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姓名：摘要：由於各種電子裝置都需要直流電源供電，而市電提供的是220v50hz的交流電，因此需要將交流電變換成直流電。
直流穩壓電源主要由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩壓電路四部分組成，本設計採用電源變壓器將電網電壓降低獲得所需交流電壓，通過全波橋式整流電路使交流電壓變成單向直流電，採用電容濾波電路濾除紋波成分，再採用可調式整合穩壓器lm317穩壓電路使輸出電壓穩定，並從0～15v連續可調。
通過測試，本設計在輸出電壓5v時測試結果：空載電壓5.01v，負載電壓5.
01v,紋波電壓1.03mv，由於電網電壓存在±10%（198v至242v）的波動，當電網電壓為198v時，輸出電壓為5.00v，當電網電壓為242v時，輸出電壓為5.
01v。在輸出電壓12v時測試結果：空載電壓12.
03v，負載電壓12.02v,紋波電壓1.33mv，當電網電壓為198v時，輸出電壓為12.
01v，當電網電壓為242v時，輸出電壓為12.03v。經計算分析各項指標均符合要求，是理想的可調直流穩壓電源。
關鍵字：穩壓整流可調電容濾波紋波電壓指標
一.方案設計與論證
1.總體設計思想
由於各種電子裝置都需要直流電源供電，而市電提供的是220v50hz的交流電，因此，需要將交流電變換成直流電。
電網供電電壓交流220v(有效值)50hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須採用電源變壓器將電網電壓降低獲得所需要交流電壓。降壓後的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動大）。脈動大的直流電壓須經過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。
濾波後的直流電壓，再通過穩壓電路穩壓，便可得到基本不受外界影響的穩定直流電壓輸出。
直流穩壓電源主要由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩壓電路四部分組成，如圖1所示。
圖1 直流穩壓電源的原理框圖
電源變壓器：將電網電壓變為所需的交流電壓，同時還可以起到隔離直流電源與電網的作用。
整流電路：利用具有單向導電性的整流元件，將大小、方向變化的正弦交流電變換成單向脈動的直流電。
濾波電路：將整流後的單向脈動直流電壓中的紋波成分盡可能濾除掉，使其變成平滑的直流電。
穩壓電路：採取某些措施，使輸出的直流電壓在市電電壓或負載電流發生變化時保持穩定。
2.方案設計與論證
（1）整流電路的選擇與分析
方案一：半波整流電路
半波整流電路及其波形如圖2所示。
(a)半波整流電路圖 (b)半波整流電路波形圖
圖2該電路工作原理：設變壓器次級電壓2=u2msinwt=u2sinwt，其中u2m為其幅值，u2為有效值。當u2變化的正半週期時，二極體d受正向電壓偏置而導通，ul=u2；當u2變化的負半週期時，二極體d處於反向偏置狀態而截止，ul=0。
由波形圖可見，輸入電壓是雙極性，而輸出電壓是單極性，且是半波波形，輸出電壓與輸入電壓的幅值基本相等。
由理論分析可得，輸出單向脈衝電壓的平均值即直流分量為
uo=2u2/π≈0.45u21)
顯然，輸出電壓中除了直流成分外，還含有豐富的交流成分基波和諧波，這些諧波的總和稱為紋波，它疊加與直流分量之上。常用紋波係數來表示直流輸出電壓中相對紋波電壓的大小，即
=uor/uo2)
式中，uor為諧波電壓總有效值，其值應為
uor=( u22-uo2)1/23)
由(1)、(2)和(3)式通過計算可得，≈1.98。由結果可見，半波整流電路的輸出電壓紋波較大。
方案二：全波整流電路
全波橋式整流電路及其波形如圖3所示，圖中4個二極體接成電橋的形式，故有橋式整流之稱。
(a)全波橋式整流電路圖 (b)全波橋式整流電路波形圖
圖3 該電路工作原理：設變壓器次級電壓2=u2msinwt=u2sinwt，其中u2m為其幅值,u2為有效值。在電壓u2的正半週期時，二極體d1、d3因受正向偏壓而導通，d2、d4因承受反向電壓而截止；在電壓u2的負半週期時，二極體因受d2、d4正向偏壓而導通，d1、d3因承受反向電壓而截止。
由波形圖可見，輸入電壓是雙極性，而輸出電壓是單極性，且是全波波形，輸出電壓與輸入電壓的幅值基本相等。
由理論分析可得，輸出全波單向脈衝電壓的平均值即直流分量為
uo=2u2/π≈0.9u24)
由(2)、(3)和(4)式通過計算可得≈0.48。由結果可見，全波整流電路的輸出電壓紋波比半波整流電路小得多。
綜上所述，半波整流電路只利用了電源的半個週期，同時整流電壓的脈動係數較大，而全波橋式整流電路因電源變壓器在正負半周內都向負載提供電流，變壓器得到充分利用，效率較高，並且輸出電壓紋波比半波整流電路小得多。因此，本設計中整流電路採用全波橋式整流電路。
（2）濾波電路的選擇與分析
方案一：電感濾波電路
電感濾波電路及其波形圖如圖4所示，由於市電交流電頻率較低（50hz），圖中感一般取值較大，約幾h以上。
(a)電感濾波電路b)電感濾波電路波形
圖4電感濾波電路是利用電感的儲能來減小輸出電壓紋波的。當電感中電流增大時，自電感電動勢的方向與原理電流方向相反，自感電動勢阻礙了電位的增加同時也將能量儲存起來，使電流的變化減小；反之當電感中電流減少時，自感電動勢的作用阻礙電流的減少，同時釋放能量，使電流變化減小，因此，電流的變化小，電壓的紋波得到抑制。
由以上分析可知，電感濾波電路的幾個特點：
a）l越大、rl越小，輸出電壓紋波越小。
b）忽略電感內阻，ul0=0.9u2（理論值）。
c）電感濾波適用於低電壓、大電流的場合。
d）工頻電感體積大，重量重，**高，損耗大，電磁輻射強，因此一般少用。
方案二：電容濾波電路
電容濾波電路如圖5所示，由於市電交流電頻率較低（50hz），圖中電容c一般取值較大，約2200uf以上。
(a)電容濾波電路b)電容濾波電路波形
圖5該電路工作原理：設2=u2msinwt=u2sinwt，由於是全波整流，因此不管是在正半週期還是在負半週期，電源電壓u2一方面向rl供電，另一方面對電容c進行充電，由於充電時間常數很小（二極體導通電阻和變壓器內阻很小），所以很快充滿電荷，使電容兩端電壓uc基本接近u2m，而電容上的電壓是不會突變的。現假設某一時刻u2的正半週期由零開始上公升，因為此時電容上電壓uc基本接近u2m，因此u2＜uc，d1、d2、d3、d4管均截止，電容c通過rl放電，由於放電時常數 d=rlc很大（rl較大時），因此放電速度很慢，uc下降很少。
與此同時，u2仍按u2sinwt的規律上公升，一旦當u2＞uc時，d1、d3導通，u2→d3→c→d1對c充電。然後，u2又按u2sinwt的規律下降，當u2＜uc 時，二極體均截止，故c又經rl放電。不難理解，在u2的負半週期也會出現與上述基本相同的結果。
這樣在u2的不斷作用下，電容上的電壓不斷進行充放電，周而復始，從而得到一近似於鋸齒波的電壓ul=uc，使負載電壓的紋波大為減小。
由以上分析可知，rlc越大，電容放電速度越慢，負載電壓中的紋波成分越小，負載平均電壓越高。電容濾波適用於負載電壓較高、負載變化不大的場合。
綜上所述，電感濾波電路由於工頻電感體積大，重量重，**高，損耗大，電磁輻射強，一般很少用，而電容濾波電路簡單，而且紋波小。因此，本設計中濾波電路採用電容濾波電路。
（3）穩壓電路的選擇與分析
方案一：穩壓管穩壓電路
穩壓管穩壓電路原理如圖6所示。圖6電路中的vz和r構成了穩壓調節電路。
圖6 穩壓管穩壓電路
電路中的穩壓管vz工作於反偏狀態，該電路的穩壓原理是：針對市電220v 交流電壓波動，當交流電源電壓增加而使整流輸出電壓ui隨著增加，而ui的公升高又會引起輸出電壓ul（即uz）的增大。由穩壓管的穩壓特性可知，uz的增大，勢必引起iz的較大增大，於是限流電阻r上的電流i增大，r上的電壓降也增大，這在很大程度上讓r承擔了ui的變化，從而使ul基本上趨於穩定（ui↑→
ul↑→iz↑→i↑→ur↑→ul↓）。反之，當ui下降引起ul變小時，也會引起iz減小，r上的壓降ur減小，同樣保持了ul的基本穩定。
由以上分析可見，在這種穩壓電路中，穩壓管起著電流控制作用。這種併聯型穩壓管穩壓電源雖然結構簡單，負載電流變化小，但是輸出電壓只能等於穩壓管的穩定電壓，允許電流的變化幅度也受到穩壓管穩定電流的限制。
方案二：整合穩壓電路
整合穩壓電路內部原理框圖如圖7所示。
圖7 整合穩壓電路內部原理框圖
整合穩壓器是將功率調整管、取樣電阻以及基準穩壓、誤差放大、啟動和保護電路等全部整合在1個晶元上而形成的一種穩壓積體電路。其工作原理是：取樣電路將輸出電壓uo按比例取出，送入比較放大器與基準電壓進行比較，差值被放大後去控制調整管，以使輸出電壓uo保持穩定。
整合穩壓器具有穩壓精度高、工作穩定可靠、外圍電路簡單、體積小、**低廉等顯著優點，因此在各種電源電路中被廣泛使用。
綜上所述，穩壓管穩壓電路的穩壓效果不夠理想，並且它只能用於負載電流較小的場合，而整合穩壓電路體積小、**低廉、使用簡單、效能良好、可靠性高。因此，本設計中穩壓電路採用整合穩壓電路。
3.總體方案設計
經過分析比較，本設計採用電源變壓器將電網電壓降低獲得所需交流電壓，通過全波橋式整流電路使交流電壓變成單向直流電，採用電容濾波電路濾除紋波成分，再採用可調式整合穩壓器lm317穩壓電路使輸出電壓穩定，並從3～15v連續可調。電路原理圖如圖8所示。
圖8 0～12v可調直流穩壓電源原理圖
二.理論計算與分析
1.電源變壓器
電源變壓器是降壓變壓器，它將電網220v交流電壓變換成符合要求的交流電壓，並送給整流電路。
電源變壓器應按電路的輸出功率和輸出電壓的要求來選擇。原則是：變壓器的二次測電壓根據電源的輸出電壓來決定，應能保證穩壓電源的輸入與輸出電壓差在3v以上，變壓器的功率p 要根據穩壓電源的輸出電壓uo和輸出電流io決定，應滿足p≥1.
4uoio。
本穩壓電源輸出電壓uo最大為15v，輸出電流io最大為1.5a，又因變壓器的選擇以其最大輸出電流的60％為最適宜, 因為iomax=1.5a,則1.
5×60％=0.9，故取i2=1a，因此可選用p≥1.4×18×1=25.
2 (w),變壓器二次側電壓為18v的變壓器。這樣，整流濾波輸出電壓為1.2×18v=21.
6v,考慮市電電壓向下波動10%，則為0.9×21.6v=19.
44v，穩壓電源輸出與輸入差為19.44v-15v=4.44v，滿足要求。
由以上分析知，電源變壓器應選二次側電壓為18v，功率為30w的變壓器。
2.整流電路
整流電路採用由四隻整流二極體組成的橋式整流電路,它將交流電壓變成脈動的單向直流電壓,再經過濾波電容c濾除紋波。
整流橋中二極體的平均電流為： id=io/2 =0.75a
式中io為負載輸出電流，其值為1.5a。
直流穩壓電源設計報告
目錄1 實訓目的3 2 設計要求3 3 方案選擇與論證3 3.1課題分析 3.2穩壓電路方案選擇 3.2.1分立元件串聯型穩壓電路 3.2.2整合穩壓塊穩壓電路 4 單元電路的設計 4.1橋式整流電路 4.2濾波電路 4.3穩壓電路 5 pcb板設計 5.1設計要點 5.2 pcb板的製作 6 安裝...
直流穩壓電源設計
目錄前言11.總體設計方案介紹2 1.1 整流濾波電路部分2 1.2 穩壓電路部分2 2.單元模組設計3 2.1 整流濾波電路設計3 2.2 穩壓電路設計4 2.2.1 穩壓電路的基本設計方案及引數4 2.2.2 比較放大器6 2.2.3 取樣電路8 2.2.4 整機電路參考圖及 波形圖9 3 穩壓...
直流穩壓電源
穩定直流電源的電子裝置。直流穩壓電源的供電電源大都是交流電源，當交流供電電源的電壓或負載電阻變化時，穩壓器的直流輸出電壓都會保持穩定。直流穩壓電源隨著電子裝置向高精度 高穩定性和高可靠性的方向發展，對電子裝置的供電電源提出了高的要求。直流穩壓電源按習慣可分為化學電源 線性穩壓電源和開關型穩壓電源。3...