电气工程基础课程设计 直流稳压电源的设计
1． 交流电压变换部分
一般的电子设备所需的直流电压较之交流电网提供的220V电压相差较大，为了得到输出电压的额定范围，就需要将电网电压转换到合适的数值。所以，电压变换部分的主要任务是将电网电压变为所需的交流电压，同时还可以起到直流电源与电网的隔离作用。 2． 整流部分
整流电路的作用，是将变换后的交流电压转换为单方向的脉动电压。由于这种电压存在着很大的脉动成份（称为纹波），因此一般还不能直接用来给负载供电，否则，纹波的变化会严重影响负载电路的性能指标。 3． 滤波部分
滤波部分的作用是对整流部分输出的脉动直流电进行平滑 ，使之成为含交变成份很小的直流电压。也就是说，滤波部分实际上是一个性能较好的低通滤波器，且其截止频率一定低于整流输出电压的基波频率。 4． 稳压部分
尽管经过整流滤波后电压接近于直流电压，但是其电压值的稳定性很差，它受温度、负载、电网电压波动等因素的影响很大，因此，还必须有稳压电路，以维持输出直流电压的基本稳定。
第三章 电源变压器
电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。电源变压器的效率为：
??P2P1作者简介：杨诗（1990-），男（汉族），四川广安人，现在就读于成都理工大学工程技术学院自动化
工程系2010级电气工程及其自动化专业2班，学号：2010203052452012年6月13日星期三
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其中：P2是变压器副边的功率，P1是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表1所示：
表1 小型变压器的效率
副边功率P2 效率? ?10VA 10~30VA 0.7 30~80VA 0.8 80~200VA 0.85 0.6 因此，当算出了副边功率P2后，就可以根据上表算出原边功率P1。
由于LM317的输入电压与输出电压差的最小值?UI?Uo?min?3V，输入电压与输出电压差的最大值?UI?Uo?max?40V，故LM317的输入电压范围为： Uomax?(UI?Uo)min?UI?Uomin?(UI?Uo)max 即 9V?3V?UI?3V?40V 12V?UI?43V
U2?UImin12??11V， 取 U2?12V 1.11.1变压器副边电流： I2?Iomax?0.8A，取I2?1A， 因此，变压器副边输出功率： P2?I2U2?12W
由于变压器的效率??0.7，所以变压器原边输入功率P1?P2为留有余地，选用功率为20W的变压器。
??17.1W，
图（3）变压器原理电路图
第四章 整流
整流是稳压电源的一个重要组成部分，它的主要作用是进行波形变换即将
作者简介：杨诗（1990-），男（汉族），四川广安人，现在就读于成都理工大学工程技术学院自动化
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交流信号变成直流信号。 4．1 桥式整流
整流电路采用桥式整流电路，电路如图2所示。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。电路的输出波形如图3所示。
2U20?
图4整流电路
2?3?4??tuo2U20?2?3?4?图5输出波形图 ?t
在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二
If?I f即：I?Ioo1极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半 12211Io1?I2?1.5~2?在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即 。电路中的每只二极管承受的最大反向电压为
2U2(U2是变压器副边电压有效值)。
在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：Uo1=(1.1～
作者简介：杨诗（1990-），男（汉族），四川广安人，现在就读于成都理工大学工程技术学院自动化工程系2010级电气工程及其自动化专业2班，学号：2010203052452012年6月13日星期三
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1.2)U2，直流输出电流： （I2是变压器副边电流的有效值。），稳压电路可选集成三端稳压器电路。
第五章 滤波
尽管全波整流的纹波系数较之半波整流有很大改善，但还不能直接给负载供电，需采用滤波电路进一步减小纹波。滤波通常是利用电容或电感的能量存储作用来实现的。滤波电路种类很多，下面介绍几种常用的滤波电路。 5．1 电容滤波
电容滤波电路如下图7所示，由于市电交流电频率较低（50HZ），图中电容C一般取值较大，约1000?F以上。
图6 电容滤波电路
该电路工作原理：设U2=U2msin?t= U2sin?t，由于是全波整流，因此不管
作者简介：杨诗（1990-），男（汉族），四川广安人，现在就读于成都理工大学工程技术学院自动化工程系2010级电气工程及其自动化专业2班，学号：2010203052452012年6月13日星期三
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是在正半周期还是在负半周期，电源电压U2一方面向RL供电，另一方面对电容C进行充电，由于充电时间常数很小（二极管导通电阻和变压器内阻很小），所以，很快充满电荷，使电容两端电压UC基本接近U2m，而电容上的电压是不会突变的。现假设某一时刻U2的正半周期由零开始上升，因为此时电容上电压UC基本接近U2m，因此U2＜UC，D1、D2、D3、D4管均截止，电容C通过RL放电，由于放电时间常数?d=RLC很大（RL较大时），因此放电速度很慢，UC下降很少。与此同时，U2仍按 U2sin?t的规律上升，一旦当U2＞UC 时，D1、D3导通，U2→D3→C→D1对C充电。然后，U2又按 U2sin?t的规律下降，当U2＜UC 时，二极管均截止，故C又经RL放电。不难理解，在U2的负半周期也会出现与上述基本相同的结果。这样在U2的不断作用下，电容上的电压不断进行充放电，周而复始，从而得到一近似于锯齿波的电压UL=UC，使负载电压的纹波大为减小。
由以上分析可知，电容滤波电路有如下特点：
a）RLC越大，电容放电速度越慢，负载电压中的纹波成分越小，负载平均电压越高。
为了得到平滑的负载电压，一般取 RLC≥(3～5)T/2 式中，T为交流电源电压的周期。
b）RL越小输出电压越小。
若C值一定，当RL?∞，即空载时有 UL0= U2≈1.4 U2
当C=0，即无电容时有
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