线性稳压电源设计
作者：郑传霞
班级：自动化1001 学号：10212029
摘要：直流稳压电流源是将电网提供的50Hz，220V（单相）或380V（三相）正弦波先通过电源变压器变为所需幅值的低压交流电，再通过整流电路把交流电变为直流电，然后通过滤波器滤除交流信号，最后通过稳压电路使电压稳定的输出。
本设计主要采用了集成稳压芯片及相关的电路，经变压、整流、滤波、稳压过程将电网中的交流电压变为稳定输出的直流电压，最终为实验室提供稳定的直流电源。
关键词：直流稳压芯片；变压；整流；滤波；直流稳压源电路
正文：
1、稳压电路的组成
直流稳压电源组成框图：
220V
50Hz
直流稳压电源组成图图1
本实验室通过该电路输出给一般芯片供电的恒定电压正负15V
2、根据各功能设计相应电路
1.1变压器
电压变压器的作用是降低电压，将220V或380V的电网电压降低到所需要的幅值电压。
变压电路是一个较为简单的电路，仅用一个单相变压器变可以将电网中的高电压转换为实验室所需要的低交流电压。
通过理想变压器的电磁感应原理饿哦们可以知道：U1/U2=N1/N2,其中，N1、N2是变压器的匝数比，也是理想变压器的唯一参数。
所以变压器电路为：
电网高电压输入
220V、50Hz
后级低电压输
出24V
变压器图2
1.2整流电路
整流电路是利用二极管的单项导电性将电源变压器输出的交流信号变换成脉动的直流电压。
经过整流电路输出的电压虽然是直流电压，但有很大的交流分量。
压输入220V 、50Hz
1.2.1 工作原理
当变压器的上端输出正电压时，由二极管的单向导通性我们可以知道VD1、VD4导通，而VD2、VD3截止，所以电流的走向是VD1-后级电路-VD4，而当上端为负电压时，VD2、VD3导通，VD1、VD4截止，电流由VD3-后级电路-VD2。
这样使得后级电路始终有电流产生，且电流的方向没有变化，既输出电压的方向没有变化，完成了将交流电变为直流的工作。
1.2.1二极管的选择
根据分析原理我们可以知道输出的平均电压约为0.9U 2（U 2为有效值）二极管所要承受的最大反向电压为。
根据其特性我们可以看出桥式整流电路的有点是输出电压高，纹波电压小，整流管所承受的最大反向电压较低，电源变压器的利用率高。
由于这种电路需要较多的二极管，所以目前使用的是不同性能指标的“整流桥堆”器件。
1.3滤波器
滤波电路是利用储能元件（电感电容）将整流电路的脉动输出的脉动直流电压中的交流成分滤除，输出比较平滑的直流电压。
负载较小的一般采用电容滤波器，负载较大的多采用电感滤波器，对滤波器效果要求较高的多采用电容、电感和电阻组成复杂滤波电路。
1.3.1电容滤波器
压输入220V 、50Hz
（1） 工作原理
由图4所示的即为单相桥式整流滤波器电路，电路是在图3所使得整流电路的输出端并联电容。
因为此电容的容量较大，通常采用有极性的电容，所以使用时一定要注意电容的正负极性不要接错。
图5所示电路图中，红线是单相桥式整流滤波器加了电容之后的输出电压。
在电路中，整流输出电阻除了向负载供电外，还要为电容充电。
在a 点之后，电压U 2大于电容两端的电压U c ，VD1、VD4导通，而VD2、VD3截止，电容充电，输出电压与电容两端电压相等，所以电容到达b 点。
之后U 2小于电容两端电压，二极管都截止，电容给后级电路放点，如图b-c 所示。
在达到c 点时，U 2大于U c ，VD1、VD4导通，而VD2、VD3截止，电容充电。
如此周而复始，电容有规律周期性的充、放电，使整流输出电压得到平滑。
整流滤波后的电压图5
a
b
c
另一方面我们也可以利用电容对交、直流分量的差别来理解。
正式由于电容对交流信号有旁路作用，可以进行分流，而使负载电阻上交流电流减小，输出电压的波纹减小。
(2) 滤波电容的选择
从理论山分析，滤波电容越大，放电效果越慢，输出电压越平滑，平均值越高。
但是，在实际中，电容量大，不但体积大，而且会使二极管流过的冲击电流更大。
因此，对于桥式整流电路通常选择的滤波器应满足RC>(3~5)T/2，所以一般选择几十到几千违法的电解电容。
1.3.2电感滤波器
压输入220V 、50Hz
因为电感的电抗为wL ，对于直流分量的电抗近似为0，交流分量的电抗可以很大，所以此电容会阻止交流电的变化。
由理论分析可以知道，负载的阻值越小，输出的交流分量就越小，滤波的效果就越好。
所以电感滤波器多用于负载电流交大的电路。
1.3稳压电路
稳压电路使利用自动调整的原理，使输出电压在电网电压波动和负载电流变化时保持稳定，即输出的直流电压基本不变。
稳压电路的主要性能指标包括输出电压、输出电流、稳压系数、输出电阻和纹波电压。
1.3.1稳压原理
在此我们通过最简单的稳压电路来分析稳压电路的原理：
压输入220V 、50Hz
稳压电路 图7
在图7所示电路中，（1）设负载
R L 不变，当电网中的电压升高使输入电压增大时，输出电压U O
也随之增大，则稳压管两端的电压也增大，根据稳压管的伏安特性曲线可知，稳压管两端的电压有微小增加时，会使稳压管两端电流急剧增大。
这会使R1两端的电流急剧增大，使得R1两端的电压U1也急剧增加，最后保持了稳压管两端电压U O 基本不变。
同理也可以分析得出，电网中电压降低时，U O 基本保持不变。
（2）设输入电压保持不变，当负载R L 变小，即负载电流I O 增大，则R1两端的电流急剧增大，使得R1两端的电压U R 也急剧增加，使得U O 减小。
而U O 的减小会使稳压管两端的电
压减小，由稳压管的伏安特性可以知道稳压管电流会急剧减小，从而导致R1两端的电流急剧减小，使得R1两端的电压U R也急剧减小，最终两者调节使输出电压U O基本不变。
同理可知，当负载R L 增大时，U O也可以保持不变。
通过以上分析我们可以知道，当外界条件改变时，稳压电路能够很好的保证输出电压不变。
1.3.2不同集成稳压电路的比较
①固定输出三端稳压器
固定稳压输出稳压器是只能输出固定电压值的集成电路。
其中主要包括78**系列和79**系列，其中，78**系列输出的是正电压，79**系列输出的是福电压，**表示的是电压的输出值。
三端稳压电路基本应用电路图8
②可调式三端稳压器
W117、W217、W317是一类可调式三端稳压器，在工作时需要输入端和输出端的电压差在3~14V 之间，否则不能保证稳压管的工作在放大区。
W117的典型应用图9
图中输出的电压U O=（1+R1/R2）*1.25。
③两种电路进行比较
稳压型稳压管型直流稳压电源电路设计比较简单，稳压管中不需要在额外加入输入信号，其效率比较高，但输出的直流电压在起始段有一段时间的延迟，而且直流电压幅值的调节很不方便。
而可调稳压电路在基本调整管稳压电路的基础上引入放大环节，构成具有放大环节的串联型稳压电路，使输出电压可调，增加了稳定性。
3、比较不同设计方案的优缺点
通过以上个部分的功能分析及电路原理的介绍和电路的分析，最终确定了24V输出电压的变压器、桥式整流电路以及电容式的滤波电路和可调的三端稳压电路。
最终电路图如图所示：
压输入220V、50Hz
4、将最终设计的稳压电路进行模拟仿真分析
4.1最终设计的模拟正负可调输出电路
模拟正负可调电压同时输出电路
图11
4.2 在总的电路图上，分别分析电压通过每个电路部分后的电压波形
①电网中220V正弦波电压信号
选用的是200V的衰减，由通道A测量值我们可以看出电压是幅值约为220V的正弦波
②通过变压器后的电压
有测量波形图我们可以看出，经过变压器后输出的电压为24.608V，与实际要求的输出电压较为接近。
③通过整流电路后输出的电压
a.示波器接在下端电路时
通过整流电路后输出的波形变为脉动直流电压，且不接负载时幅值为-24V左右
b.示波器接在上端电路时
④通过电容整流电路后的波形
通过模拟仿真的结果我们可以看出，经过滤波电路后，输出的电压已经比较平稳，而且在实验过
程中我们会发现，改变电路的时间常数，及RC对输出的电压波形会有明显的影响，在电容滤波电路中，后级负载电阻越大，波形越平滑，这也与理论的负载电流较小时多采用电容滤波器相符合。
⑤经最后稳压电路后输出的波形
最终模拟得到的波形是一对可调的稳压电路，在实验过程中改变负载以及电网中的电压，输出的波形都没有明显的变化，而且通过改变电路中的滑动变阻器，我们可以看到，直流稳压电源可以输出不同的电压值。
5、分析比较
通过multisim模拟软件进行仿真对比分析，我们们可以看出电容滤波器有很好的滤波效果，在最终输出的波形开始会有不平稳的电压，这是又与电路电路中的大电容引起的延时，在实验允许的条件下也是可以视为正常的。
对比分析可知，在模拟实验中，是理想的情况下产生的直流稳压电源，能够很好的达到理论设计要求。
参考文献
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