作者：www.nenghua.com.cn 发布日期：2014-08-29 12:05 信息来源：http://www.lp1995.com
1．设计任务
(1)当输入电压在220V±10%时，输出直流电压为12V，输出直流电流最大为500mA；
(2)输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于5%
2.设计要求
直流稳压电源的基本要求：
在输入电压为220Ｖ，50HZ. 电压变化范围为+10%～-10%条件下：
a.输出直流电压为12V；
b.最大输出电流为:Iomax＝500mA；
c.纹波电压(峰-峰值) ≤5mV(最低输入电压下，满载)；
d.具有过流保护及短路保护功能；
e.画出总体设计框图，以说明直流稳压电源有哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间的联系、变化，并以文字对原理作辅助说明。设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。
3．设计方案的选择与论证
方案一：简单的并联型稳压电源
并联型稳压电源的调整元件与负载并联，因而具有极低的输出电阻，动态特性好，电路简单，并具有自动保护功能；负载短路时调整管截止，可靠性高，但效率低，尤其是在小电流时调整管需承受很大的电流，损耗过大，因此在本实验中不适合此方案。
方案二：输出可调的开关电源；
开关电源的功能元件工作在开关状态，因而效率高，输出功率大；且容易实现短路保护与过流保护，但是电路比较复杂，设计繁琐，在低输出电压时开关频率低，纹波大，稳定度极差，因此在本实验中不适合此方案。
方案三：由固定式三端稳压器（7812）组成
由固定式三端稳压器（7812）输出脚V0、输入脚Vi和接地脚GND组成，它的稳压值为+12V，它属于CW78**系列的稳压器，输入端接电容可以进一步滤波，输出端接电容可以改善负载的瞬间影响，此电路比较稳定。根据实验设计要求，本实验采用方案三。
4．电路的方框图及说明
直流稳压电源一般由电源变压器、整流、滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如图4所示。各部分的作用：
（1）电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压U2。变压器副边与原边的功率比为P2/ P1=η，式中η是变压器的效率。
（2）整流滤波电路：整流电路将交流电压U1变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U0。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等
整流桥将交流电压U2变成脉动的直流电压，再经滤波电容C滤波纹波，输出直流电压U0。
（3）电压输出稳压器
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。
5．单元电路的设计
5.1 电源变压器
图 5.1 电源变压器
电源变压器的作用是将交流220V的电压变为所需的电压值，然后通过的电压还随电网电压波动、负载何温度的变化而变化。
电源变压器参数选择
电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压U2。变压器副边与原边的功率比为P2/ P1=η，式中η是变压器的效率。
一般小型变压器的效率为：
表 5.1 变压器的效率表
副边功率P/W
〈10
10-30
30-80
80-200
效率η
0.6
0.7
0.8
0.85
根据设计的要求，最终要输出12V的直流电压。若从变压器输出的送给整流滤波电路的电压U2为16V，则电容滤波电路的负载电压UC与U2的关系为：
UC =（1.1 ～ 1.2）V2
UC = (1.2 * 16 )v= 19.2 v
为了稳定直流电压为12V，后面的稳压电路选用集成稳压器：LM7812CT。也就是说U2为16V符合要求。
于是变压器的变比n可以计算：
n = U1/U2 = 220/16 = 13.75
于是可以用变比n为14的功率为8W变压器。
5.2 整流电路
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图5.2 单相桥式整流电路
1）电路组成及工作原理
桥式整流电路由四只二极管组成的一个电桥，电桥的两组相对节点分别接变压器二次绕组和负载。这种电路有三种画法，如图所示。在工作时，D1、D2与D3、D4两两轮流导通。在u2正半周，二极管D1和D2正向导通，而D3、D4反向截止，形成负载电流i0，i0流通路径为：a→D1→RL→D2→b→a，u0=u2；在u2的负半周，二极管D3和D4正向导通，而D1、D2反向截止，形成负载电流i0，i0流通路径为：b→D3→RL→D4→a→b， u0=－u2。由此可见，不论哪两只二极管导通，负载电流的方向都始终保持不变。
2）单相桥式整流电路参数计算
在桥式整流电路中，二级管是两两轮流导通，设计要求中要求最大输出IO为500mA，所以流经每个二极管的电流为：
ID = 0.5IOMAX =(0.5 * 500)mA = 250 mA
而每个二极管所承受的最大反向电压为：URM = = 22.63 v
于是整流桥部分采用的是四个型号为 1N4007GP 的二极管构成。
一般电网电压的波动范围为+%10到-%10之间，实际上选用的二极管的最大整流电流和最高反向电压应该留有大于%10的余量。
5.3 滤波电路
1）工作原理
设u2波形如图5.3（b）所示，未接电容时，输出电压如图5.3（b）中的虚线所示。在u2正半周，设u2由零上升，二极管D导通，u0=u2，此时电源对电容充电，由于充电时间常数很小，电容充电很快，所以电容上升的速度完全跟得上电源电压的上升速度，uC=u2。当u2上升到峰值时，电容充电达到1.4u2，二极管D截止，随后u2下降，电容C向负载RL放电，放电时间常数为RLC，其值较大，所以电容电压下降的速度比u2下降到速度慢得多，此时负载电压靠电容C的放电电流来维持，u0=uC。当电容放电到b点时，uc＜u2，二极管D又导通，电容又被充电。充电至1.4u2后，又放电。如此重复进行，就得到输出电压的波形如图5.3（b）中实线所示。由图可见，经电容滤波后，负载电压变得平稳，且平均值提高了。
图5.3 单相桥式整流电容滤波电路及其波形图
2） 滤波电容参数计算
滤波电容C可由下式估算：
C = = (0.01*500/5) mF = 1 mF
为稳压器纹波电压，t为电容C的放电时间，t = 0.5 T = 0.01 s IC为电容C的放电电流。
可取Ic = IOMAX ，滤波电容C的耐压值应该大于 。
还有 RLC = 0.5 * T * 4 = 2 T =( 2 *（0.02）)s = 0.04 s
若考虑电网电压波动 %10, 则电容器承受的最高电压为：
UCM = * 1.1 = (1.4 * 16 * 1.1)v = 24.64 v
滤波电容C取容量为1mF，耐压为25V的电解电容。
5.4 稳压电路
根据课程设计任务书要求：电源输出电压为12V，输入电压为220V，最大输出电流为IO=500mA。因为集成稳压器比较方便，故采用LM7812CT集成稳压器组成稳压电路。
图5.4 LM7812CT集成稳压器
6. 直流稳压电源的总电路图及工作原理
直流稳压电源的工作原理：
