直流稳压电源课程设计

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1、电子技术课程设计课题名称：直流稳压电源专业名称：电气工程及自动化学生班级：140483学生姓名：孙国太 周佳武指导老师：杨谊华课程设计任务书直牖压电源(一) 设计目的1、学习直流稳压电源的设计方法；2、研究直流稳压电源的设计方案；3、掌握直流稳压电源的稳压系数；(二) 设计要求和技术指标1、技术指标：要求电源输出电压为12V，输入电压为交流220V，最大输出电流 为 IomaX500mA，稳压系数 SrW5%。2、设计基本要求1) .设计一个能输出12V的直流稳压电源；2) .拟定设计步骤和测试方案；3) .根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数；4) .要求绘出原理图，并用Prot

2、eus仿真；5) .在万能板上制作一台直流稳压电源；6) .测量直流稳压电源的稳压系数；7) .具有过流保护。8) .用三端稳压器W7800系列。9) .撰写设计报告。(三) 设计提示1、参数测量集成电路选W7812稳压器。测量稳压系数：在负载电流为最大时，分别测得输入交流比220V增大和减小10%的输出Zo，并将其中最大一个代入公式计算Sr,当负载不变时，Sr=AVoVi/AViVQo2、实验仪器设备数字万用表、万能板、示波器3、设计用主要器件变压器、整流二极管、稳压二极管、集成稳压器（W7812）、电容、电阻若 干。设计总结1、总结直流稳压电源的设计方法和运用到的主要知识点，对设计方案进行

3、 比较。2、总结直流稳压电源主要参数的测试方法。第一章绪论4第二章电路设计3.1直流稳压电源的基本原理53.2降压变压器53.3整流电路63.4滤波电路83.5稳压电路83.6保护电路93.7 原理图，PCB 和 proteus 仿真93.8元器件选择和电路参数计算说明10第三章制作和调试3.1制作113.2注意事项113.2测试113.2.1空载检查测试123.2.2负载检查测试123.2.3质量指标测试13第四章总结和体会4.1 总结心得14附录15参考文献15第一章绪论为加强对元器件的认识，培养运用基本知识进行简单电路设计的能力，扎实基础 理论，我们现初次进行模电课程设计。半导体直流稳压

4、电源的设计和测试作为此次课程设计的课题，我们采用一般意义 上的设计方案，即通过电源变压器、整流、滤波和稳压电路这四部分的有机组合来最 终实现本次课程设计所要达到的目标。本设计所涉及的知识：方案论证，产品说明，原理说明，安装工艺，调试与测试， 焊接技术，元件清单，操作说明。为了全面介绍科学实验研究的技术方法，在加强的直接实验方法的同时，力求使 学生尽快掌握当前先进科学技术，本课题设计使用了 Altium Designer，Proteus等工 具。通过本课题的设计，能够加深对电路理论知识的理解和掌握，更主要的是学习和 掌握科学实验研究方法。学会运用理论和实验两种研究方法，解决实际问题能力，更 培养

5、了我们掌握电子技术的科学实验规律，实验技术，测量技术等实验研究方法，使 其具有独立实验研究的能力，以便在未来的工作中开拓创新。第二章电路的设计2. 1直流稳压电源的基本原理直流稳压电源电路框图如图1所示。从图中可知，系统由降压变压器、整流器、滤波器、稳压 器和保护电路共五个部分组成。图2.1.1直流稳压电源的电路框图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，基本框图如图2.1.2各部分的作用：图2.1.2整流与稳压过程2. 2降压变压器同时还可以起降压变压器将电网220V、50Hz交流输入电压降压后变为所需的约18V交流电压，到直流电源与电网的隔离作用。TRAN-2P2S图

6、2.2.1直流稳压电源变压器电路2.3整流电路一、单相整流电路(一)半波整流电路(aj才;睦.铀蹈单相半波整流电路如下图(a)所示，图中Tr为电源变压器，用来将市电220V交流电压变换为 整流电路所要求的交流低电压，同时保证直流电源与市电电源有良好的隔离。设V为整流二极管， 令它为理想二极管，rl为要求直流供电的负载等效电阻。口J+段二吃口r；w电压的平均伯ro = ； j：可金 rq心 m尸。.*无治A 枢胃.颅於rt.泠。一一,一。一妒二极管承受的反面峰值电压fi K*由图可见，负载上得到单方向的脉动电压，由于电路只在4的正半周有输出，所以称为半波整 流电路。半波整流电路结构简单，使用元件

7、少，但整流效率低，输出电压脉动大，因此，它只使用 于要求不高的场合。(二)桥式整流电路为了克服半波整流的缺点，常采用桥式整流电路，如下图所示，图中V1、V2、V3、V4四只整流 二 极管接成电桥形式，故称为桥式整流。1.工作原理和输出波形设变压器二次电压U2=2i/2U2sint，波形如电压、电流波形图(a)所示。在U2的正半周，即a 点为正，b点为负时，VV3承受正向电压而导通，此时有电流流过Rl，电流路径为a-VYRL-% 一b，此时匕、七因反偏而截止，负载Rl上得到一个半波电压，如电压、电流波形图(b)中的0n 段所示。若略去二极管的正向压降，则Ueu2。电压、电流波形在U2的负半周，即

8、a点为负b点为正时，V、V3因反偏而截止，V2、V4正偏而 导通，此时有电流流过Rl，电流路径为b-V2七一a。这时Rl上得到一个与0n段相同的半 波电压如电压、电流波形图(b)中的n2n段所示，若略去二极管的正向压降，ueu2。由此可见，在交流电压U2的整个周期始终有同方向的电流流过负载电阻RL,故Rl上得到单方 向全波脉动的直流电压。可见，桥式整流电路输出电压为半波整流电路输出电压的两倍，所以桥式 整流电路输出电压平均值为U=2X0.45U0.9U2。桥式整流电路中，由于每两只二极管只导通半个 周期，故流过每只二极管的平均电流仅为负载电流的一半，在U2的正半周，V1、V3导通时，可将它 们

9、看成短路，这样v2、V4就并联在也上，其承受的反向峰值电压为Urm=2i/2U2。同理，v2、v4导通时， V1、V3截止，其承受的反向峰值电压也为Urm=2i/2U2。二极管承受电压的波形如电压、电流波形图(d) 所示。桥式整转电路简化电路圄桥式整流电路电压 电范波将由上图可见，在交流电压u2的整个周期始终有同方向的电流流过负载电阻Rl，故Rl上得到单方 向全波脉动的直流电压。可见，桥式整流电路输出电压为半波整流电路输出电压的两倍。桥式整流 电路与半波整流电路相比较，其输出电压U。提高，脉动成分减小了。因此，采用二极管桥式整流电路进行整流，将变压器变换后的交流电压转变为单向的脉动直流 电压，

10、使输出电压高，脉动系数小(纹波电压小)，提高整流效率。2.4滤波电路整流电路将交流电变为脉动直流电，但其中含有大量的交流成分（称为纹波电压）。应在整流 电路的后面加接滤波电路，滤去交流成分。（一）电容滤波1.电路和工作原理设电容两端初始电压为零，并假定t=0时接通电路，4为正半周，当u2由零上升时，匕、七导 通， C被充电，同时电流经匕、七向负载电阻供电。忽略二极管正向压降和变压器内阻，电容充电时间 常数近似为零，因此uo=uu，在u达到最大值时，u也达到最大值，然后u下降，此时，uu，c 22c2c 2VV3截止，电容C向负载电阻RL放电，由于放电时间常数t=RlC 一般较大，电容电压uc按

11、指数 规律缓慢下降，当下降到|u2|uc时，V2、V4导通，电容C再次被充电，输出电压增大，以后重复上 述充放电过程。其输出电压波形近似为一锯齿波直流电压。电容滤波电路对整流部分输出的脉动直流进行平滑处理，使它成为一个含交流成分很小的、更 加平滑的直流电压。即滤波部分实际上是一个性能较好的低通滤波器，且其截止频率一定是低于整 流输出电压基波频率的。虽然电容。1取得越大，脉动系数S就越小，脉动成分就小，但一般取TRlCi=（3 5）2T为交流电网电压的周期（T = O = 20ms ）。电容滤波电路的优点是在输出电流。不高时，体积小，成本低。电容滤波适用于负载电压较高， 负载变动不大的场合。2.

12、5稳压电路稳压器为电源的核心部分。尽管经过整流滤波后的直流电压，可以充当某些电子电路的电源， 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。图5为直流稳压电源稳压器电路，通过三端可调线性集 成稳压器W7812的稳压，输出电压在输入电网波动10%、输出负载变化以及温度波动几种情况下 仍然可以保持不变。图2.5.1直流稳压电源稳压器电路2.6保护电路对于一个功能完善的稳压电源来说，必须有一套完整可靠的保护电路，在串联稳压电路中，若 使用不慎，负载电流过大或输出短路的情况是可能发生的。此时，W7812内部调整管的功耗将剧

13、增，2.7原理图根据前面所述的，可以设计出下述供电电路图:conini nc C0IM31Cl C2 C3?同组人孙国太周佳武TflAH-SFiSTR12.8元器件选择和电路参数计算说明一. 变压器的选择1) 确定变压器副边电流I2/ Ii=Io又副边电流 I2=(1.52)Io 取 Io=Iomax=500mA则 I2=2*0.5A=1A2) 选择变压器的功率变压器的输出功率：PoI2*U2=12W由于变压器的效率n =0.7，所以变压器原边输入功率P1= P2/n=17.2W,为留有余地，-完整版学习资料分享-选用功率为20W的变压器。二. 滤波电路中滤波电容的选择根据：RCN(35) T

14、/2而RWi/loAC 约为 2000uF电容的耐压要大于22 =巨x 12x 1.1 = 18.7，考虑到交流电源电压的波动，故滤波电容C 取容量为2200uF,耐压为25的电解电容。注意：因为大容量电解电容有一定的绕制电感分布电感，易引起自激振荡，形成 高频干扰，所以稳压器的输入、输出端常并入瓷介质小容量电容用来抵消电感效应， 抑制高频干扰。三、选择集成稳压器我们需要得到的是输出为12V的直流稳压电源。固选择W7812三端固定式正电压 输出集成稳压器；W7812三端固定式电压输出集成稳压器。第三章制作和调试3.1制作对电路进行组装：按照自己设计的电路，在面包板上插接元器件并焊接。焊接完毕后

15、， 应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接、虚焊的现象。对安装完成的电路板的 参数及工作状态进行测量，以便提供调整电路的依据。经过反复的调整和测量，使电 路的性能达到要求3.2注意事项电源变压器的绝缘电阻进行检测，以防止变压器漏电。一般用兆欧表进行检测， 也可以用万用表。电源变压器的一次和二次绕组不能搞错，否则将会造成变压器损坏或电源故 障。 三端稳压器的输入、输出和公共一定要识别清楚，不能搞错。特别是公共端不 能开路，如果开路，很可能导致负载损坏。二极管的引脚（或整流桥的引脚）和滤波电容器的极性不能接反，否则将会损 坏元器件。检查负载端不应该有短路现象。3.3测试直流稳压电源的调整测试一般

16、分为三步进行，空载检查测试、加载检查测试和质 量指针测试。3.3.1空载检查测试（1）将变压器的输出端的正极端断开，用万用表测量变压器的二次交流电压值， 其值应符合设计值。然后检查变压器的温升。若电压器性能正常，则可以进行下一步 测试。（2）变压器的正极输出段接上，而将整流器的正极输出端断开，接通电源，观察 电路有无异常。然后用万用表测滤波电路输出电压U1，其值应接近于1.4U2。否则短开 电源检查再通电测试。（3）断开负载，通电后测试输出电压U。，其变化范围应为设计值。最后进行稳 压器输出、输入端的电压差，其值应大于最小电压差。3.3.2负载检查测试下面进行接负载检测，接负载测试U2、UUO

17、的大小，观察其是否符合设计值，并 根据UUO及负载电流I。核算集成稳压电路的功耗是否小于规定值。然后用滤波器观 察稳压器输入输出端的纹波电压。此外还可检查桥式整流电路四只二极管特性是否一 致。3.3.3质量指标测试（1）稳压系数Sr的测试在负载电流，环境，温度不变的情况下，输出电压的相对变化引起输出电压的相 对变化。测量稳压系数，在负载电流为最大时。分别测得输入电压比220V增大和缩小10%, 所得数据如下表：U1U01U02198V11.98V11.96V220V12.01V12.00V242V12.04V12.05V将所得数据代入公式：Sr=AVoVi/AViVoo得：Sri =-0.45

18、%Sr2 =0.51%所得数据满足设计要求：Sr= A VoVi/ A ViVoo最大输出电流的测量连接好电路，保持稳压电源的输入电压U 1 = 220V，接一个变位器作为负 载，串联一个毫安表，通过改变电位器的阻值使输出电压降低5%左右，测量 此时的电流I。按要求将Ui调节到12.1V,测出此时的电流大小为497mA。此时测出电阻 为24 Q第四章总结和体会通过这学期的课程设计，我受益匪浅，认识到了自己的许多不足和缺点。要想把理论与实际联系起来，还是需要一段时间的。要想做出一个实用的实物来，并不是自 己想象中的那样简单。其一，我们必须掌握一些必备的常识，比如，三极管引脚的判定以及电阻值的判

19、定。其二，我们必须用科学的态度对待我们在实验中所遇到的问题不能以“人品之类” 话而敷衍过，应该以作为一个工程人员应用的素质去面对，发现问题，解决问题。在 实验时应保持冷静，测试有条理。遵循物质客观规律，不随便改写实验数据。其三，自己平时要多动手、多动脑，这样当问题来临时你就不会手忙脚乱。该多 画就多画些，以便能增加你对该软件的熟练度。用起来称心如意，这样就不会浪费时 间。再如，在焊接导线时，应区别不同类型的导线用不同类型的焊接方法及焊接的先 与后顺序。如果你不懂那些，你就会出现很大笑话。其四，要注意试验安全，不要轻易地尝试不安全接法。在做设计时必须讲求产品 的实用性及美观性。这就要求我们对所需

20、器件进行合理布置。团结就是力量，在做设计的过程中我们必须讲究团队精神，各施其职。这样就能 起到事半功倍的作用，毕竟一根筷子易折断，一个巴掌拍不响。面对一个课题必须严 肃而认真地对待，作为一名电类专业的学生必须多参加一些动手制作活动来提高自己 的动手能力。今后我们会继续努力。附录：元件清单：变压器1个，集成稳压芯片W78121个，整流桥1个， 稳压二极管1个，2200uf电容1个220uf电容2个，104电容2个， 24R电阻1个。参考文献：1 电子技术实验顾三春，仝迪。化学工业出版社。2 模拟电子技术（第三版）王远，张玉平。机械工业出版社。3 电子技术实践教程唐宇，陈大兴。西南交通大学出版社。