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双端直流稳压电源

一、选题的目的和意义
现在科技在进步，社会在向前发展，只有掌握先进的技术，并有一定的动手能力和设计能力才能在激烈的社会大潮中站得住脚；所以我们选题直流稳压电源目的，一方面加深对直流稳压电源了解；另一方面巩固所学的知识，提高自己的动手制作能力和设计能力。同时为我们以后学习有关专业知识打下基础和积累经验。并且对我们以后的工作也有所帮助。
二、方案的可行性论证：
现在所使用的大多数电子设备中，几乎都必须用到直流稳压电源来使其正常工作，而最常用的是能将交流电网电压转换为稳定直流电压的直流电源，可见直流稳压电源在电子设备中起着主导作用，为设备能够稳定工作提供保证。
220V、50Hz的单向交流电源经电源变压器降压后，再经过整流滤波可获得低电压小功率直流电源。然而，由于电网电压可以有%变化。另外，负载变化引起直流电源内阻上压降变化，均导致整流滤波后输出直流电压发生变化。为此，必须将整流、滤波后的直流电压由稳压电路稳定后再提供给负载，使负载上直流电源电压受上述因素的影响程度达到最小。直流电压电源系统一般由四部分组成，它们分别是电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路；其系统结构如图1所示。

三、拟选方案的工作原理：
（一）直流稳压电源的基本组成：
直流稳压电源一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本电路如图3.5.1所示，各部分的电路如下：
1、电源变压器
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压 。变压器副边与原边的功率比：
P2/P1=η （3-5-1）
式中，η为变压器的效率。一般小型变压器的效率如表3.5.1所示:

图3.5.1 直流稳压电源基本电路
表3.5.1 小型变压器的效率
副边功率p2/VA
<10
10-30
30-80
80-200
效 率η
0.6
0.7
0.8
0.85
2.整流滤波电路
整流二极管D1～D4组成单相桥式整流电路，将交流电压变成脉动的直流电压，再经滤波电容C滤除纹波，输出直流电压。与交流电压的有效值的关系为：
=(1.1～1.2) (3-5-2)
每只整流二极管承受的最大反向电压:
= (3-5-3)
通过每只二极管的平均电流：
(3-5-4)
式中，R为整流滤波电路的负载电阻。它为电容C提供放电回路，RC放电时间常数应满足：
(3-5-5)
式中，为50 交流电压的周期，即20 ms.
3、稳压电源
A．分立元件稳压电路
调整管T１与负载电阻 RL相串联，组成串联式稳压电源。T2与稳压管 Dz组成采样比较放大电路，当稳压器的输出负载变化时，输出电压应保持不变，稳压过程如下：
设输出负载电阻RL变化，使 ↑,则：

B．集成稳压电路
固定式三端稳压器是构成集成稳压电路的核心部分，该芯片有三个引脚，即不稳定电压输入端（接Vi），稳定电压输出端（接负载）及公共接地端。
固定式三端稳压器的常见产品如图3.5.3所示，其中， CW78××系列稳压器输出固定的正电压，如7805输出为+5V;CW79××系列稳压器输出固定的负电压，如7905输出为-5 V，输入端接电容Ci可以进一步滤除纹波，输出端接电容Co能改善负载的瞬态影响，使电路稳定工作。Ci，Co最好采用漏电流小的钽电容，如果采用电解电容，则电容量要比图中数值增加10倍。
集成稳压电路具有体积小、外围元件少、性能稳定可靠、使用调整方便和价廉等优点。因此，考虑到上述优点，我这里所采用的稳压电路是集成稳压电路。
四．方案设计依据
为保证稳压电源的正常工作，必须在设计时让其工作在额定范围内，以下是稳压电源的性能指标及测试方法：
● 最大输出电流 指稳压电源正常工作时能输出的最大电流，用Io max表示，一般情况下的工作电流Io<Io max.稳压电路内部应有保护电路，以防止Io>Io max是损坏稳压器。
● 输出电压 指稳压电源的输出电压，用Vo表示。采用如图3.5.2所示的测试电路，可以同时测量Vo与Io max。测试过程是：输出端接负载电阻Rl,输入端接220V的交流电压，数字电压表的测量值即为 Vo,再使R1诼渐减小，直到Vo的值下降5%，此时流经负载Rl的电流即为 Io max(记下Iomax后迅速增大Rl，以减小稳压电源的功耗)。
● 纹波电压 指叠加在输出电压Vo上的交流分量，一般为mV级，可将其放大后，用示波器观测其峰-峰值△Vop-p,也可以用交流电压表测量其有效值△Vo,由于纹波电压不是正弦波，所以用有效值衡量存在一定误差。
● 稳压系数 指在负载电流Io,环境温度T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，即稳压系数
Sv= （3-5-6）
Sv的测量电路如图3.5.2所示，测试过程是：先调节自耦变压器使输入电压增加10%，即Vi=240V,测量此时对应的输出电压Vo1；再调节自耦变压器使输入减少10%，即Vi=198V,测量这时的输入电压Vo2,然后再测出Vi=220V时对应的输出电压Vo,则稳压系数
Sv== (3-5-7)
五、设计计算书
集成稳压电源设计的主要内容是根据性能指标，选择合适的电源变压器，集成稳压器整流二极管及滤波电容,
集成稳压电源性能指标要求：＝12V, =-12V对称输出，＝400mA,
1、集成稳压器，确定电路形式：
固定式三端集成稳压器CW7812和cw7912组成稳压电源电路如图2所示,其中7812特性参数=19V, =(11.4-12.5)V, =18mV,=12mV,静态工作电流=4.3mA, 纹波抑制比=71dB, - =2V，=2.2。7912特性参数=-19V, =-(11.4-12.5)V, =18mV,=12mV,静态工作电流=4.3mA, 纹波抑制比=71dB, -=-2V,最大输出电流=2.2A。

２、电源变压器
稳压器压差为- =3V，故输入电压=3+12=15V,稳压器的输入电流即为整流滤波电路的负载电流=+=400+8=408mA。由此可确定变压器的副边电压有效值=；同理可求得=-15，=408mA,。根据上边求得数据，可求的整流滤波电路的等效负载：
=
变压器副边输出功率
由表3.5.1可得变压器的效率η=0.7,则原边输入功率：
即变压器平均容量为P= 为留有余地，选功率为30W的电源变压器。
3、桥式整流二极管
二极管的最大反向电压应满:>=35.4V
正向平均电流应满足：；因此，整流二极管可选IN4001,其保护作用的二极管D5、D6同样可选IN4001.
4、滤波电容
由式3-5-5可知：
980～1634uF
取C=1000uF,电容器耐压：=35.4V
故电容器参数为C:1000uF/50V
六、设计结果分析
如图2所示，图中二极管D5、D6用于保护稳压器。在输入端接负载情况下，如果其中一路稳压器输入端断开，则+12V通过负载作用于CW79XX的3输出端，使该稳压器输出端对地承受反压而损坏。有了D6限幅，反压仅为0.7V左右，因而该稳压器得到保护。
输入端电容C3、C4用来减小输入电压中的波纹。输出端电容C5、C6用来改善瞬态负载响应特性。
当输出端接的负载发生变化时，电压经负反溃电路，传给稳压器，通过稳压器的稳压，使输出电压又达到稳定。
七、进一步发展展望
随着电子技术的飞速发展和能源的逐渐减少,许多电子产品在生产技术上越来越趋向于高性能、低功耗、高性价比。电源作为电子产品中的主体自然也不例外；在电源中的变压器是耗能最大的元器件，有大部分的能量都在变压器以中热的形式浪费掉了。那么，我们可以想象，将来会有一种新的变压器，可以在耗能很少的情况下，把交流转化直流。这样在全世界每一秒钟就可以节省上万度电，也许会更多。

参考文献

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2.谢嘉奎主编.电子线路.第三版.北京:高等教育出版社,1988
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5.徐以荣.电力电子技术基础.南京:东南大学出版社,1999
6.陈大钦主编. 模拟电子技术基础(第二版).北京:高等教育出版社,2000
7.高文焕,陈润生编.电子线路基础.南京:东南大学出版社.1994