直流穩(wěn)壓電源設(shè)計案例

1、設(shè)計一個直流穩(wěn)壓電源，其性能指標(biāo)要求為：u0=12v、i0(max)=500ma；紋波電壓的有效值50mv；穩(wěn)壓系數(shù)。所設(shè)計電源的方案和工作原理分析；選取的元件和器件的參數(shù)確定；直流穩(wěn)壓電源各項性能指標(biāo)的測試及方法。 第1章 設(shè)計原理1.1電路原理直流穩(wěn)壓電源的工作流程如下穩(wěn)壓電源一般由變壓器、整流器和穩(wěn)壓器三大部分組成。變壓器把市電交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟?，整流電路變換成單向脈沖電壓，由濾波電路濾去其中的交流分量，得到較平滑的直流電壓，最后穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。小功率穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個部分組成，如圖2-1所示。圖1-1 直

2、流穩(wěn)壓電源的方框圖1.1.1電源變壓器電源變壓器t的作用是將電網(wǎng)220v的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓ui。變壓器副邊與原邊的功率比為p2/ p1= （1-1） 式中是變壓器的效率。 表11 小型變壓器的效率副邊功率p/va1010-3030-8080-200效率0.60.70.80.851.1.2整流濾波電路 將變壓器輸出的符合電壓要求的交流電變換為所需數(shù)值的直流電。常用的整流電路主要有：半波整流、全波整流及橋式整流等。相對于半波整流相，全波整流二極管交替導(dǎo)通，其輸出電壓紋波明顯減??；而橋式整流電路是全波整流電路的一個變形，其輸出電壓波形與全波整流電路相同，但加在變壓器次級線圈

3、上的電流變?yōu)榱藰O性正負(fù)交替的脈沖電流，其性能更加優(yōu)越。本設(shè)計中采用性能優(yōu)越的橋式整流電路。直流電路的任務(wù)是將交流點變?yōu)橹绷麟?。完成這一任務(wù)主要是靠二極管的單向?qū)щ娮饔?。因此二極管是整流電路的關(guān)鍵元件。在穩(wěn)壓電源中一般用四個二極管組成橋式整流電路，整流電路的作用是將交流電壓u2變換成脈動的直流電壓u3。濾波電路一般由電容組成，其作用是把脈動直流電壓u3中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓ui。ui與交流電壓u2的有效值u2的關(guān)系為： （1-2）在整流電路中，每只二極管所承受的最大反向電壓為： （1-3）流過每只二極管的平均電流為： （1-4）其中：r為整流濾波電路的負(fù)載電阻，它為電容c

4、提供放電通路，放電時間常數(shù)rc應(yīng)滿足： （1-5）其中：t = 20ms是50hz交流電壓的周期。濾波電路用于濾去輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成。由于電抗元件在電路中有儲能作用，并聯(lián)的電容c在電源供給的電壓升高時，能把部分能量存儲起來，而當(dāng)電壓降低時，就能把能量釋放出來，使負(fù)載電壓比較平滑，即c具有平波作用；與負(fù)載串聯(lián)的電感l(wèi)，當(dāng)電源供給的電流增加時，它能把能量存儲起來，而當(dāng)電流減小時又能把能量釋放出來，使負(fù)載電流比較平滑，即電感也具有平波作用。圖1-2 整流與濾波電路圖,1.1.3穩(wěn)壓電路固定式三端穩(wěn)壓器與電容c組成穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓器7805輸出為+5v，穩(wěn)壓器7905輸出為-5v，輸入

5、端接電容可以進一步濾除紋波，輸出端接電容能改善負(fù)載的瞬態(tài)影響，使電路穩(wěn)定工作。、采用漏電流小的鉭電容。其中穩(wěn)壓器的相關(guān)參數(shù)如表1-2所示：表1-2 集成穩(wěn)壓器的參數(shù)名稱cw7812cw7912最大輸入電壓/v+27 -27最小輸入電壓/v +14.5 -14.5輸出電壓范圍/v+11.5 to+12.5-11.5 to-12.5ripple rejection 紋波抑制 +55db+71db集成穩(wěn)壓器的輸出電壓vo與穩(wěn)壓電源的輸出電壓相同穩(wěn)壓器的最大允許電流icmio max,輸入電壓vi的范圍為vomax+(vi-vo)minvivomin+(vi-vo)max （1-6）式中，vomax為

6、最大輸出電壓，vomin為最小輸出電壓，(vi-vo)max為穩(wěn)壓器的最大輸入、輸出壓差，(vi-vo)min為穩(wěn)壓器最小輸入、輸出壓差。第2章 實驗方案分析2.1穩(wěn)壓電源的設(shè)計方法：穩(wěn)壓電源的設(shè)計，是根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓uo、輸出電流io、輸出紋波電壓uop-p等性能指標(biāo)要求，正確地確定出變壓器、集成穩(wěn)壓器、整流二極管和濾波電路中所用元器件的性能參數(shù)，從而合理的選擇這些器件。 穩(wěn)壓電源的設(shè)計可以分為以下三個步驟：1） 根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓uo、最大輸出電流iomax，確定穩(wěn)壓器的型號及電路形式。2） 根據(jù)穩(wěn)壓器的輸入電壓，確定電源變壓器副邊電壓u2的有效值u2；根據(jù)穩(wěn)壓電源的最大輸出電流

7、i0max，確定流過電源變壓器副邊的電流i2和電源變壓器副邊的功率p2；根據(jù)p2，從表1查出變壓器的效率，從而確定電源變壓器原邊的功率p1。然后根據(jù)所確定的參數(shù)，選擇電源變壓器。3） 確定整流二極管的正向平均電流id、整流二極管的最大反向電壓和濾波電容的電容值和耐壓值。根據(jù)所確定的參數(shù)，選擇整流二極管和濾波電容。2.2方案的確定2.2.1 方案一：采用電源變壓器、整流濾波電路和穩(wěn)壓電路。其中穩(wěn)壓電路是使用分離元件，通過取樣、放大、比較和調(diào)整四個環(huán)節(jié)，晶體管選用3dd或3dg等型號。這個方案一般來說比較復(fù)雜，而且驗證過程也比較麻煩且所用到的元件較多且誤差較大，因此盡量不用這個方案2.2.2 方案

8、二：采用電源變壓器、整流濾波電路和穩(wěn)壓電路。其中穩(wěn)壓電路是使用集成電路cw7812和cw7912穩(wěn)壓器。該電路能輸出固定的正負(fù)12v的直流電壓，而且電路較方案一相比結(jié)構(gòu)簡單，所用元件數(shù)目少，且容易調(diào)試。因此，本次設(shè)計我們采用此方案。第3章 參數(shù)確定及元件選擇3.1 集成穩(wěn)壓的選擇及電路的確定3.1.1集成穩(wěn)壓器的選擇 根據(jù)設(shè)計要求及技術(shù)指標(biāo)，選做電壓為正負(fù)12v的直流穩(wěn)壓電源，選擇固定式三端穩(wěn)壓器mc7812和mc7912。芯片mc7812引腳排列為：1端接輸入，2端接地 ,3端接輸出。芯片mc7912cv引腳排列為：1 端接地，2端接輸入，3端接輸出。3.1.2 電路的確定 由實驗原理和設(shè)計

9、要求確定電路如圖3-1所示，圖3-1設(shè)計原理圖3.2 參數(shù)的確定3.2.1 電源變壓器的選擇 由式（1-6），可得輸入電壓vi的范圍為：vomax+(vi-vo)minviiomax，故整流二極管選in40012）濾波電容的選擇根據(jù) 和公式可求得：vi=vop-pvi(vosv)=0.0515.5(120.003)21.53v所以，濾波電容：c=ic t/vi=iomaxvi = 233.3 uf 電容的耐壓要大于215=21.3v故濾波電容c取容量為1000uf，耐壓為35v的電解電容 3.2.3 穩(wěn)壓電路的選擇根據(jù) cw7812和cw7912cv允許的最大輸出電流iomax =1.5a。輸

10、入電壓與輸出電壓差的允許范圍為：ui -uo = 3 5v第4章 元件清單 表4-1 元件清單變壓器220v-15v整流橋堆kbp307二極管 發(fā)光二極管兩個電容極性電容：c1=1000uf兩個， c2=1 00 uf兩個電容：c3=0.33uf兩個 c4=0.1 uf兩個電阻r1=r2=1000集成芯片cw7812和cw7912單排針 兩個第章 原理圖的確定圖5-1原理圖第6章 穩(wěn)壓電路的性能指標(biāo)測試6.1輸出電壓與最大輸出電流的測試測試電路如圖6-1所示。一般情況下，穩(wěn)壓器正常工作時，其輸出電流要小于最大輸出電流，取，可算出rl=24，工作時上消耗的功率為：故取額定功率為5w，阻值為10的

11、電位器。測試時，先使，交流輸入電壓為220v，用數(shù)字電壓表測量的電壓值就是uo（測得它們分別為12.032v和-12.035v）；然后慢慢調(diào)小，直到uo的值下降5%，此時流經(jīng)的電流就是（測得它們分別為0.14a和-0.15a），記下后，要馬上調(diào)大的值，以減小穩(wěn)壓器的功耗圖6-1 穩(wěn)壓電源性能指標(biāo)測試電路6.2穩(wěn)壓系數(shù)的測量 按圖6-1所示連接電路， 在時，測出穩(wěn)壓電源的輸出電壓uo。然后調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓，測出穩(wěn)壓電源對應(yīng)的輸出電壓uo1 ；再調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓，測出穩(wěn)壓電源的輸出電壓uo2。則穩(wěn)壓系數(shù)為： （6-1）所以當(dāng)uo=12v時，測得vo=12.032v，vo1=12.0

12、35v，vo2=12.029v，由（6-1）式得sr=0.0025；同理，當(dāng)uo=-12v時，測得vo=-12.035，vo1=-12.036，vo2=-12.035v，則sr=0.0004。對比技術(shù)指標(biāo)sr0.3%知，穩(wěn)壓系數(shù)符合設(shè)計指標(biāo)。6.3穩(wěn)壓電源內(nèi)阻的測量按圖6-1所示連接電路，保持穩(wěn)壓電源的輸入電壓，在負(fù)載電流為0及最大值時的vo，則ro=vo/ vil當(dāng)io等于0時，測得vo等于12.032v，當(dāng)io為iomax，測得vo為11.079v。ro=1.9.6.4紋波電壓的測試 用示波器觀察uo的峰峰值，（此時y通道輸入信號采用交流耦合ac），測量uop-p的值（約幾mv）。測得放大

13、5倍時對應(yīng)的vop-p=20div5mv/div=100mv 則vop-p=100/5mv=20mv，對比技術(shù)指標(biāo)vop-p50mv知符合技術(shù)指標(biāo)。第七章 誤差分析7.1、誤差分析1）、誤差計算+vcc%=|5.00-5.03|/5.00=0.60%-vcc%=|5.00-5.05|/5.00=1.00%2）、誤差原因綜合分析可以知道在測試電路的過程中可能帶來的誤差因素有:a元件本身存在誤差；b焊接時，焊接點存在微小電阻；c萬用表本身的準(zhǔn)確度而造成的系統(tǒng)誤差；7.2調(diào)試中注意事項調(diào)試結(jié)果是否正確，很大程度受測量正確與否和測量精度的影響。為了保證高度準(zhǔn)確的效果，必須減小測量誤差，提高測量精度。為此，需注意以下幾點：1.正確使用測量儀器的接地端凡是使用低端接機殼的電子儀器進行測量，儀器的接地端應(yīng)和儀器的接地端接在一起，否則儀器機殼引入的干擾不但會