集成直流稳压电源设计本科毕业论文(编辑修改稿)

集成直流稳压电源设计本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

LC滤波电路 LC 滤波电路 如图 27所示， LC 滤波电路 是一种与 RC滤波电路相对的滤波电路，此滤波电路 的优点是 综合了电容滤波电路纹波小和电感滤波电路带负载能力强 的特性。 图 27 LC滤波电路图 方案 四 ：采用电容滤波电路 本科毕业论文（设计） 10 电容滤波电 路 如 图 28 所示 ，电容滤波电路 是利用电容的充放电原理达到滤波的作用。 电容滤波电路简单，纹波较小，负载直流电压比较高， 它 适用于负载电压较高，负载变动不大的场合， 使用电容滤波电路 也减轻了电路设计工作。 由于电感的体积和制作成本等原因， 滤波电路 多采用电容滤波。 图 28 电容滤波电路 基于以上的 电路对比 分析，选用 电容滤波电路。 稳压电路 的作用是为电路 提供更加稳定的直流电。 整流滤波电路的输出电 压和理想直流电源还有 一定 的 差距 ，主要 因为两方面的原因 ：第一，当负载电流 发生 变化时，由于整流滤波电路存在内阻，输出 的 直流电压将 会 随之发生变化；第二，当电网电压 有 波动时，整流电路的输出电压与变压器副边电压有 直接的 关 系 ，因此输出直流电压 也会 发生变化。 根据设计任务的要求， 可以采用 LM7805,LM7812 和 LM7912,LM317 共同组成所需的 稳压电路。 利用 固定式三端稳压器 LM7812 和 LM7912 组装 的 电路可对称输出177。 12v 的直流电压； LM7805 固定式三端稳压器可输出 +5V 电压； 采用 LM317 可调式三端稳压器能够 组装 输出 连续 可调的 (+3～ +9)V 直流电压。 本科毕业论文（设计） 11 第三章 单元电路的原理和设计 电源变压器 变压器是一种利用线圈 互感特性构成的元器件，几乎所有的电子产品中都 会用到 变压器进行变压。 变压器的工作 原理 比较 简单，但 是在 不同的使用场合，变压器的绕制工艺 和方法 会有所不同。 通常， 变压器的功能主要有：电压变换；阻抗变换；隔离；稳压等。 它是由一个初级线圈及一个次级线圈 组成。 电源变压器的效率是 副边功率与原边功率的比值，即  =P2/P1 (31) 其中： 2P 是变压器副边的功率， 1P 是变压器原边的功率。 一般小型变压器的效率如表 31所示： 表 31 小型变压器的效率 副边功率 2P VA10 VA30~10 VA80~30 VA200~80 效率  一般 根 据变压器副边输出的功率 P2 来选取变压器。 由 稳压器 的要求得 出 变压器副边的输出电压 U2 与稳压器输入电压 Ui的关系。 U2 的值不能取大， U2 越大，稳压器的压差越大，功耗也越大。 一般取 U2≥ Uimin/， I2I0max。 桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。 其电路如图 31 所示， 这种电路，只要增加两只二极管口连接成 桥 式结构，便具有 普通 全波整流电路的优点，而同时在一定程度上克服了 它 的缺点。 因为二极管 具有单向导电性 ， 在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用。 在桥式整流电路 中，流过变压器次级的电流是正负相对称的，没有直流成分流过次级绕阻。 桥式整流电路的输出电压高，谐波电压较小，管子所承受的最大方向电压较低，同时因电源变压器在正负半周内部都有电流供给负载， 使 电源变压器得到了充分的利用， 利用效率较高。 本科毕业论文（设计） 12 图 31 桥式整流电路 如图 31所示， 当 U2 为正半周时，对 D D3 加正向电压， Dl， D3导通；对 D D4 加反向电压， D D4 截止。 电路中构成 U Dl、 RL 、 D3通电回路，在 RL 上形成上正下负的半波整 流 电压 ； 当 U2 为负半周时，对 D D4 加正向电压， D D4导通；对 D D3 加反向电压， D D3 截止。 电路中构成 U D RL 、 D4通电回路，同样在 RL上形成上正下负的另外半波的整流电压。 如此重复下去，结果在 RL上便得到全波整流电压。 其波形图和全波整流波形图是一样的。 从图 31 中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值。 如图 32 所示，经过桥式整流后， 在负载电阻 RL上正得到的是同一个方向的单向脉动电压。 t0 2 3422 Ut0  2 3 4ou22 U图 2 整流电路 图 3 输出波形图 图 32桥式整流电路波形变化 本科毕业论文（设计） 13 的 参数计算 (1)输出平均电压 Uo。 由 Uo 波形可知，桥式整流 电路的输出平均电压 是半波整流 电路 的 2倍， 即 ： （ 32） (2)流过 每个 二极管的平均电流 ID。 由于 D1 、 D3 和 D D4轮流导通， 因此流过每个二极管的平均电流只有负载电流的一半， 即 ： （ 33） (3)二极管承受的最高反向峰值电压 URM。 当 U2 上正下负时， D1 、 D3导通， D D4截止， D2 、 D4 相当于并联后跨接在 U2 上，因此反向最高峰值为 ： （ 34） 单相桥式整流电路的负载特性曲线是指输出电压与负载电流之间的关系曲线。 如图 36所示：该曲线的斜率代表了整流电路的内阻。 图 33 单相桥式整流电路的负载特性曲线 UUU O 22  LooD RUII 2121 22 UU RM L RU 本科毕业论文（设计） 14 滤波电路 交流电经过整流 电路 后得到的是脉动直流，这样的直流电源由于所含交流纹波很大，不能直接 给 电子电路 供电。 采用电容 滤波电路可以大大降低这种交流纹波成份，让整流后的电压 波形变得比较平滑。 电容滤波电路，如图 39 所示： 图 34 电容滤波电路 图 35 电容滤波 变化 示意图 如图 35 所示， 若电路处于正半周， 则 二极管 D D3 导通，变压器次端电压 U2 给电容器 C充电。 此时 C相当于并联在 U2 上，所以输出波形同 U2 ，是正弦形。 在 t1 到 t2 时刻，二极管导电， Ｃ 充电， Uo=Uc 按正弦规律变化； t2 到t3时刻二极管关断， UC=URL按指数曲线下降，放电时间常数为 RLC。 当放电时间 本科毕业论文（设计） 15 常数 RLC 增加时， t1 点要右移， t2 点要左移，二极管关 断时间加长，导通角减小，见曲线 3；反之， RLC减少时，导通角增加。 当 Ｒ L很小，即 IRL很大时，电容滤波的效果不好，见滤波曲线中的 2。 然而 ，当Ｒ L很大，即 IRL很小时，尽管C 较小 , RLC 仍很大 ,电容滤波的效果也很好 ,见滤波曲线中的 3。 所以电容滤波适合输出电流较小的场合。 通常 ，放电时间常数 RLC 越大、输出电压越平滑。 如果 负载开路， 即负载电阻趋于无穷大， 电容 没有形成 放电回路， 此时 输出电压将保持为 U2的峰值不变。 （ 1）输出电压的估算 电容滤波电路的输出电压与电容的放电时间常 数τ =RLC有关，τ应远大于U2的周期 T， 通常 ，当 τ =RLC≥（ 3～ 5） T /2 时，滤波电路的输出电压可按下式估算，即 UO≈。 （ 2） 因为 整流二极管 的 导通时间缩短了，存在瞬间的浪涌电流， 所以 要求二极管允许通过更大的电流，管子参数应满足 : IFM＞ 2IV=IO。 （ 3） 如果 负载电阻 RL的 大小 ， 可根据公式 选择滤波电容 C 的容量，即 C≥（ 3～ 5） T /2RL。 （ 35） 若容量偏小，输出电压 UO 将 会 下降，一 般选择 较 大容量的电解电容；电容的耐压 值 应大于 U2 的峰值，同时要考虑 到 电网电压波动的因素，留有 一定 的余量。 电容滤波电路的负载能力较差，仅适用于负载电流较小的场合。 选择滤波电容时需要满足条件： RLC≥ (35)T/2。 电容滤波电路的输出特性曲线如图 36 所示。 从图中可见，电容滤波电路的输出电压在负载变化时波动较大，说明它的带负载能力较差，只适用于负载变化不大的场合。 图 36 电容滤波电路的输出特性曲线 U o 1 . 4 U o 0 . 9 U o 0 Io 本科毕业论文（设计） 16 稳压电路 由于稳压电路 会因为外界因素 发生波动、负载和温度发生变化，滤波电路输出的直流电压会 随 之发生 变化 而不稳定。 因此，为了维持输出电压稳定不变，还需 一个 稳压电路。 稳压电路 所起到的 作用是当电网电压、负载、 外界 环境温度等发生变化时，使输出直流电压不受影响，而维持 电压的 稳定输出。 串联反馈式稳压电路 串联型稳压电路 是 以稳压管电路为基础，利用晶体管的电流放大作用，增大负载电流；在电路中引入深度电压负反馈使输出电压稳定； 同时 ， 可以通过 改变反馈网络参数使输出电压可调。 图 37 串联稳压电路的基本组成电路 反馈式 稳压电路的工作原理 如图 37 所示，显然 有 ， VO =VIVR，当 VI 增加时， R 因 受控制而增加，使VR增加，从而在一定程度上抵消了 VI增加对输出电压的影响。 当 负载电流 IL增加 时 ， R 受控制而减小，使 VR减小， 这就 在一定程度上抵消了因 IL增加使 VI减小，对输出电压减小的影响。 在实际电路中，可变电阻 R是用一个三极管来替代的，控制基极电位，从而就控制了三极管的管压降 VCE， VCE相当于 VR。 要想输出电压稳定，必须按电压负反馈电路的模式来构成串联型稳压电路。 如图 38 所示， 串联反馈式稳压电路 由。