集成直流稳压电源设计说明书
集成直流稳压电源设计说明书 学 生 姓 名： XX 学 号： XXXXX 专 业 班 级： XXXX XX 报告提交日期： XXXXX 湖 南 理 工 学 院 物 电 学 院引 言 电源是各种电子设备比不可少的组成部分，其性能的优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。目前常用的直流稳压电源分为线性电源和开关电源两大类。随着集成电路的飞速发展，稳压电路也迅速实现集成化，市场上已有大量生产的各种型号的单片集成稳压电路。它和分立的晶体管电路比较，具有很多突出的优点，主要体现在体积小、重量轻、耗电少、可靠性高、运行速度快，且调试方便、使用灵活，易于进行大批量自动化生产。因此，广泛地用于各种电子设备。目 录一、设计任务及要求二、基本原理与分析三、集成稳压器1、集成稳压器的分类2、三端集成稳压器四、稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求1、稳压电源的技术指标 2、稳压电源的要求五、电路设计1、设计思路2、直流稳压电源的组成3、单元电路的设计4、总电路图六、总结 七、参考文献一、设计任务及要求1. 设计任务设计一集成直流稳压电源，满足：（1）当输入电压在220V交流时，输出直流电压为6V；（2）输出纹波电压小于5mv，稳压系数<=0.01；（3）具有短路保护功能；（4）最大输出电流为:Imax1.0A；2设计要求（1）电源变压器只做选择性设计；（2）合理选择集成稳压器；（3）完成全电路理论设计、绘制电路图；（4）撰写设计报告。（5）通过集成直流稳压电源的设计，要求学会选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源。二、基本原理与分析 集成稳压器是将稳压电路中的各种元器件（电阻、电容、二极管、三极管等）集成化，同时做在一个硅片上，或者将不同芯片组成一个整体而成为稳压集成电路或电源模块。线性集成稳压器的基本构成如图1所示，它主要由基准电压、比较放大器、取样电路、调整电路、启动电路和保护电路组成。图1 线性集成稳压器的基本构成当输出电压发生变化时，取样电路取出部分输出电压进行比较，通过比较放大器将误差信号放大后，送到调整管基极，推动调整管调整其管压降，达到稳定输出电压的目的。在串联型稳压电源中，流过调整管的电流基本上等于输出的负载电流，当负载电流交大时，要求调整管有足够大的基极电流。为了减少推动调整管的控制电流，可采用复合调整管。基准电压的稳定性将直接影响稳压电源输出电压的稳定性和精度，因为基准电压的漂移会被放大而成为输出电压的温度漂移，所以一个良好的基准电压电路不仅要求它所提供的不随输入电压和输出电流而变化，同时还要求它的温度特性好。比较放大器的作用是把取样电压和基准电压加以比较，并将误差信号放大，送到调整管的基极，推动调整管工作。为了提高稳压电路性能，比较放大器应具有较高的增益和温度特性。启动电路的作用是在刚接通直流输入电压时，使调整管、放大电路和基准电源等建立起各自的工作电流，而当稳压电路正常工作时，启动电路被断开，以免影响稳压电路的性能。由于集成稳压器的输出功率较大，而使用情况又多变，对调整管一般都要求有较好的过流、过压、过热等保护，这样可以大大提高集成稳压器的可靠性。三、集成稳压器1、集成稳压器的分类集成稳压器按出线端子多少和使用情况大致可以分为三端固定式、三端可调式、多端可调式及单片开关式等几种。多端可调式是早期集成稳压器产品，其输出功率小，引出端多，使用不太方便，但精度高，价格便宜。三端固定式集成稳压器是将取样电阻、补偿电容、保护电路、大功率调整管等都集成在同一芯片上，使整个集成电路块只有输入、输出和公共3个引出端，使用非常方便，因此获得了广泛应用。它的缺点是输出电压固定，所以必须生产各种输出电压、电流规格的系列产品，代表产品是78XX和79XX。三端可调式集成稳压器只需外接两只电阻，即可获得各种输出电压。代表产品有LM317/LM337等。开关式集成电源是最近几年发展的一种稳压电源，其效率特别高。它的工作原理与上面3中稳压器不同，是由直流变交流（高频）再变直流的变换器。通常有脉冲宽度调制和脉冲频率调试两种，输出电压是可调的。2、三端集成稳压器三端集成稳压器的封装形式和引脚功能如图2所示。图2 三端固定输出集成稳压器的封装形式和引脚功能三端固定输出集成稳压器是一种串联调整式稳压器，它将全部电路集成在单片硅片上，整个集成稳压电路只有输入、输出和公共3个引出端，使用非常方便。典型产品有78XX正电压输出系列和79XX负电压输出系列。78XX和79XX系列中的型号XX表示集成稳压器的输出电压的数值，以V为单位。每类稳压器电路输出电压有5V,6V,7V,8V,9V,10V,12V,15V,18V,24V等。能满足大多数电子设备所需要的电源电压。中间的字母通常表示电流的等级，输出电流一般分为3个等级：100mA(78LXX/79LXX)，500mA(78MXX/79MXX)，1.5A(78XX/79XX)。后缀英文字母表示输出电压容差与封装形式等。内部电路由恒流源、基准电压源、取样电阻、比较放大、调整管、保护电路、温度补偿电路等组成。输出电压值取决于内部取样电阻的数值。最大输出电压为40V。三端固定输出电压集成稳压器，因内部有过热过流保护电路，因此它的性能优良，可靠性高。又因为这种稳压器具有体积小、使用方便、价格低廉等优点，所以得到广泛应用。四、稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求 1、稳压电源的技术指标稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，如输出电压、输出电滤及电压调节范围；另一类是质量指标，反映一个稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、纹波电压及温度系数等。 2、稳压电源的要求1）稳定性好当输入电压Usr （整流、滤波的输出电压）在规定范围内变动时，输出电压Usc 的变化应该很小，本设计中要求稳压系数<=0.01。 2）输出电阻小 负载变化时（从空载到满载），输出电压Usc ，应基本保持不变。稳压电源这方面的性能可用输出电阻表征。3）电压温度系数小 当环境温度变化时，会引起输出电压的漂移。良好的稳压电源，应在环境温度变化时，有效地抑制输出电压的漂移，保持输出电压稳定，输出电压的漂移用温度系数KT来表示.4）输出电压纹波小所谓纹波电压，是指输出电压中50赫或100赫的交流分量，通常用有效值或峰值表示。经过稳压作用，可以使整流滤波后的纹波电压大大降低，降低的倍数反比于稳压系数S 。在本设计中要求输出纹波电压小于5mv。五、电路设计1、设计思路在本次课程设计中，集成稳压器选用7806。由于输入电压u1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压UI会随着变化。因此，为了维持输出电压UI稳定不变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。集成稳压器的类型很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。本课程设计中采用三端固定输出集成稳压器78XX正电压输出系列。 2、直流稳压电源的组成直流稳压电源主要由四部分组成：电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路。如图3所示：1）电源变压器：将电网交流电压变为整流电路所需的交流电压，一般次级电压u2较小。2）整流电路：将变压器次级交流电压u2变成单向的直流电压u3，它包含直流成份和许多谐波分量。3）滤波电路：滤除脉动电压u3中的谐波分量，输出比较平滑的直流电压u4。该电压往往随电网电压和负载电流的变化而变化。4）稳压电路：它能在电网电压和负载电流的变化时，保持输出直流电压的稳定。它是直流稳压电源的重要组成部分，决定着直流电源的重要性能指标。图3 直流稳压电源3、单元电路的设计串联式直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路所组成，各部分电路的形式与作用如下。1）电源变压器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：其中：是变压器副边的功率，是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表1所示：表1 小型变压器的效率副边功率效率0.60.70.80.85 因此，当算出了副边功率后，就可以根据上表算出原边功率。设计要求的电源变压器为双1525。原边输入功率为。副边输出功率为因为所选电源变压器为双1525，由表中数据可知，则，所选25W符合要求。电源变压器的实际效率为2）桥式整流电路桥式整流属于全波整流，它是用四个二极管接成电桥形式，使在电压V2的正负半周均有电流流过负载，在负载形成单方向的全波脉动电压。图4 桥式整流电路主要参数：3）滤波电路整流电路输出波形中含有较多的纹波成分，与所要求的波形相去甚远。所以通常在整流电路后接滤波电路以滤去整流输出电压的纹波。滤波电路常有电容滤波，电感滤波和RC滤波等。本设计中采用电容滤波电路，如图5所示。 图5 电容滤波电路RL为整流滤波电路的负载电阻，为电容提供放电回路，RC放电时间常数应该满足RC.式中T=20ms。 4、总电路图 本设计中的电路图如图6所示。图6 总电路图 其中，电路中外接二极管VD起输入短路保护作用。若输入端短路，则C0通过二极管放电，以保护集成稳压器的内部调整管。本设计中，若选用7806正电压输出稳压器，因为输出电压为6V，最大输出电流为1A，所以RL的阻值为：RL=U0/Imax=6/1=6。 为使输出纹波电压小于5mv，在输入端加接电容C1，电容量为0.33uF；并且为能改善负载的瞬态响应，防止自激振荡和减少高频噪声，则在输出端加接电容C0，取值为0.1uF。六、总结 “纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，通过此次课程设计实践，使我能够把从书本上学到的理论知识付诸于实践设计之中，既让自己所学到得理论知识得以巩固，又使自己的实践设计能力得以加强，使自己有一种成就感。以前我总觉得，一些课程学起来很枯燥，而且感觉离现实很远，所以我在学习那些知识时往往心不在焉，敷衍了事。但是当我在做设计的过程中要用到那些知识时，我突然感到有些后悔，后悔自己没有早些掌握，以致遇到一些问题时感到特别的茫然。不过，在一心渴望早些解决问题的想法的激励下，我潜心学习以前漏掉的知识，迅速掌握其中的方法，并应用到实际的课程设计当中。这之中，我实实在在地感受到了一种解决问题后的那种愉悦感。这也让我认识到，在教学和学习中，如果多注重
