2021年12V对称稳压电源设计
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荆楚理工学院
欧阳光明(2021.03.07)
电子课程设计成果
学院:电子信息工程学院班级
学生姓名:学号:
设计地点(单位): D1102
设计题目: ±12V对称稳压电源设计
完成日期: 2016年6月23日
指导教师评语:
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成绩(五级记分制):
教师签名:
±12V对称稳压电源设计
一、设计任务与要求
设计一个±12V对称稳压电源,实现其基本功能。要求输入220V,50Hz的交流电,输出为±12V的对称稳压直流电,完成实际电路制作,测试相关电路参数,进一步掌握其基本原理。
二、方案设计与论证
此设计要求设计一个双路输出12V稳压电源,该电源包含以下几个部分:变压器、整流桥、滤波电路、稳压电路、高频噪声静躁电路。
以上各部分的作用如下:
变压器:变压器是将220V 50Hz的交流电压变换成整流电路所需要的交流电压。
整流桥:整流桥的作用是将交流电变成直流电,完成这一任务主要是靠整流二极管的单向导通作用。
滤波电路:滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波,一般由电抗原件组成。
稳压电路:将输出电压保持在一个稳定的数值。
高频噪声静躁电路:滤除电路中出现的高频噪声。
方案一:±12V对称稳压电源设计由输入、变压、整流、滤波、稳压、去噪声、输出几部分组成。输入为220V 50Hz的正弦交流电,我们采用W7812和W7912三端集成稳压器组成的正、负双向直流电可以满足输出电压为±12V的要求。整流电路采用的是单相桥式整流电路。滤波电路可以采用四个1N4007二极管来进行滤波。电源变压器要为后面的稳压电源部分W7812和W7912提供电源,所以选用220V 50Hz双12V的变压器。由于滤波电容C的容量比较大,本身就存在较大的等效电感,对于引入的各种高频干扰的抑制能力很差。为了解决这个问题,在电容C两端并联一只小容量的电容就可以有效的抑制高频干扰。
方案二:晶体管串联型±12V对称稳压电源电路主要元件包括:晶体三极管、限流电阻、稳压二极管、以及滤波电容。令限流电阻与稳压二极管串联,并联在电源与地之间,便可以在稳压二极管上得到稳定的电压。之后由NPN型三极管射极输出、集极接电源输入,稳压二极管接基极。由于发射极与基极PN结间电压固定,因此电路的输出电压等于稳压二极管的电压与PN结电压之和。
经过比较,我们选用方案一,因为方案一成本低,制作简单,同时也能稳定输出我们所需的±12V电压。
三、单元电路设计与参数计算
1.变压器:电源变压器的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电,变压器副边与原边的功率之比为P2/P1=n,式中n 是变压器效率。根据电路要求,我们选择了±12V 30W的变压器。
2.整流电路:在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路,整流电路的作用是将交流电压U2变换成脉动的直流电压U3。滤波电路一般由电容组成,其作用是把脉动直流电压U3中大部分纹波加以滤除,以得到较平滑的直流电压U1.U1与交流电U2的有效值U2的关系为:
U1=(1.1~1.2)U2
在整流电路中,每只二极管所承受的最大反向电压为:
URM=U2
流过每只二极管的平均电流为:
ID=IR/2=0.45U2/R
其中,R为整流滤波电路的负载电阻,它为电容C提供放电通路,放电时间常数RC应该满足:
RC>(3~5)T/2
其中,T=200ms是50Hz交流电的周期。
3.滤波电路:经过整流后的电路仍然含有较多的交流部分,所以我们要经过滤波电路的处理。滤波电路采用的是电容滤波电路,所选用的电容是耐压值为25V、容量为1000uF的电解电容和耐高温、稳定性强的0.1uF的独石电容。
滤波电容的选择:RC=(3~5)
一般选择几十至几千微法的电解电容,耐压>1.1U2
4.稳压电路:稳压管稳压电路,三端集成稳压器和电压可调式三端集成稳压器,开关式稳压电路(电源效率可调高)。本设计采用三端集成稳压器
三端集成稳压器:
W78××系列——输出正电压
W79××系列——输出负电压
××表示输出电压值,本设计中采用7812和7912稳压器。
在它的基本应用电路中要注意:
①.三端集成稳压器输入、输出电压差为2~3V
②.C3、C4、C7、C8用来实现频率补偿,防止稳压器产生高频自激和抑制电路引入的高频干扰。取电容<=1uF。
③.C5是电解电容,用来减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。
四、总原理图和元件清单
1.总原理图
2.元件清单
五、安装与调试
按照电路图连接好电路后,用万用表进行测试。
1.静态调试:输入为220V 50Hz,输出应该为±12V。
2.动态调试:通电后,用万用表测试输出电压分别为+12.11V 和-12.27V。
六、性能测试分析
1.在protues中进行分步仿真,并在实验室实际测量,观测输出波形。
(1).变压部分:变压器接交流电,输出接示波器,观测波形。
仿真时,这个部分没有误差,输入为220V 50Hz,输出为±12V,50Hz(如上图)。而实际电路中测量波形也相同(如下图)。
(2).整流部分
仿真时,这部分没有误差(如上图)。同理,在实验室测量波形也相同,仅有少许干扰(如下图)。
(3).滤波部分
在protues中仿真时可以看出波形中已经很平滑(如上图),而在实验室测量实际电路时波形也很平稳(如下图)。
(4).稳压部分
在仿真时,输出电压已经是直流了,很平稳(如上图),实验室测试波形也如此(如下图)。
2.测试性能指标
稳压电源的技术指标分为两种:一种是特性指标,包括输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等;另一种是质量指标,用来衡量输出直流电压的稳定程度,包括稳压系数,输出电阻,纹波电压及温度系数。本设计中,我们主要测试其稳压系数S、输出电阻R0和纹波电压。
(1).测量稳压系数S
稳压系数定义为:当负载保持不变时,输出电压相对变化量与