其波形如图2所示。 (a)半波整流电路图 (b)半波整流电路波形图 图2 该电路工作原理：设变压器次级电压2=U2msinwt=U2sinwt，其中U2m为其幅值，U2为有效值。当U2变化的正半周期时，二极管D受正向电压偏置而导通，UL=U2；当U2变化的负半周期时，二极管D处于反向偏置状态而截止，UL=0。由波形图可见，输入电压是双极性，而输出电压是单极性，且是半波波形，输出电压与输入电压的幅值基本相等。 由理论分析可得，输出单向脉冲电压的平均值即直流分量为 UO=2U2/π≈0.45U2 (1) 显然，输出电压中除了直流成分外，还含有丰富的交流成分基波和谐波，这些谐波的总和称为纹波，它叠加与直流分量之上。常用纹波系数?来表示直流输出电压中相对纹波电压的大小，即 ?=UOr/UO (2) 式中，UOr为谐波电压总有效值，其值应为 UOr=( U22-UO2)1/2 (3) 由(1)、(2)和(3)式通过计算可得，≈1.98。由结果可见，半波整流电路的输出电压纹波较大。 方案二：全波整流电路 全波桥式整流电路及其波形如图3所示，图中4个二极管接成电桥的形式，故有桥式整流之称。 (a)全波桥式整流电路图 (b)全波桥式整流电路波形图 图3 该电路工作原理：设变压器次级电压2=U2msinwt=U2sinwt，其中U2m为其幅值,U2为有效值。在电压U2的正半周期时，二极管D1、D3因受正向偏压而导通，D2、D4因承受反向电压而截止；在电压U2的负半周期时，二极管因受D2、D4正向偏压而导通，D1、D3因承受反向电压而截止。由波形图可见，输入电压是双极性，而输出电压是单极性，且是全波波形，输出电压与输入电压的幅值基本相等。 由理论分析可得，输出全波单向脉冲电压的平均值即直流分量为 UO=2U2/π≈0.9U2 (4) 由(2)、(3)和(4)式通过计算可得≈0.48。由结果可见，全波整流电路的输出电压纹波比半波整流电路小得多。 综上所述，半波整流电路只利用了电源的半个周期，同时整流电压的脉动系数较大，而全波桥式整流电路因电源变