直流稳压电源的设计正文.doc

1 任务和要求 （1）设计任务设计一波形直流稳压电源，满足当输入电压在220V±10%时，输出电压可调，输出电流大于1A输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于5×10-3，输出内阻小于0.1欧。设计要求电源变压器只做理论设计合理选择集成稳压器完成全电路理论设计绘制电路图撰写设计报告、总结报告稳压电源一般由变压器、整流器和稳压器三大部分组成，如图所示。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。 图1 稳压电源电路的基本方框图 2.2各部分电路的作用 （1）交流电压变换部分。一般的电子设备所需的直流电压较之交流电网提供的220V电压相差较大，为了得到输出电压的额定范围，就需要将电网电压转换到合适的数值。所以，电压变换部分的主要任务是将电网电压变为所需的交流电压，同时还可以起到直流电源与电网的隔离作用。 （2）整流部分。整流电路的作用，是将变换后的交流电压转换为单方向的脉动电压。由于这种电压存在着很大的脉动成份（称为纹波），因此一般还不能直接用来给负载供电，否则，纹波的变化会严重影响负载电路的性能指标。 （3）滤波部分。滤波部分的作用是对整流部分输出的脉动直流电进行平滑 ，使之成为含交变成份很小的直流电压。也就是说，滤波部分实际上是一个性能较好的低通滤波器，且其截止频率一定低于整流输出电压的基波频率。 （4）稳压部分。尽管经过整流滤波后电压接近于直流电压，但是其电压值的稳定性很差，它受温度、负载、电网电压波动等因素的影响很大，因此，还必须有稳压电路，以维持输出直流电压的基本稳定。 3 电源变压器 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。I1/I2=U2/U1=N2/N1=1/n，因此有下式P1=P2=U1I1=U2I变压器副边与原边的功率比为P2/ P1=η，式中η是变压器的效率 图2半波整流电路 该电路工作原理：设变压器次级电压U2=U2msin(t=U2sin(t，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。U2和UL的波形如下图所示，显然，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 UL0=U2m/(=U2=0.45 U2 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（这里可通称为谐波），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 式中，UL(为谐波电压总有效值，其值应为 通过以上三式计算可得，(=1.21。由结果可见，半波整流电路的输出电压纹波较大。 图3 半波整流电路的波形 半波整流电路中的二极管安全工作条件为： （1）二极管的最大整流电流必须大于实际流过二极管平均电流，即 IF＞ID0=UL0/RL=0.45U2/RL UR必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压URM，即 UR＞URM =U2 4.2 全波桥式整流电路 全波桥式整流电路如图4所示，图中4个二极管接成电桥的形式，故有桥式整流之称。图5所示为该电路的简化画法。 图4 全波桥式整流电路 图5 全波桥式整流电路 该电路工作原理：参见图4，设变压器次级电压U2=U2msin(t=U2sin(t，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。U2和UL的波形如下图所示，显然，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 图6 全波整流电路的波形 UL0=2U2m/(=U2=0.9U2 其纹波系数(为 式中，UL(为谐波（只有偶次谐波）电压总有效值，其值应为 由以上三式通过计算可得(=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，但仍然较大，故需用滤波电路来滤除纹波电压。 5 滤波电路 5.1 电容滤波 电容滤波电路如下图所示，由于市电交流电频率较低（50HZ），图中电容C一般取值较大，约1000(F以上。 图7 电容滤波电路 该电路工作原理：设U2=U2msin(t=U2sin(t，由于是全波整流，因此不管是在正半周期还是在负半周期，电源电压U2一方面向RL供电，另一方面对电容C进行充电，由于充电时间常数很小（二极管导通