直流稳压电源设计(附仿真)
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南昌大学实验报告
学生姓名:学号:专业班级:
实验类型:□验证□综合□设计□创新实验日期:实验成绩:
直流稳压电源设计
一、设计任务
设计一直流稳压电源并进行仿真。
二、设计要求
基本性能指标:
(A1)输出直流电压+5V,负载电流200mA。
(B1) +3V~ +9V,连续可调;(B2) I Omax=200mA;(B3) 稳压系数S r≤5×10-3;(B4) △U O≤5mV。
扩展性能指标:扩展直流稳压电源的输出电流使10mA≤I O≤1.5A。
三、设计方案
直流稳压电源设计框图和直流稳压电源基本电路分别如图1和图2所示:
图1 直流稳压电源框图
图2 直流稳压电源基本电路
主要原理是:
电源变压器将交流电网220V 的电压降压为所需的交流电压,然后通过整流电路将交流电压变成单极性电压,再通过滤波电路加以滤除,得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压波动(一般有±10%左右的波动)、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后,还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时,维持输出直流电压稳定。
一般情况下,选用降压的电源变压器。
整流电路主要有半波整流电路、桥式整流电路和全波整流电路,一般情况下多用桥式整流电路,桥式整流输出脉动电压平均值为:
22220
1
1
22
20902O o U u t d t U td t U |()|sin .π
π
ωωωπ
π
=
=
=
≈⎰
⎰
通过每只二极管的平均电流为:
2
0452O O L L
U U I R R .=
≈ 每只二极管承受的最大反向电压为:
22RM U U =
滤波电路亦可分为电容滤波、电感滤波、Π型滤波等多种滤波电路,而在小功率电源电路设计中多用电容滤波电路。当在接上滤波电容后,U O 会明显增大,其大小与时间常数R L C 有关,通常情况下,R L C =(3~5)T/2(T 为电网电压周期)。
稳压电路有二极管稳压电路、串联型稳压电路和集成稳压电路等,可根据具体要求选择合适的电路形式(具体原理可查阅相关资料)。
稳压电源的性能指标:
最大输出电流I Omax :电源的输出电压U O 应不随负载电流I OL 而变化,随着负载R L 阻值的减少,I OL 增大,U O 减小,当U O 的值下降5%时,此时流经负载的电流定义为I Omax (记下I Omax 后迅速增大R L ,以减小稳压电源的功耗)。
输出电压:指稳压电源的输出电压,也是稳压器的输出电压。当输入电压为
额定值时,可直接用电压表测量。
纹波电压:指叠加在输出电压U O 上的交流分量。可用示波器观测其峰-峰值或者有效值。
稳压系数:指在负载电流、环境温度不变的情况下,输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化,即
O I O I r T O I U U S U U /|∆∆===
常数
常数
输出电阻:稳压电路输入电压一定时,输出电压变化量△U O 与输出电流变化量△I O 之比,即
O
O
o I U R ∆∆=
(U I 为常数)
四、电路仿真与分析 A :
B :
五、计算
通过每支二极管的平均电流Id=0.45*V2/R;
RC放电时间常数满足:RC>(3~5)*T/2,T=50Hz;
Vo=1.25(1+Rp1/R4)=3~9
Vomax+(Vi-Vo)min<=Vi<=Vomin+(Vi-Vo)max
9+3<=Vi<=3+40
12<=Vi<=43
V2>=Vi min/1.1=12/1.1;取V2=12V
I2>Io max=0.2A; 取I2=0.5A
P2>=I2V2=6W
P2<10;所以效率=0.6;
则P1>=P2/0.6=10W
选20W变压器
△Vi=1.3V;C=3842uF
滤波电容C=Ic*t/△Vipp,t=T/2=0.01s,Ic=Iomax,取C=两个2200并联;
六、仿真效果
3~9V可调,输出电流200mA
滤波效果:
纹波小于5mV:
稳压系数的测定:
输入电压为11V,输出电压5.0003;
输入电压为10V,测得输出电压为5.002V,
得稳压系数:Sv=-=0.001
输入电压为7.5V,输出电压为4.999;
输入电压为15V,输出电压为5.008V,
得稳压系数:Sv=-=0.001
七、实验总结
电源设计是每个比赛首先必须搭建的。通过训练,对稳压电源的设计搭建更加熟悉了。
八、仿真原件
直流稳压电源设计——A.ms14直流稳压电源设计——B.ms14