直流稳压电源设计说明
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1、1、总体设计思路1.1直流稳压电源的设计思路在电子电路及设备中一般都需要稳定的直流电源供电。 这次设计的直流电源 为单相小功率电源，它将频率为 50Hz、有效值为220V的单向交流电压转换为幅 值稳压、输出电流为几十安以下的直流电压。单相交流电经过电源变压器、 整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的 直流电压。其基本设计思路如下：（1）电网供电电压交流 220V（有效值）50Hz，要获得低压直流输出，首先必 须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大 （即脉动大）。（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的
2、直流电，即将 交流成份滤掉，保留其直流成份。（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影 响的稳定直流电压输出，供给负载 RL=基本流程图1.2直流稳压电源基本原理直流稳压电源是一种将 220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装 置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。变压环节由于直流电压源输入电压为 220V电网电压，一般情况下，所需直流电压的 数值远小于电网电压，因此需通过电源变压器降压后，再对小幅交流电压进行处 理。变压器的电压比及副边电压有效值取决于电路设计和实际需要。整流环节变压器变压器副边电压通过整流电路从交流电压转换为直流电压，即将正弦波电压转
3、换为单一方向的脉动电压，半波整流电路和全波整流电路的输出波形如 上图所画。可以看出，他们均含有较大的交流分量，会影响负载电路的正常工作； 例如，交流分量将混入输入信号被放大电路放电， 甚至在放大电路的输出端所混 入的电源交流分量大于有用信号；因而不能直接作为电子电路的供电电源。 应当 指出，图中整流电路输出端所画波形是未接滤波电路时的波形，接入滤波电路后波形将有所变化。本设计采用单相桥式整流电路，这种整流电路克服了单项半波整流电路输出 电压低，交流分量大（即脉冲大），效率低等缺点。滤波环节为了减小电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑理想情况 下，应将交流分量全部滤掉，使滤波电路的
4、输出电压仅为直流电压。 对于稳定性 不高的电子电路，整流、滤波后的直流电压可以作为供电电源。本设计采用LC滤波电路，这种电路具有较强适应性，带负载能力较强。二极管的导通角 较大，整流管的冲击电流较小。稳压环节虽然整流滤波电路能将交流电压变换成较为平滑的直流电压，但是，一方面，由于输入电压平均值取决于变压器副边电压的有效值，所以电网电压波动时，输出电压平均值也随之产生；另一方面，由于整流电路阻存在，当负载变化时，阻 上的电压将产生变化。因此，整流滤波电路输出电压会随着电网电压的波动而波 动，随着负载电阻的变化而变化。 为了获得稳定性好的直流电压，必须采用稳压 措施。2各部分电路设计2.1变压电路
5、设计变压电路相对简单，仅有一个单相变压器，变压器将220V市电转化为电路能承担的电压。理想变压器满足I 1 /I 2=U 2 /U 1 =N 2 /N 1 =1/n,因此Pi =P2 =UiI 2=U2I 1.变压器副边与原边的功率比为P2/P1,式中是变压器的效率。根据电路需要选择适当的单相变压器。2.2整流电路设计220V>、50Hz?'2u2整流电路是把交流电能转换为直流电能的电路。有半波整流和全波整流，最常用的是单相桥式整流电路。本设计也采用了单相桥式整流电路， 所谓桥式整流 电路，就是用二极管组成一个整流电桥。当输入电压处于交流电压正半周时，二极管Di、负载电阻RL、D
6、3构成一个回路输出电压Uo=ui-UDi-UD3。输入电压处于交流电压负半周时，二极管D2、负载电阻RL D4构成一个回路，输出电压 Uo=ui-UD2 -UD4。-220 V50 HzA-220 V50 H/八6r丄+/j 十1-<单项桥式整流电路设变压器的副边电压有效值为 U 2 ,则其瞬时值u2 八2 U 2 sin 31。 当u 2为正半周时，电流由A点流出，经D 1、Rl、D 3流入B点，因而 负载电阻R L上的电压等于变压器副边电压，即 u o = u 2，D 2和D 4管 承受的反向电压为-u 2。当u 2为副半周时，电流由B点流出，经D 2、Rl 、D 4流入A点，负载电
7、阻Rl上的电压等于-u 2，即u 0 =- u 2，D 1、D 3承受的反向电压为u 2。由于D 1、D 3和D 2、D 4两对 二极管交替导通，致使负载电阻 R L上在u 2的整个周期都有电流通过，而且 方向不变，输出电压u 0 =| / U 2 sin 3 t | 。单项桥式整流电路的波形图通过上述分析，可以得到桥式整流电路的基本特点如下：（1）桥式整流输出的是一个直流脉动电压。（2）桥式整流电路的交流利用率为 100%（3） 电容输出桥式整流电路，二极管承担的最大反向电压为2倍的交流峰值电 压（电容输出时电压叠加）。（4）桥式整流电路二极管的负载电流仅为半波整流的一半。（5）实际电路中，
8、桥式整流电路中二极管和电容的选择必须满足负载对电流的 要求。2.3滤波电路设计滤波的基本概念滤波电路利用电抗性元件对交、 直流阻抗的不同，实现滤波。电容器 C对直 流开路，对交流阻抗小，所以 C应该并联在负载两端。电感器 L对直流阻抗小， 对交流阻抗大，因此 L应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量、 又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数， 改善了直流电压的质量。滤波电路通常有电容滤波、电感滤波和复式滤波。2.3.2 LC滤波电路设计由于LC滤波器具有良好的滤波性能，其带负载能力强，二极管导通角大， 整流管的冲击电流小。它是电容滤波电路和电感滤波电路的结
9、合。 其电路图如下：LC滤波是传统的谐波补偿手段，即 LC滤波器，也称为无源滤波器。2.4稳压电路设计稳压要求经整流滤波后输出的直流电压，虽然平滑程度较好，但其稳定性是比较差的。 其原因主要有以下几个方面：1 由于输入电压（市电）不稳定（通常交流电网允许有+ 10%的波动），而 导致整流滤波电路输出直流电压不稳定；2 当负载RL变化（即负载电流IL变化时，由于整流滤波电路存在一定的 阻，使得输出直流电压发生变化；3.当环境温度发生变化时，引起电路元件（特别是半导体器件）参数发生变化，导致输出电压发生变化。所以，经整流滤波后的直流电压，必须采取一定的稳压措施，才能适合电子 设备的需要。常用的稳压
