绪论

     本文设计制作了一个集成直流稳压电源，该系统将220V/50Hz交流电转换为多路直流稳压电源，主要技术指标要求：

（1）输出稳定双电源：±12V/1A；

（2）输出连续可调电压： +3~+18V/1A，带过压保护电路，并加装电源工作指示灯和保护动作指示灯。

方案设计                            

1．直流稳压电源设计思路

（1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。

（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。

（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。

（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。

2．直流稳压电源原理直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它由变压、整流、滤波、稳压、过压保护五个环节组

 

 其中：

（1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。

（2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电

（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。

（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。

（5）过压保护电路：过压保护电路的功能是限定输出电压的{zd0}值，当输出电压超过{zd0}值时，切断输入电压，保护负载电路。

整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图2所示。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。电路的输出波形如图3所示。在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即       。电路中的每只二极管承受的{zd0}反向电压为 (U2是变压器副边电压有效值)。

电路设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电感器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：Uo1=(1.1～1.2)U2，直流输出电流：         （I2是变压器副边电流的有效值）。

    电路的组成可分为两部分：带过压保护的可调输出电压和正负双电源电压。

可调输出电压主要由三端可调式集成稳压器LM317、分压电阻R1和可调电阻RP1提供，集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压 加于给定电阻 两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器 ，调节 可输出连续变化的电压。加入二极管VD1，用于防止输出端短路时电容C4放电倒灌入三端稳压器而被损坏。

过压保护电路主要由稳压管DW、三极管BG、继电器J组成，输出电压经过压保护电路反馈到输入端。稳压电路工作正常时，输出电压未超过{zd0}值（{zd0}值自定为20V），稳压管DW未达到稳压值不导通，晶体管BG因无基极电流而截止，继电器J不动作，常闭触点J1接通，稳压器处于正常供电状态。若因故障使稳压器的输出超过20V，稳压管DW导通，给晶体管BG以足够大的基极电流，BG饱和，使接在BG集电极的继电器J动作，常闭触点J1脱开，切断稳压电源。与此同时，常开触点J2闭合，使继电器仍保持吸合，实现自保。R2为限流电阻，在DW导通后限制流过晶体管BG的基极电流，但又要确保BG处于饱和状态。二极管VD2是续流二极管，用以抑制继电器线圈断电时产生的反峰电压，以保护晶体管BG不被反峰甩压击穿。电阻R3与发光二极管LED作过压指示用[4]。

双电源电路设计选择三端稳压器LM7812和LM7912。因为大容量电解电容有一定的绕制电感分布电感，易引起自激振荡，形成高频干扰，所以稳压器的输入、输出端常并入瓷介质小容量电容用来抵消电感效应，抑制高频干扰[5]。

2.参数计算及器件选型

（1）三端可调式集成稳压器

LM317的输出电压表达式为：

式中，1.25是 ，电阻 常取值 ， 一般使用精密电位器，与其并联的电容器C4可进一步减小输出电压的纹波。LM317系列稳压器输出连续可调的正电压，可调范围为1.2V~37V，{zd0}输出电流 为1.5A。稳压内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。

（2）过压保护电路

过压保护电路中的继电器J可采用工作电压为25~30V触点电流不小于1A，有常闭常开触点的小型直流继电器，例如JTX-2型继电器。稳压管DW的稳压值VDW加上晶体管BG的发射结正向压降0.7V是过压保护电路的动作电压，故应选用VDW为19.8~20.OV的稳压管，可选用2CW37-20B，使VDW+0.7=20.5~20.7V。

（3）双电源稳压器

LM7812的{zd0}输入电压为19V，输出电压在常温下为11.5V~12.5V，{zd0}负载电流为1.5A，满足设计要求。LM7912为负向电压。

 

电路设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电感器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：Uo1=(1.1～1.2)U2，直流输出电流：         （I2是变压器副边电流的有效值）。

    电路的组成可分为两部分：带过压保护的可调输出电压和正负双电源电压。

可调输出电压主要由三端可调式集成稳压器LM317、分压电阻R1和可调电阻RP1提供，集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压 加于给定电阻 两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器 ，调节 可输出连续变化的电压。图中加入了二极管VD1，用于防止输出端短路时电容C4放电倒灌入三端稳压器而被损坏。

过压保护电路主要由稳压管DW、三极管BG、继电器J组成，输出电压经过压保护电路反馈到输入端。稳压电路工作正常时，输出电压未超过{zd0}值（{zd0}值自定为20V），稳压管DW未达到稳压值不导通，晶体管BG因无基极电流而截止，继电器J不动作，常闭触点J1接通，稳压器处于正常供电状态。若因故障使稳压器的输出超过20V，稳压管DW导通，给晶体管BG以足够大的基极电流，BG饱和，使接在BG集电极的继电器J动作，常闭触点J1脱开，切断稳压电源。与此同时，常开触点J2闭合，使继电器仍保持吸合，实现自保。R2为限流电阻，在DW导通后限制流过晶体管BG的基极电流，但又要确保BG处于饱和状态。二极管VD2是续流二极管，用以抑制继电器线圈断电时产生的反峰电压，以保护晶体管BG不被反峰甩压击穿。电阻R3与发光二极管LED作过压指示用[4]。双电源电路设计选择三端稳压器LM7812和LM7912。因为大容量电解电容有一定的绕制电感分布电感，易引起自激振荡，形成高频干扰，所以稳压器的输入、输出端常并入瓷介质小容量电容用来抵消电感效应，抑制高频干扰[5]

 

2.参数计算及器件选型

（1）三端可调式集成稳压器

LM317的输出电压表达式为：

式中，1.25是 ，电阻 常取值 ， 一般使用精密电位器，与其并联的电容器C4可进一步减小输出电压的纹波。LM317系列稳压器输出连续可调的正电压，可调范围为1.2V~37V，{zd0}输出电流 为1.5A。稳压内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。

（2）过压保护电路

过压保护电路中的继电器J可采用工作电压为25~30V触点电流不小于1A，有常闭常开触点的小型直流继电器，例如JTX-2型继电器。稳压管DW的稳压值VDW加上晶体管BG的发射结正向压降0.7V是过压保护电路的动作电压，故应选用VDW为19.8~20.OV的稳压管，可选用2CW37-20B，使VDW+0.7=20.5~20.7V。

（3）双电源稳压器

LM7812的{zd0}输入电压为19V，输出电压在常温下为11.5V~12.5V，{zd0}负载电流为1.5A，满足设计要求。LM7912为负向电压。

1）确定副边电压U2:

根据性能指标要求：Uomin=3V     Uomax=18V

又 ∵ Ui-Uomax≥(Ui-Uo)min     Ui-Uoin≤(Ui-Uo)max

其中：（Ui-Uoin）min、(Ui-Uo)max分别为LM317的极值差，查手册选取（Ui-Uoin）min=3V，(Ui-Uo)max=40V

∴ 21V≤Ui≤43V

此范围中可任选 ：Ui=30V=Uo1

根据  Uo1=(1.1～1.2)U2

可得变压的副边电压：

2）确定变压器副边电流I2

∵ Io1=Io

又副边电流I2=(1.5～2)IO1  取IO=IOmax=1A

则I2=1.5＊1A=1.5A

3）选择变压器的功率

变压器的输出功率：Po>I2U2=37.5W

（5）选择整流电路中的二极管

∵ 变压器的副边电压U2=25V

∴ 桥式整流电路中的二极管承受的{zg}反向电压为：

桥式整流电路中二极管承受的{zg}平均电流为：

查手册选整流二极管IN4001，其参数为：反向击穿电压UBR=50V>35V

{zd0}整流电流IF=1A>0.5A

（6）滤波电路中滤波电容的选择

电路中滤波电容承受的{zg}电压为 ，所以所选电容器的耐压应大于35V。

电路仿真

（1）全波整流仿真全波整流仿真波形如图5所示，输入为220V/50Hz交流，变压器变比为7：1，图6为波形参数设置。黄色波形为输入信号，紫色波形为全波整流信号

 

                               图-----全波整流仿真波形图

（2）可调电压仿真

可调电压仿真电路图如图7所示，其中电阻R1为 。当RP1=10.5V/10.5mA= 时，仿真输出电压为11.8V，理论输出电压为1.25（1+ RP1/ R1）=11.62V。

 

改变电位器RP1，测得输出电压与理论电压的数据见表1。

表1 仿真输出电压与理论电压的数据表

，1986.10(15):39~40