直流稳压电源设计

时间：2022-10-29 百科知识版权反馈

【摘要】：直流稳压电源是电子系统中不可缺少的设备之一，也是模拟电路理论知识的基本内容之一。完成一个直流稳压电源的设计和安装调试，既可以达到对模拟电路理论知识的较全面的运用和掌握模拟电路的实际安装调试技术，具有很好的实用价值。完成一个直流稳压电源的理论设计，并用EWB进行模拟仿真测试，符合技术指标要求后再进行安装调试。显然，所选三端集成稳压器满足课题技术指标要求。

6.3.2　直流稳压电源设计

1）概述

直流稳压电源是电子系统中不可缺少的设备之一，也是模拟电路理论知识的基本内容之一。完成一个直流稳压电源的设计和安装调试，既可以达到对模拟电路理论知识的较全面的运用和掌握模拟电路的实际安装调试技术，具有很好的实用价值。

2）设计任务、技术指标和要求

完成一个直流稳压电源的理论设计，并用EWB（Multisim2001）进行模拟仿真测试，符合技术指标要求后再进行安装调试。其技术指标要求为:①共有4路直流输出电源:＋15 V/1A、－15V/1A、＋12V/100mA、－12V/100mA；②电压调整率:S≤0.2%（输入电压～220V，变化±10%，满载）；③负载调整率≤1%（输入电压～220V，空载到满载）；④纹波抑制比≥35dB（输入电压～220V，满载）。（注:主要设计稳压部分）

3）方案选择与论证

众所周知，直流稳压电源总体功能框图如图6.3.11所示。

图6.3.11　直流稳压电源总体功能框图

常用的直流稳压电源有下列方案可供选择:①硅稳压管并联式稳压电路，这种电路结构简单，但输出电压固定，负载能力小。②串联反馈式线性稳压电源，这种电路的输出电源的稳定性、负载能力和可调节性都较好。③三端集成稳压器，这种电路实质是第（2）种电路的集成化和优化。④串联或并联型开关稳压电源，这种电路的最大优点是效率η高，可达75%～90%。⑤直流变换型电源，这种电路可以把不稳定的直流高压变换为稳定的直流低压，更多情况是用于把不稳定的直流低压变换为稳定的直流高压，也就是实现DC—DC变换。

以上5种电源的工作原理在康华光主编的《电子技术基础》中有详细介绍。

根据本课题任务和技术指标要求，对系统效率未做要求，而对电压调整率、负载调整率、纹波电压做出一定要求，可选择（1）、（2）或（3）方案；又因要求4路输出电源，选择（3）更好，这样实现电路简单，调节容易，性价比高。

4）功能框设计

①变压部分通过变压器即可实现。②整流部分一般采用桥式整流，可采用4个整流二极管接成桥式，也可采用二极管整流桥堆。③滤波部分在输出电流不大的情况下一般选用电容滤波即可。④三端集成稳压器有固定输出和可调输出两种。因为本课题要求的输出电源电压都是固定的，所以稳压部分选用输出电压固定的三端集成稳压器。

5）单元电路设计

（1）稳压电路设计

根据课题任务与技术指标要求，选择CW7815、CW7915、CW78M12、CW79M12三端集成稳压器，其性能指标如表6.3.8所示。

表中，电压调整率的定义为在保持I_O和温度不变的条件下

该参数反映了稳压电源克服输入电压变化影响的能力，越小越好。

电流调整率的定义为在规定输入电压下，负载电流从0（空载）到最大值（满载）变化时，输出电压的相对变化率，即S_I＝ΔU_O/U_O，该参数反映了负载变化时，稳压电源维持输出电压稳定的能力。纹波抑制比的定义为式中，V_1p－p和V_op－p分别表示输入纹波电压和输出纹波电压的峰－峰值。显然，所选三端集成稳压器满足课题技术指标要求。由手册可查得所选集成稳压器的典型应用电路如图6.3.12（a）、（b）所示。

表6.3.8　三端集成稳压器性能指标

图6.3.12　三端集成稳压器CW78xx和CW79xx典型应用电路

再考虑一些常规的滤波和保护电路，可设计出稳压部分的电路原理图如图6.3.13所示。图中VD₁～VD₈为保护二极管。

由于±12V电源输出部分要求的输出负载电流较小，这部分的稳压电路也可以采用稳压管并联稳压电路，如图6.3.14所示。常用稳压二极管的主要参数如表6.3.9所示。

图6.3.13　稳压电路原理图

所以VD₅、VD₆选稳压二极管2CW60。电阻R₁、R₂为稳压二极管2CW60限流电阻，其计算式为

式中的U_Imin和U_Imax分别为输入电压波动时的最小值和最大值，此处因为前面有一级集成稳压，所以可近似认为无波动，即均取15V；I_O为稳压源输出电流，此处根据课题技术指标要求为100mA；由表6.3.9可知，稳压二极管2CW60的U_z为11.5～12.5V；I_z为5mA；I_zm为19mA；所以R₁、R₂可取22Ω/1W的电阻。

表6.3.9　常用稳压二极管的主要参数

（2）双路输出变压、整流、滤波电路设计

这一部分的电路原理如图6.3.15所示。

图6.3.14　稳压管并联稳压电路原理图

变压器的选择主要考虑初、次级的电压电流要求。由于CW7815（7915）要求输入电压为＋18.5～＋28.5（－18.5～－28.5），设U1取20V，则根据电容滤波电路中的电压关系:若则可求得变压器次级电压有效值2×U₂≈2×18V。根据课题技术指标要求，稳压电源输出负载电流为1A＋100mA，变压器电流应为（1.5—2）I_L，所以取变压器为2×18V/2A即可。