直流稳压电源设计

news2024/11/24 3:27:40

一、设计任务和基本要求：

（1）设计集成直流稳压电源电路。

（2）输出直流电压±5V。

（3）画出逻辑电路图，对电路进行仿真验证，写出总结报告。

图 1 系统组成框图

二、进度安排：

第十二周：复习电子电路的相关知识，了解直流稳压电源的组成和工作原理。

第十三周：查阅并收集与本课题有关的资料。

第十四周：设计直流稳压电源，满足性能指标要求。

第十五周：对设计电路进行工作原理分析，元件参数计算及元件选择。

第十六周：对所设计电路进行仿真与调试。

第十七周：关于直流电源设计和仿真的总结。

第十八周：答辩，提交报告。

三、报告正文：

1.整流电路的设计

方案一:采用半波整流电路

半波整流电路如图2所示，半波整流电路只利用电源输出电压的正半周，电源的利用效率非常低，会带来很大的资源浪费，它仅在高电压、小电流等少数情况下使用，--般半波整流电路电源电路中很少使用。

图2 半波整流电路图

方案二:采用全波整流电路

全波整流电路图见如图3所示，全波整流电路中的每个整流二极管上流过的电流只是负载电流的--半，比半波整流小--倍，它所使用的整流器件较半波整流时多一倍。全波整流电路的整流电压脉动较小，变压器的利用率比半波整流时高很多，整流器件所能承受的反向电压较高。但是全波整流电路需要特制的变压器才能正常工作，变压器二次绕组需要-一个中心抽头，制作起来会比较麻烦。

图3 全波整流电路图

方案三:采用桥式整流电路

桥式整流电路如图4所示，这种整流电路使用普通的变压器，比一般的全波整流电路多用到了两个整流二极管。因为整流二极管以四个连接成电桥形式，所以称这种整流电路为桥式整流电路。桥式整流电路使用的整流器件较一般的全波整流电路多一倍，但是其每个器件所承受的反向电压较小，在直流稳压电源的设计当中得到广泛使用。

图4 桥式整流电路图

综合考虑以上3种方案的优缺点，决定采用方案三:桥式整流电路。

2.滤波电路的设计

方案一:采用电感滤波电路

电感滤波电路如图5所示，电感滤波电路是利用电感对脉动直流的反向电动势来达到滤波的作用，电感量越大，其滤波效果越好。电感滤波电路带负载能力比较好，多用于负载电流较大的场合。如果忽略电感线圈的直流电阻，负载上的直流电压与不加滤波时负载上的直流电压基本相同。电感滤波电路输出电压没有电容滤波高。在电感滤波电路中，峰值电流很小，整流管的导电角较大，输出特性比较平坦，但是由于铁心的存在，笨重、体积大，容易引起电磁干扰，电感滤波电路用只用在低电压、大电流场合。

图5 电感滤波电路

方案二:采用RC滤波电路

RC滤波电路如图6所示，它是由两个电容和一个电阻组成，又称π型RC滤波电路。这种滤波电路由于增加了一个电阻R1，使交流纹波都分担在R1.上。R1和C2越大其滤波效果越好，但R1过大又会造成压降过大，减小了输出电压。在RC滤波电路中，一般R1应远小于R2。

图6 RC滤波电路图

方案三:采用LC滤波电路

LC滤波电路如图7所示，LC滤波电路是-种与RC滤波电路相对的滤波电路，此滤波电路的优点是综合了电容滤波电路纹波小和电感滤波电路带负载能力强的特性。

图7 LC滤波电路图

方案四:采用电容滤波电路

电容滤波电路如图8所示，电容滤波电路是利用电容的充放电原理达到滤波的作用。电容滤波电路简单，纹波较小，负载直流电压比较高，它适用于负载电压较高，负载变动不大的场合，使用电容滤波电路也减轻了电路设计工作。由于电感的体积和制作成本等原因，滤波电路多采用电容滤波。

图8电容滤波电路

基于以上的电路对比分析，选用电容滤波电路。

3.稳压电路的设计

稳压电路的作用是为电路提供更加稳定的直流电。整流滤波电路的输出电压和理想直流电源还有一定的差距，主要因为两方面的原因:第一，当负载电流发生变化时，由于整流滤波电路存在内阻，输出的直流电压将会随之发生变化;第二，当电网电压有波动时,整流电路的输出电压与变压器副边电压有直接的关系，因此输出直流电压也会发生变化。

根据设计任务的要求，利用可调式三端集成稳压器LM317和LM337组装的电路可对称输出士5v的直流电压。进一步改进为组装输出连续可调的士1.2v-士7v。

4.可调式三端集成稳压器

可调式三端集成稳压器克服了固定三端稳压器输出电压不可调的缺点,同时有继承了三端固定式集成稳压器的一些优点。可调式三端集成稳压器CW317 和CW337是一种悬浮式串联调整稳压器, 317系列集成稳压器能够输出连续可调的正电压，337系列集成稳压器能够输出连可调的负电压。它们的外形如图9所示，内部电路如图10所示，典型应用电路如图11所示。

图9 CW317和CW337外形图

图10 可调式三端集成稳压器内部原理图

图11 CW317和CW337典型应用电路

在实际的应用当中，为了使电路正常工作,一般317和337系列稳压器输出电流不小于5mA。其输入电压范围在2~40V之间,输出电压可在1.25V~37V之间调整,负载电流可达到1.5A,因为调整端的输出电流非常小且恒定,可将其忽略不计,这样输出电压可用下式（1）表示:

（1）

在上式中，1.25V是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压，此电压加于给定电阻R1两端，会产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器Rp,通常电阻R1:取值为120Ω ~ 240Ω,根据LM317输出电压表达式，取: R1=2.2k, R2=2k。Rp一般使用精密电位器，与其并联的电容器C可进一步减小输出电压的纹波。

可调式稳压器内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。LM317系列和1M337系列的引脚功能基本相同。

LM317的一-些特性参数如下:

(1)输出电压可调范围: 1.2V~37V;

(2)输出负载电流: 1.5A;

(3)输入与输出工作压差U=Ui-U。: 3~40V。

5.集成稳压器的参数关系

在直流稳压电源的设计当中，集成稳压器的输出电压Uo应与稳压电源要求的输出电压的大小及范围相符。稳压器的最大允许电流I < Io max，稳压器的输入电压Ui以满足下式（1）。

Uo max+ (Ui-Uo) min