直流稳压电源设计(附仿真)

南昌大学实验报告
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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。