直流稳压电源的设计与调试

电路供电系统设计

线性直流稳压电源的设计与调试应用目标：

模拟(光电信号放大)电路供电电源 CCD摄像机供电电源输入电压：AC220V 输出电压：DC12V 输出电流：250mA

技术指标：

主要内容

1 直流稳压电源分类简介2 技术方案获取思路 3 自顶向下设计——线性稳压电源

工作原理，方案设计与参数计算

4 自底向上设计

5 实验内容与测试步骤

1 直流稳压电源分类简介

线性直流稳压电源：集成线性稳压电源价格便宜，纹 波小，使用简单，适用于模拟放大电路。 缺点:重量、体积大效率较低，尤其大电流和低电压输 出的情况，目前通常仅适用1安培以下电流的需要。 开关直流稳压电源：又可分为AC/DC和DC/DC两类， 价格便宜，市售广泛，效率高，体积小，重量轻，适 用于数字电路，安培级或以上的应用。 缺点:纹波较大，电路结构相对复杂。 直流电源的主要指标：输出电压、输出电流、脉动系 数、效率、噪声特性等。3

典型直流稳压电源大功率开关电源

线性电源 大功率线性电源

开关电源

电源频域、噪声特性

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线性电源

开关电源

2 技术方案获取思路1、从设计任务开始分析——自顶向下设计

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设计过程从输入输出参数开始，通过查找相关参考电 路，通过设计、计算获得各元器件的组成和具体参数值。 可能获得多种技术方案，需选择其中相对最优的一种。

2、从关键器件开始分析——自底向上设计 通过已知的关键器件及其典型外部电路获得基本电路， 通过结合输入输出的参数补充完成完整电路。 设计相对简单，方案也相对唯一，但过分依赖参考设 计。6

3 自顶向下设计3.1 线性直流稳压电源组成经文献检索：AC220V->DC12V的线性稳压电 源基本结构组成框图：

3.2 电路原理与设计设计项目：1. 整流元件的参数选择； 2. 滤波电容的参数选择； 3. 三端稳压块的参数选择； 4. 电源变压器加工参数；

重点项目：确定变压器次级绕组输出电压 有效值(直接决定了电源的耗 散功率、温度状况和体积 大小) 8

典型电路原理图

3.3 整流元件

1)整流原理

半波整流原理及参数计算依据桥式整流原理及参数计算依据 二极管整流参数计算

二极管平均整流电流ID(AV) 二极管最大反向电压URM

2)半波整流原理与参数设计

平均输出电压 U0(AV) 1 U 0( AV ) 2U 2 sin( t )d ( t ) 0.45U 2 2 0

整流管平均整流电流 ID(AV)U 0( AV ) RL U2 0.45 RL

I D ( AV )

整流管最大反向峰值电压URM

U RM 2U 211

3)桥式整流原理与参数设计

平均输出

电压 U0(AV) 0

U 0 ( AV )

1

2U 2 sin( t )d ( t ) 0.9U 2

整流管平均整流电流 ID(AV) U 0( AV ) U I D ( AV ) 0.9 2 RL RL 整流管最大反向峰值电压URMU RM 2U 212

3.4 滤波原理

途径:安装滤波电容 问题:

半波整流经过滤波以后二极管的参数选择有什么不同？ 桥式整流 经过滤波以后输出电压的平均值U0(AV)=? 滤波电容C参数应如何选择？13

1)半波整流滤波原理

电容充电使二极管在整个半周内并不 完全导通，它只在t3~t4内导通； 最大整流电流(IF):若电源在交流 电的正半周任何时刻接通，由于电容 两端的电压不能发生突变，将有很大 的冲击电流流过，IF一般比额定电流 大2至3倍，即：

I F (2 ~ 3) I L

负载开路时，电容两端的电压将保持 在交流电的峰值电压，二极管的反向 峰值电压URM比原来的高出一倍，即：

U RM 2 2U 2

上述两式同样适合与桥式整流。

2)桥式整流滤波原理

输出直流电压平均值近似计算：U 0( AV ) U 0 max U 0 min U U 0 min U 0 max 0 max 2 2 T U 0 max U 0 min 2 U 0 max RL C T T U 0 max (1 ) 2U 2 (1 ) 4 RL C 4 RL C

U 0( AV )

经验上：RLC (3 ~ 5)T

C (1500 ~ 2000)I0

U0( AV ) 1.2U2 平均电压U0(AV): T 滤波电容C: C 5 RL

3.5 三端稳压块——原理

抑制负载电阻变化和电网波动使输 出电压稳压原理: Uo↓→ V- ↓ →V0↑ →Ue↑ →Uo↑ Uo↑→ U- ↑ →V0↓ →Ue↓ →Uo↓

若调整管处于放大区时，电网电压 的波动完全被调整管所吸收。 三端稳压集成块输出稳定电压的必 要条件:

输入端与输出端的电压差必须大 于调整管的饱和压降，即变压器 的输出功率必须有一部分被消耗 在调整管上。