直流稳压电源的设计报告
作者：刘杰肖磊周雪平
指导老师：田裕康
摘要
本设计由三个模块电路构成：交直流转换电路，DC—DC变换电路，线性稳压电路。
稳压电路采用两级稳压电路，前级为DC—DC开关电源，后级为线性稳压电路，为了进一步提高效率，两级间采用了恒压差控制技术。
DC—DC变换器采用单端反激开关电源，具有效率高，输出电压范围宽，输出电流大的特点。
二、设计任务及要求
设计并制作交流变换为直流的稳压电源，其基本要求如下：稳压电源。
在输入电压220V、50Hz、电压变化范围+15%~-20%条件下：输出电压可调范围：+9~+12V
最大输出电流：1.5A
负载调整率≤1%（最低输入电压下，空载到满载）
纹波电压（峰-峰值）≤5mV(最低输入电压下，满载)
效率≥40%（输入电压9V、输入电压220V下，满载）
具有过流及短路保护功能。
三.方案论证与比较
在本设计中，采用模块化设计思想。
对整个电路以模块为单位，进行分析、比较和论证。
1．稳压电路
方案一：采用单级开关电源，由220V交流整流后，经开关电源稳压输出。
但此方案所产生的直流电压纹波大，在以后的几级电路很难加以抑制，很有可能造成设计的失败和技术参数的超标。
方案二：从滤波电路输出后，直接进入线性稳压电路（如图1所示）。
线性稳压电路输出值可调，为9~12V直流电压输出。
这种方案的优点是:电路简单，容易调试，但效率上难以保证。
线性稳压电路的是输入端一般为15V左右的电
压，而其输出端只为9~12V，两端压降太大，功率损耗严重，使得总电路效率指标难以达成。
方案三：以方案二为基础，在线性稳压电路前加入DC—DC变换器，采用脉宽调制（PWM）技术，并采用恒压差控制技术，如图2所示。
在这种情况下，由DC—DC变换器来完成从不稳定的直流电压到稳定的直流电压的转变，由于采用脉宽调制技术和恒压差控制技术，使得线性稳压电路两端压差减少，电路消耗大幅度下降，解决了方案二中的效率低的难题。
其次，由于使用脉宽调治技术，很容易进行过流、过热、自保恢复。
此外，还可在DC—DC 变换器中加入软启动电路，以抑制开关机时的“过冲”。
我们采用这一方案。
2．DC—DC变化器
方案一：Boost型DC—DC升压器。
很容易实现，但输入输出电压电压比太大，占空比大，输出电压范围小，难以达到较高的指标。
方案二：带变压器的开关电源，可做到输出电压范围宽，开关管占空比合适。
本设计采用方案二。
3．线性稳压电路
本电路的目的是在第一步稳压的基础上实现线形高精度的稳压，降低纹波，提高电压调整率和负载调整率，最终达到题目的指标要求。
原理图如图ⅢA-1-6所示。
此电路继承了DC-DC变换器的输出电压，接到由运放组成的比较电路的正端输出脚。
输出电压经过电阻分压之后反馈至运放的负输出端。
运放的输出电压控制达林顿管的发射级电压，得到所需的高度稳定的直流电压。
参数计算：U O=U REF*（R X+R5+R6）/（R5+R6）
四.电路设计及参数计算
1.稳压电源（第一模块）
（1）交直流转换电路。
本电路的目的在于从50Hz、220V的交流电压中得到直流电压。
电路如图3所示。
当输入为220V交流电压时，首先通过变压器降至17V左右交流电压。
整流部分选用了全波桥式整流电路，输出为22V直流电压。
（2）DC—DC转换电路使用此电路的目的在于最大限度地降低模块的功耗，同时，为下一级提供一个稳定的直流电压。
它的电路图如图4所示。
DC—DC电路为由核心芯片TL494作控制的单端PWM降压型开关稳压电路。
图中R10与C5决定开关电源的开关频率。
电阻R8作为限流保护
电阻用。
其片内误差放大器(EA1)的同相输入端（脚2）通过5.1kΩ电阻（R7）接入反馈信号，从后级线性稳压电路得到分压。
开关管采用PNP型大功率晶体管。
工作原理:在恒定频率PWM通断中，控制开关通断状态的控制信号是通过一个控制电压U con与锯齿波相比较而产生的。
控制电压则是通过偏差（即实际输出电压与其整定值之间的差值）获得的。
锯齿波的峰值固定不变，其重复频率就是开关的通断频率。
在PWM控制中，这一频率保持不变，频率范围为几千赫到几百千赫。
当放大的偏差信号电平高于锯齿波的电平时，比较器输出高电平，这一高电平的控制信号导致开关导通，否则开关处于关断状态。
当后级反馈高于TL494的基准电压5V时，片内误差放大器EA1输出电压增加，将导致外接晶体管T和TL494内部T1、T2管的导通时间变短，使输出电压下降到与基准电压基本相等，从而维持输出电压稳定，反之亦然。
参数计算: 由R10=39kΩ，C5=0.001μF，得振荡频率f osc=28.2kHz。
为保证电流连续，电感取值不能太小，但也不能太大。
计算如下：L min=[(U I-U O)/(2*I O)]T ON=[(35-10)/(2*1.5)]*0.000 02
=0.000 167H=167μH
C>U0*T OFF/(8*L*f*U O)
=15*10*0.000 001/(8*0.001*30*1 000*0.1)
=0.000 00625F=6.25μF
I OP=I LP=[(U I-U O)/(2*L)]* T ON+I O
=[(35-10)/(2*0.001)]*0.000 02+1.5
=0.25+1.5=1.75A
（2）线性稳压电路本电路的目的是在第一级稳压的基础上实现线性高精度稳压，降低纹波，提高电压调整率和负载调整率，最终达到题目的指标要求。
原理如图5所示。
此电路继承了DC—DC变换器的输出电压。
在本电路中，首先输入电压在精密稳压电源上产生一个稳定的参考电压，接到由运放组成的比较电路的正端输入脚。
输出电压经过电阻分压之后反馈至运放的负输入端。
运放的输出电压控制达林顿管的发射极电压，得到所需的高度稳定的直流电压。
参数计算：
U O=U REF*(R X+R5+R6)/(R5+R’6)
取RX=3kΩ，R5=1KΩ，UREF=6V，则
当R6=0.67KΩ时U O=（2.5*6）/（1+0.67）=9V
当R6=0.25KΩ时U O=（2.5*6）/（1+0.25）=12V
恒压差控制DC-DC转换电路和线性稳压电路间采用恒压差控制，即：通过反馈，使DC-DC变换电路输出电压与线性稳压器输出电压差值恒定，这样，既可保证线性稳压电路所需的电压差，又降底了线性稳压电路低压输出时的损耗，提高稳压模块的整体效率。
而且，在整个模块输入电压发生较大幅度变化时也能够进行高精度稳压，纹波也会因此降低。
在这一模块电路中，还接有软启动电路。
在开关机时，对生过现象有相当大程度上的抑制。
同时，同过控制DC-DC变换器的脉宽，可实现过热，过流保护。
五数据分析及性能指标
（1）稳压电源
①在规定范围内输入电压，调节输出电压，用万用表测输出端电压范围：1.25V～
10.63V。
测的的最大输出电流可达：
②接入负载，改变负载大小，用数字电压表测负载电压，
( 2 ) 计算负载调整率为：
③用示波器观察输出电压，得纹波电压（峰-峰值）
<10.3mv。
④在输入端接入交流功率表，输出端接入直流电压表和直流电压表，测得：Pin=
14.28 W ，Uo= 7.74 V，Io= 0.83 A。
计算效率为：η= 44.99 % 。