直流稳压电源的设计方法范文第1篇

【关键词】稳压电源；设计；参数

任何电子设备的工作都离不开直流电源，晶体管、集成电路正常工作都需要直流电源供电。提供直流电的方法主要有干电池和稳压电源两种。干电池具有输出电压稳定便于携带等优点但是其容量低寿命短的缺点也十分明显。而直流稳压电源能够将220V交流电转换为源源不断的稳定的直流电.它由变压、整流、滤波、稳压四部分电路等组成。参考电路如图1所示。

1.变压

稳压电源的输出电压一般是根据仪器设备的需要而定的，有的仪器设备同时需要几种不同的电压。单独的稳压电源，其输出电压在一定的范围内可以调节，当调节范围较大时，可分几个档位。因此，需要将交流电通过电源变压器变换成适当幅值的电压，然后才能进行整流等变换，根据需要，变压器的次级线圈一般都为两组以上选用合适的变压器将220V±10%的高压交流电变成需要的低压交流电，要满足电源功率和输出电压的需要，变压器选用应遵循以下原则：

（1）在220V±15%情况下应能确保可靠稳定输出。一般工程上变压、整流和滤波后的直流电压可以按下面情况确定：

一是要考虑集成稳压电路一般是要求最小的输入输出压差；二是要考虑桥式整流电路要消耗两个二极管正向导通的压降；三是要留有一定的余量。输出电压过高会增加散热量，过低会在输出低压时不稳定，由此来确定直流电压.

（2）变压器要保留20%以上的电流余量。

2.整流

是将正弦交流电变成脉动直流电，主要利用二极管单向导电原理实现，整流电路可分为半波整流、全波整流和桥式整流。电源多数采用桥式整流电路，桥式整流由4个二极管组成，每个二极管工作时涉及两个参数：一是电流，要满足电源负载电流的需要，由于桥式整流电路中的4个二极管是每两个交替工作，所以，每个二极管的工作电流为负载电流的一半；二是反向耐压，反向电压要大于可能的最大峰值。

（1）电流负载ID>IL；

（2）反向耐压为变压器最高输出的峰值VD>V2。

3.滤波

滤波的作用是将脉动直流滤成含有一定纹波的直流电压，可使用电容、电感等器件，在实际中多使用大容量的电解电容器进行滤波。图中C2和C4为低频滤波电容，可根据实验原理中的有关公式和电网变化情况，设计、计算其电容量和耐压值，选定电容的标称值和耐压值以及电容型号（一般选取几百至几千微法）。

C1和C3为高频滤波电容，用于消除高频自激，以使输出电压更加稳定可靠。通常在0.01μF～0.33μF范围内。

（1）低频滤波电容的耐压值应大于电路中的最高电压，并要留有一定的余量；

（2）低频滤波电容C2选取应满足：C2≥（3～5）；RL为负载电阻，T为输入交流电的周期。对于集成稳压后的滤波电容可以适当选用数百微法即可；

（3）工程上低频电容C2也可根据负载电流的值来确定整流后的滤波电容容量，即：C2≥（IL/50mA）×100uF。

4.稳压

经过整流和滤波后的直流电压是一个含有纹波并随着交流电源电压的波动和负载的变化而变化的不稳定的直流电压，电压的不稳定会引起仪器设备工作不稳定，有时甚至无法正常工作。为此在滤波后要加稳压电路，以保障输出电压的平稳性。稳压方式有分立元件组成的稳压电路和集成稳压电路。分立元件组成的稳压电路的稳压方式有串联稳压、并联稳压和开关型稳压等，其中较常用的是串联稳压方式。

（1）串联稳压电路

串联稳压电路工作框图如图2所示，它由采样电路、基准电压电路、比较放大电路和调整电路组成。

（2）集成稳压器

随着集成工艺技术的广泛使用，稳压电路也被集成在一块芯片上，称为三端集成稳压器，它具有使用安全、可靠、方便且价格低的优点。

三端稳压器按输出电压方式可分为四大类：

①固定输出正稳压器7800系列，如7805稳压值为+5V。

②固定输出负稳压器7900系列。

③可调输出正稳压器LM117、LM217、LM317及LM123、LM140、LM138、LM150等。

④可调输出负稳压器LM137、LM237、LM337等。

直流稳压电源的设计方法范文第2篇

电源是一切电子设备的基础，没有电源就不会有如此种类繁多的电子设备。中职学校电工电子专业的同学作为初学者首先遇到的就是要解决电源问题，否则电路无法工作、电子制作无法进行，学习就无从谈起。

【关键词】

直流稳压电源 设计 优化 测评

【正文】

电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。另外，很多中职学校的电工电子专业初学阶段首先遇到的就是要解决电源问题，否则电路无法工作、电子制作无法进行，学习就无从谈起。下面我们就直流电源的基本设计问题进行探索。根据中职学生在校学习阶段的实际需要，提出以下的设计任务和要求：

一、设计要求

1．输出电压可调：Uo= +3V ～ +9V

2．最大输出电流：Io max= 800mA

3．输出电压变化量：ΔVop_p≤5mV

4. 稳压系数：SV≤3×10-3

二、设计方案和论证

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，基本设计：

方案一：单相半波整流电路

传统单相半波整流简单，使用元件少，它只对交流电的一半波形整流，只要横轴上面的半波或者只要下面的半波，所以整流效率不高，而且整流电压的脉动较大，无滤波电路时，整流电压的直流分量较小，Vo=0.45Vi，变压器的利用率低。

方案二：单相桥式整流电路

使用的整流元件较全波整流时多一倍，整流电压脉动与全波整流相同，每个元件所承受的反向电压为电源电压峰值。根据实际情况，综合3种方案的优缺点:决定选用方案二。

三、各电路设计和参数估算

整流电路采用桥式整流电路，电路所示。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。

在设计时，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：Uo1=(1.1～1.2)U2，直流输出电流：

（I2是变压器副边电流的有效值。），稳压电路可选集成三端稳压器电路。

3．1集成三端稳压器的选择

三端可调式集成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、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lM337系列的引脚功能相同。

输出电压表达式为:

在式中，1.25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 两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器 ，电阻 常取值 。电路加入了二极管D，用于防止输出端短路时10µF大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。

LM317其特性参数：

输出电压可调范围：1.2V～37V

输出负载电流：1.5A

输入与输出工作压差ΔU=Ui-Uo：3～40V

能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路。

3．2电源变压器的选择

电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。电源变压器的效率为：

由于LM317的输入电压与输出电压差的最小值 ，输入电压与输出电压差的最大值 ，故LM317的输入电压范围为：

即

，取

变压器副边电流： ，取 ，

因此，变压器副边输出功率：

由于变压器的效率 ，所以变压器原边输入功率 ，为留有余地，选用功率为 的变压器。

3．3整流二极管和滤波电容的选用

由于： ， 。

IN4001的反向击穿电压 ，额定工作电流 ，故整流二极管

选用IN4001。

3．4滤波电容

根据，

和公式

可求得：

所以，滤波电容：

电容的耐压要大于 ，故滤波电容C取容量为 ，耐压为 的电解电容。

四、 原理图和元件清单

1． 使用DXP2004设计总原理图，然后由软件自动生成的元件清单。

2． 元件需要三极管、二极管、电解电容、电阻、稳压管、电位器若干。

五、安装与调试(使用Multisim10调试)

按PCB图，制作好电路板。安装时，先安装小元件，这样方便元件的摆放，因此先安装整流电路，再安装稳压电路，最后再装上滤波电路。软件如果没有LM317元件，用LM117代替。模拟实验中：

1. 电位器R2取最大值时，Uo=9.088V

2. 同理电位器R2取最小值时,Uo=2.983V

3. 电位器在0到10K之间，输出电压连续可调：约为3V~9V。

六、测试性能与分析

1．输出电压与最大输出电流的测试

一般情况下，稳压器正常工作时，其输出电流I0要小于最大输出电流，Iomax，取 ，可算出RL=20Ω，工作时 上消耗的功率为：

故 取额定功率为10W，阻值为20 Ω的电位器。

测试时，先使 ，交流输入电压为220V，用数字电压表测量的电压值就是Uo。然后慢慢调小 ，直到Uo的值下降5%，此时流经 的电流就是 ，记下 后，要马上调大 的值，以减小稳压器的功耗。当R5（RL）=20欧姆，Uo=8.78V, Io=438.979mA，同理Uo下降5%（8.332V）时，Io=846.644mA,即Iomax=Io.

2．纹波电压的测试

用示波器观察Uo的峰值，（此时Y通道输入信号采用交流耦合AC），测量ΔUop-p

的值（约几mV）。由示波器得出：ΔUop-p=106。845uV

3．稳压系数的测量

按实际连接电路， 在 时，测出稳压电源的输出电压Uo。然后调节自耦变压器使输入电压 ，测出稳压电源对应的输出电压Uo1 ；再调节自耦变压器使输入电压 ，测出稳压电源的输出电压Uo2。则稳压系数为：

因为，在调试中，无法得到自耦变压器，所以只能把电压归算到降压器的输出电压(Ui):

U1=198V,Ui=10.8V,U1=220V,Ui=12.0V,U1=242V,Ui=13.2V

Ui=10.8V时，Uo=8.72V Ui=13.2V时，Uo=8.740V

所以，稳压系数： =0.0022

结论：误差在允许的范围内，本设计已达到要求。

直流稳压电源的设计方法范文第3篇

关键词：项目教学法；中职教育；直流稳压电源

中图分类号：G424 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）03-0121-02

1 项目教学法简介

1.1 实施项目教学法的指导思想

著名的教育学家弗雷德・海因里希教授曾以这样的例子来介绍项目教学。首先由学生或教师在现实中选取一个“造一座桥”的项目，学生分组对项目进行讨论，并写出各自的计划书；接着正式实施项目，利用模型拼装桥梁；然后演示项目结果，由学生阐述构造的机理；最后由教师对学生的作品进行评估。通过这样的教学步骤，充分发掘学了生的创造潜能，并促使其在提高动手能力和推销自己等方面努力实践。

所以，项目教学法”就是通过实施一个完整的项目而进行的教学活动，其目的是在课堂教学中把理论与实践教学有机地结合起来，充分发掘学生的创造潜能，提高学生解决实际问题的综合能力。它传统的教学法相比，有很大的区别，主要表现在改变了传统的三个中心，由以教师为中心转变为以学生为中心，由以教材为中心转变为以“项目”为中心，由以课堂为中心转变为以实际经验为中心。

1.2 项目教学法的实施步骤

在运用项目教学法进行教学设计的时候，必须明确学生是认知的主体、是知识意义的主动建构者。所以根据项目教学的教法思路和教学设计原则，项目教学具体见以下五个步骤：

1）确定项目的目标和任务：通常先由教师提出一个或几个项目任务，然后同学们一起讨论，最终确定项目的目标和任务。

2）计划：由同学们共同制定出项目的工作计划，确定工作步骤和程序。

3）项目实施：同学们根据各自的分工和合作的形式，按照已明确的工作步骤开展工作。

4）项目的检查评估：先由同学们自评，再由教师根据项目的工作成绩进行检查评分。最终师生共同讨论、提出工作中问题，讨论解决方法并进行总结记录。

5）归档或应用。

2 中职学校电子技术教学的现状

《电子技术基础》是中等职业学校一门专业基础性质的课程，它是理论性、实践性都很强的课程。 在传统实践教学中，由于实验设备有限，只能进行一些验证性的实验，且传统实践教学多采用讲解式，其教学内容的选择、实验步骤的设定和实验器材的组织等均由老师组织，缺乏对学生动手能力和创新能力的培养，使得学生的综合素质未得到锻炼和提高。如何让学生能完全接受这门课的知识，为以后的专业知识打下良好基础，是中等职业学校需要解决的课题。

3 项目式教学法在设计直流稳压电源教学中的具体实施和反馈

直流稳压电源应用广泛，也是中职学校电子技术学科的重要知识点。它包含了电路的集中重要基本元器件，电阻器、二极管和晶体三极管等，以及由这些基本元器件所构成基本电路，所以利用项目教学法设计直流稳压电源的教学具有十分重的要意义。

下面我以设计直流稳压电源的教学为例。

3.1 确定项目任务

首先，向学生下达项目任务：设计直流稳压电源电路。并提出要求如下：

设计要求：① 分析设计要求，明确性能指标。 集思广益，提出多种设计方案，并构建出设计框架。② 确定合理的总体方案。③ 将总体方案化整为零，分解出各个单元电路，逐个设计。④ 组成总的系统，形成合理的布局，并按照设计要求进行总体论证，给出必要的说明。

3.2 制定工作计划

任务下达后，学生开始前期的准备工作，通过查找相关资料、讨论等制定工作计划，也就是接下来的工作步骤。具体如下：① 确定直流稳压电源电路的设计方案；② 设计各分电路确定元器件的采用表；③ 形成直流稳压电源总体电路；④ 利用软件进行仿真验证。

3.3 项目的实施

为了更好地调动学生们的学习兴趣和积极性，我们可以把课堂搬到一体化教室，让学生在学习理论知识的同时，动手操作起来，手脑并用。这样可以使得学生学到知识更加直观，便于理解和记忆。

实施步骤一：确定设计方案。

在具体的实施过程中我将班级的学生分成4-5人一组，要求每组明确每个成员的具体分工和合作形式，并按照已确定的步骤开始工作。同学们可以根据我们之前所学习的，在这里可以采用分工合作，集体讨论，教师指导，确定直流稳压电源电路的设计方案。

实施步骤二：确定子电路图。

我们已经学过直流稳压电源由四个主要部分组成，包含整流变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路。接下来开始让同学们自己利用所学的知识设计直流稳压电路的各个部分。为了提高效率，这里可采取分工合作的形式，由组员各自去收集材料，收集的过程不仅复习和巩固了所学知识的，还锻炼了大家分工协作的能力以及团队合作的精神。教师在旁边观察各组学生的讨论过程并适时给予指导，并要求各组上交工作报告，由各组表表阐述各电路的工作原理，给予点评和鼓励，以便于接下来的集体讨论形成整体电路。

实施步骤三 ：形成直流稳压电路总体整体电路，进行参数的论证。

在教师指导下形成最终的整体电路，并在Multisim软件上进行绘制。阐述工作原理并进行电路参数的论证。

直流稳压电源的设计方法范文第4篇

关键词: 仿真 电源 Protel 99

中图分类号: TM1 文献标识码: A文章编号: 1007-3973 (2010) 04-066-01

1 前言

直流稳压电源是能够保证在电网电压波动或负载发生变化时,输出稳定的电压的常用的电子设备。它广泛应用于仪器仪表、工业控制及测量领域中。故设计、制造一个低纹波、高精度的直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。采用电路设计仿真工具对直流稳压电源电路的设计理念和输出进行仿真验证是提高设计质量、降低研制成本、缩短研制周期的有效手段,在电源设计工作中有着重要的实际应用价值。

仿真即对所设计的电路板进行电器特性的分析,检验其是否符合设计者的要求。如果没有防震功能,在设计阶段就无法检验设计的好坏,只能进行无力的实验,这样,一旦设计阶段出现重大失误,那么一切只能重新再来,造成时间和物质上的极大浪费。对于复杂的电路设计来说更是如此??。

Protel 99 SE系统提供了强大的电路仿真功能,能够提供模/数信号的混合电路仿真,本文利用Protel 99 SE软件模拟设计并仿真了直流稳压电源电路,理论计算了该电路的主要参数,模拟分析了该电路工作过程,仿真计算了该电路工作状态,直观地验证了理论分析的结果,并得到相关结论。

2 理论分析

直流稳压电源电路如图1所示,其中仿真信号源为频率为50Hz,幅值为311V的正弦波信号,三极管电流放大倍数为205,稳压管D2稳定电压6.8V,其他参数如图所示。

图1 直流稳压电源电路图

该电路理论计算如下:

(1)输入电压:

(2)经变比为5:1的变压器变压后,变压器副线圈两端电压:

(3)经D1全桥整流后,再经C1滤波后, 由经验公式??估算电路两端输出电压平均值应为:

(4)由于稳压管D2稳定电压为6.8V,故三极管基极与集电极电压即电阻R1两端电压为:

(5)三极管工作在线性放大区,故输出电压为:

3 计算机仿真结果

图2 输入波形图图3 a、b两点电位波形图

图4 c点电位波形图图5 输出电压波形图

由以上分析结果可以看出:计算机仿真计算的结果中图3与理论计算中的相符合,图4与理论估算中的相符合,图5与理论计算中的相符合。

4 结论

(1)计算机仿真结果不但结果更精确,而且速度非常快,大大减轻了电子线路设计人员的计算强度,尤其在需要经常改变电路元件参数时或计算复杂电路时,计算机仿真计算的快捷、方便、精确的优越性就更显得突出。

(2)利用计算机方针软件设计分析电子线路可以省去很多新产品调试时间,也可以及时发现设计中的错误,避免浪费,即节约了成本有提高了效率。

(3)利用Protel 99 SE软件对一个电路进行仿真时,一般步骤是先放置信号源,再设置好自己想要仿真的内容,最后启动仿真程序,输出结果。

(4)计算机仿真结果与理论计算结果很接近,直观的体现了理论计算结果。因此,计算机仿真电路的技术具有很强的实用性。

(项目基金:辽宁省教育厅科研项目2009A788)

注释:

直流稳压电源的设计方法范文第5篇

关键词 直流稳压电源；线性电源；开关电源

中图分类号：TM44 文献标识码：A 文章编号：1671―7597（2013）031-134-01

1 线性直流稳压电源

1）晶体管串联式直流稳压电源：晶体管串联式直流稳压电源工作在线性放大状态，因而具有反应迅速，电压稳定度和负载稳定度高，输出纹波电压小，噪声小。在电路技术方面，其控制电路所用的元件少。对调整管的开关特性，滤波器的高频性能等无特别要求，所以可靠性高。

串联式稳压电源的严重缺点是效率低。要提高效率就必须降低调整管上的压降，减少在调整管上的损耗。解决的办法：①PNP和NPN晶体管互补：串联式稳压电源输出电源电流较大时，通常调整管都要接成共集电极的达林顿组合管。因为在晶体管电参数相同情况下在保持电流放大倍数相等的情况下，互补连接的组合调整管的集射极压降减少了，因而电源的效率得到提高；②偏置法：一般共集电极组合管集射间的压降一定程度上取决偏置电流。采用偏置连接法当输出电流一定时可以有效的提高电源效率；③开关稳压器作前置予调节：在输入-输出电压差比较大，输出电流也比较大的场合，采用开关稳压器作串联式稳压器的前置予调节也是提高电源效率的有效办法。开关予调节还可以设置在电源变压器的原边。

2）集成线性稳压器发展：早期市场集成稳压器的厂家很多，产量大、应用广泛。主要有半导体单片式集成稳压器和混合式集成稳压器两大类。它们的电路形式、封装、电压及电流的规格都是多种多样的。集成稳压器可分为定电压的，可调的，跟踪的和浮动的。但是不管哪一种形式，它们通常由基准电压源，比较放大器，调整元件即功率晶体三极管和某种形式的限流电路组成。有些集成稳压器内部还有逻辑关闭电路和热截止电路。集成稳压器与由分立元件组成的稳压器比较，集成稳压器的优点非常明显，成本低，体积小，使用方便，性能好，可靠性高。

3）恒流源网络稳压电源技术：采用恒流网络稳压是目前串联稳压电源的有一特点。采用恒流网络可以有效地提高电源的稳定性。集成稳压器中普遍采用了恒流网络。分立元件组成的串联稳压器也愈来愈多地运用恒流技术。使用晶体管场效应管和恒流二极管等元件可以实现恒流。恒流二极管在分立元件的串联稳压器中使用更为方便。

2 开关直流稳压电源

开关式直流稳压电源指其功率调整元件以“开”、“关”方式工作的一种直流稳压电源。早期的磁放大器开关直流稳压电源是利用铁芯的“饱和”、“非饱和”两种状态进行“开”、“关”控制，那是一种低频磁放大器。在此过程中出现的可控硅相控整流稳压电源也属于开关直流稳压电源。随后，高频开关功率变换技术得到了快速发展，这主要是指变换器方式的高频开关直流稳压电源。上个世纪90年代电力电子技术、PWM等技术的日趋成熟，直流开关电源和交流开关电源已成为主导市场。电力电子技术是利用电力电子技术对电能进行控制和转换的学科。它包括电力电子器件 、变流电路和控制电路三个部分，是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科。随着科学技术的发展，电力电子技术由于和现代控制理论、材料科学、电机工程、微电 子技术等许多领域密切相关，已逐步发展成为一门多学科相互渗透的综合性技术学科。

1）无工频变压器化：省掉工频电源变压器而采用直接从电网整流输入方式是开关电源减少体积和重量的一个重要措施。无工频变压器化已成为当代先进开关电源的一个特点。无工频变压器的开关电源与各种有工频变压器的直流稳压电源相比，其突出优点是体积小、重量、效率高。开关电源的电路形式已多种多样了。就调制技术而言有脉宽调制型、频率调制型、混合调制型，其中脉宽调制占绝大多数。目前出现了完全无变压器的开关电源，即连高频变换器都不需要。这种电源的最大特点是体积还可比现在的无工频变压器开关电源小的多，而且没有绕制的变压器这一类器件，可以集成电路工艺制作。

2）开关电源高频化：现代开关电源的一个显著特点是开关频率不断提高，不管是晶体管开关电源、可控硅开关电源还是场效应管开关电源都是向高频化方向发展。随着功率IGBT和MOSFET的出现，开关电源的工作频率已从早期典型的20KHz逐步提高到兆赫范围甚至G赫范围。

3）控制电路集成化：早期开关电源的控制电路是用分立元件构成的。这样，电路设计复杂，调试维修麻烦，影响开关电源的推广应用。为了适应开关电源的迅速发展，集成化的开关电源控制电路被研制成功，而且功能愈加完善。开关电源控制电路集成化，大大简化了开关电源的设计，提高了开关电源的电性能和可靠性，而且体积小，降低成本。

4）主要元器件高频化：为了适应开关电源迅速发展的需要，开关电源所用的主要元器件的发展也很快，其主要目标是高频化。开关电源中的开关元件-功率晶体管、可控硅和场效应管都在提高看工作频率方面取得了成绩。但是最引人注目的是功率管IGBT复合管，MOSFET场效应管的出现，它不仅开关频率提高到1MHz-1GHz，而且开关特性好，所需驱动功率小，不存在二次就穿，能防止热奔等特殊优点。另外大电流肖特基势垒的出现大大改善了低电压电流开关电源的整流效率，它具有开关速度快、反向恢复时间短，正向压降地等优点。在滤波过程中，电容器等器件也要在材料、结构工艺诸方面进行研制，以适应开关电源高频化的要求。

5）全数字化控制：开关电源的控制已经由模拟控制，模数混合控制，进入到全数字控制阶段。全数字控制是一个新的发展趋势，已经在许多功率变换设备中得到应用。但是过去数字控制在DC/DC变换器中用得较少。近两年来，开关电源的高性能全数字控制芯片已经开发，费用也已降到比较合理的水平，欧美已有多家公司开发并制造出开关变换器的数字控制芯片及软件。全数字控制的优点是：数字信号与混合模数信号相比可以标定更小的量，芯片价格也更低廉；对电流检测误差可以进行精确的数字校正，电压检测也更精确；可以实现快速，灵活的控制设计。

参考文献