直流稳压电源设计方案

电路设计方案第一章绪论直流稳压电源一般由变压器、整流器、滤波器和稳压器四部分组成。

变压器把220V交流电（市电）变为稳压所需的低压交流电；整流器把低压交流电变为直流电；整流后的直流电中仍会含有交流成分，可以通过滤波电路将交流成分滤除；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。

稳压电源的分类方法繁多，按输出电源的类型分有直流稳压电源和交流稳压电源；按稳压电路与负载的链接方式分有串联稳压电源和并联稳压电源；按调整管的工作状态分有线性稳压电源和开关稳压电源；按电路类型分有简单稳压电源和反馈型稳压电源，等等。

如此繁多的分类方式往往让初学者摸不着头脑，不知道从哪里入手。

其实应该说这些看似繁多的分类方法之间有着一定的层次关系，只要理清了这个层次自然可以分清楚电源的种类了。

直流稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，反映直流稳压电源的固有特性，如输入电压、输出电压、输出电流、输出电压调节范围；另一类是质量指标，反映直流稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、纹波电压及温度系数等。

并联稳压电源有效率低、输出电压调节范围小和稳定度不高这三个缺点。

而串联稳压电源正好可以避免这些缺点，所以现在广泛使用的一般都是串联稳压电源。

第二章系统设计方案论证及分析2.1概述晶体管串联型直流稳压电源电路主要元件包括：晶体三极管、限流电阻、稳压二极管、以及滤波电容。

令限流电阻与稳压二极管串联，并在电源与地之间，便可在稳压二极管上得到稳定的电压，之后由NPN 型三极管射极输出、集极接电源输入，稳压二极管接基极、由于发射极与基极PN结间电压固定，因此电路的输出电压等于稳压二极管的电压与PN结电压之和。

2.2设计指标1、学习小功率直流稳压电源的设计与调试方法。

2、掌握小功率直流稳压电源有关参数的测试方法。

3、通过集成直流稳压电源的设计、安装和调试，要求学会：(1)选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源；(2)掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。

(3)通过电路的设计可以加深对该课程知识的理解以及对知识的综合运用。

2.3设计任务①输入电源：单相（AC），220V±10%，50HZ±5%；②输出电压：DC：+3～+12V，连续可调；③输出电流：DC：0～800mA；④负载效应：≤5%；⑤输出纹波噪声电压：≤10mV（有效值）；⑥保护性能：超出最大输出电流20%时立即过流保护；⑦适应环境：温度：0~40℃，湿度：20%~90%RH；⑧PCB尺寸：不大于120mm*90mm。

2.4设计要求直流稳压电源的基本要求：(1)合理的选择电源变压器；(2)合理选择集成稳压器；(3)完成全电路理论设计、计算机辅助分析与仿真、安装调试、绘制电路图；(4)撰写设计使用说明书。

(5)稳压电源在输入电压为220Ｖ，50Hz. 电压变化范围为-10%～+10%条件下：a. 输出直流电压为1.26V～12V,+12V,+9V,+5V,-5V；b. 最大输出电流为:Iomax＝500mA；c. 纹波电压(峰-峰值) ≤5mV(最低输入电压下，满载)；d. 具有过流保护及短路保护功能；e. 画出总体设计框图，以说明直流稳压电源有哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间的联系、变化，并以文字对原理作辅助说明。

设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。

选择合适的元器件，接线验证、调试各个功能模块的电路，在接线验证时设计、选择合适的输入信号和输出方式，在充分电路正确性同时，输入信号和输出方式要便于电路的测试和故障排除。

在验证各个功能模块基础上，对整个电路的元器件和布线，进行合理布局，进行直流稳压电源整个电路的调试。

2.5设计方案论证小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图2.1所示。

（a ）U 1 U 2 Ui U I1 U I2图2.1（a ）、（b ）稳压电源的组成框图及整流与稳压过程2.6电路原理分析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2.2所示。

各部分的作用：图2.2 基本框图（1） 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U2。

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。

（2） 整流滤波电路：整流电路将交流电压U1变换成脉动的直流电压。

负载稳压电路滤波电路 整流电路 变压器再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U0。

常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等，如图2.3所示。

图2.3 桥式整流整流桥将交流电压U2变成脉动的直流电压，再经滤波电容C滤波纹波，输出直流电压U0。

U0与交流电压输出U2的有效值u2的关系为U0=（1.1-1.2）u2每只整流二极管承受的最大的方向电压Vrm=2u2通过每只二极管的平均电流I=0.5Ir=0.45u2/R式中,R 为整流电路的负载电阻.它为电容C提供放电回路,RC放电时间常数应满足RLC≥(3-5)T/2式中,T为50HZ交流电压的周期,即20ms.（3）电压输出稳压器由于输入电压U1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压UI 会随着变化。

因此，为了维持输出电压UI稳定不变，还需加一级稳压电路。

稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。

稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。

采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。

2.7直流稳压电源的参数设计方法稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压Uo 、输出电流Io、输出纹波电压ΔUop-p等性能指标要求，正确地确定出变压器、集成稳压器、整流桥和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择这些器件。

直流稳压电源的参数设计可以分为以下三个步骤：根据稳压电源的输出电压U o 、最大输出电流I o ma x ，确定稳压器的型号及电路形式。

根据稳压器的输入电压I U ，确定电源变压器副边电压U 2的有效值u 2；根据稳压电源的最大输出电流I 0m a x ，确定流过电源变压器副边的电流I 2和电源变压器副边的功率P 2；根据P 2，从表1查出变压器的效率η，从而确定电源变压器原边的功率P 1。

然后根据所确定的参数，选择电源变压器。

确定整流桥的正向平均电流I D 、整流桥的最大反向电压RM U 和滤波电容的电容值和耐压值。

根据所确定的参数，选择整流桥和滤波电容。

设计参数如下：⑴ 选择成稳压器稳压管：D6=8.2V.⑵选择电源变压器次级线圈的电压：（以~220输入，输出500mA 为准,整流部分二极管的压降为3V ，三极管的 压降为3V,输出电压为15V ） V3=2+3+15=20V V2’=V3/1.2=16.67V 次级线圈的电压：V2=V2’/0.9=18.5V（3）用整流桥和滤波电容整流部分：二极管的选择：耐压u=20.35×2≈30V电流Imax=0.5Imax=1A 功率 选材：4001滤波电容：RC>(3~5)T/2=(3~5) ×0.01C>0.05/R=0.05/12≈4200uF （其中R=6/0.5=12欧）耐压u=20.35×1.414≈30V选材：3300uF/50V第三章 单元电路的设计在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。

本次课程设计的稳压源是小功率稳压源，它由电源变压器，整流，滤波和稳压电路等四部分组成。

各部分的介绍如下：3.1电源变压器电源变压器的作用是将交流电网220V 的交流电压变换为所需的交流电压。

变压器的副边与原边的功率比定义为变压器的效率。

3.2整流电路整流电路的任务是将交流电变为直流电，完成这一任务主要靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。

在小功率整流电路中，常见的几种整流电路有单相半波，全波，桥式和被压整流电路。

本设计中采用的是单相桥式整流电路。

在桥式整流电路中，二极管D1，D3和D2，D4是两两轮流导通的，所以流经每个二极管的平均电流为:LL O O D R U R U I I 245.0221=== （3-2-1） 每只整流二极管承受的最大反向电压为：22U U RM = （3-2-2）一般电网电压波动范围为±10%。

实际上选用的二极管的最大整流电流和最高反向电压应留有大于10%的余量。

桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正，负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。

3.3滤波电路滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成。

滤波电路的形式很多，为了掌握它的分析规律，把它分为电容输入式和电感输入式。

前一种滤波电路多用于小功率电源中，而后一种滤波电路多用于较大功率电源中。

所以本设计中采用电容输入式滤波电路。

在表达式（3-2-2）中电阻R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C提供放电回路，RC放电时间常数应满足RC >（3～5）Tˊ/2 （3-3-1）式中Tˊ为50HZ交流电压的周期，及20ms。

3.4稳压电路1.稳压原理。

利用稳压二极管的反向击穿特性。

由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。

VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓2.串联稳压电源构成VO =VI-VR当VI↑→R↑→VR↑→在一定程度上抵消了VI增加对输出电压的影响。

若负载电流IL↑→R↓→VR↓→在一定程度上抵消了因IL增加，使VI 减小，对输出电压减小的影响。

第四章制作与检测4.0 PCB板的制作1.准备原理图和网络表。

2.规划电路板，设置参数。

3.装入网络表，元件封装。

4.布置元件，手工调整。

5.布线，手工调整。

6.pcb文件存盘，save，打印输出。

并检查打印出来的PCB图是否完好。

溶液进行腐蚀。

7.用Fecl34.1安装与检查对电路进行组装：按照自己设计的电路，在PCB板上焊接。

焊接完毕后，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。

4.2 焊接技术手工焊接一般分四步骤进行。

①准备焊接:清洁被焊元件处的积尘及油污,再将被焊元器件周围的元器件左右掰一掰,让电烙铁头可以触到被焊元器件的焊锡处,以免烙铁头伸向焊接处时烫坏其他元器件。

焊接新的元器件时,应对元器件的引线镀锡。

②加热焊接:将沾有少许焊锡和松香的电烙铁头接触被焊元器件约几秒钟。