直流電源的設計參數論證

張阿梅

（西安外事學院，陜西 西安 710077）

0 引言

電子設備中電源大多采用的都是穩定的線性直流電源，功率較小的線性直流電源大多數都是將50Hz的交流電經過整流、濾波和穩壓后獲得。變壓器把市電交流電壓變為所需要的低壓交流電；整流電路用來將交流電壓變換為單向脈動的直流電壓；濾波電路用來濾除整流后單向脈動電壓中的交流成分，使之成為平滑的直流電壓；穩壓電路的作用是當輸入交流電壓波動、負載和溫度變化時，維持輸出直流電壓的穩定。

1 總電路設計

線性穩壓電源包括變壓、整流、濾波、穩壓四個模塊。

1.1 變壓器的選擇

變壓器的作用就是把交流電網供給的220V，50Hz交流電變換為合適的數值。變壓電路相對簡單，僅有一個單相變壓器，變壓器將市電轉化為電路能承擔的電壓。變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當初級線圈中通有交流電流時，鐵芯（或磁芯）中便產生交流磁通，使次級線圈中感應出電壓（或電流）。變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈兩個或兩個以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級線圈，其余的繞組叫次級線圈。

輸入電網電壓由額定值變化±10%時，穩壓電源輸出電壓的相對變化量，有時也以絕對值表示。一般穩壓電源的電網調整率等于或小于 1%、0.1%，甚至 0.01%。

1.2 半波整流電路

整流電路是把經過變壓后的交流電通過具有單向導電性能的整流二極管，將正負交替的正弦交流電壓變換為單向的脈動直流電壓。但是，這種電壓直流幅值變化很大，包含有很多的脈動交流成分，還不能作為直流電源使用。對于高質量的穩壓電源，其整流電路一般都選用橋式整流電路。本次設計橋式整流濾波電路，就是四個二極管兩兩并聯后接入輸出電壓分別把正負電壓整流在輸出時候獲得了正負輸出的兩次的整流電壓。

1.3 電容濾波電路及工作原理

設電容兩端初始電壓為零，并假定t=0時接通電路，U2為正半周，當U2由零上升時，V1、V5導通，C被充電，同時電流經V1、V5向負載電阻供電。忽略二極管正向壓降和變壓器內阻，電容充電時間常數近似為零，因此U0=UC≈U2，在U2達到最大值時，UC也達到最大值，然后U2下降，此時，UC＞U2，V1、V5截止，電容 C 向負載電阻 RL放電，由于放電時間常數τ=RLC一般較大，電容電壓UC按指數規律緩慢下降，UC，V2、V4導通，電容C再次被充電，輸出電壓增大，以后重復上述充放電過程。其輸出電壓波形近似為一鋸齒波直流電壓。為獲得良好濾波效果，一般取(T為輸入交流電壓的周期)。

1.4 穩壓電路設計

穩壓器把不穩定的直流電壓變為穩定的直流電壓輸出。它利用調節流過穩壓管自身的電流大小（端電壓基本不變）來滿足負載電流的改變，并與限流電阻配合將電流的變化轉換成電壓的變化，以適應電網電壓的波動。在電網電壓不變時，負載電流的變化范圍就是穩壓管電流的調節范圍。負載不變時，電網電壓的波動，在波動至最低時必須保證穩壓管工作在反向擊穿狀態，在波動至最高時，要保證管子的功耗不超過允許的最大管耗。本設計的是固定式三端穩壓器。固定式三端穩壓器又分為以下系列：CW7800（正電源）和CW7900（負電源）。其額定輸出電流以78或（79）后面所加字母來區分。L表示0.1A，M表示0.5A，無字母表示1.5A。如CW7805表示輸出為+5V，額定輸出電流為1.5A。

2 注意事項

把220V交流電壓轉換成+15V和-15的直流電源的電路圖，濾波電容不能接反，三端穩壓器引腳不能接錯，輸出端不應有短路現象。CW7800和CW7900系列在降壓電路中應注意以下事項：

（1）輸入輸出壓差不能太大,太大則轉換效率急速降低，而且容易擊穿損壞；

（2）輸出電流不能太大，1.5A是其極限值。大電流的輸出，散熱片的尺寸要足夠大，否則會導致高溫保護或熱擊穿；

（3）輸入輸出壓差也不能太小,大小效率很差。

3 總結

由于采用的是由變壓、整流、濾波、穩壓的流程思路將220V交流電壓變換成15V的直流電源，而其中主要是以三端固定穩壓器CW7815、CW7915構成的穩壓電路設計作為設計的重點核心內容。三端固定穩壓器CW7815的使用使系統具有功能強、性能可靠、成本低、方便易學等的特點。為滿足設計需要，使用濾波電路的過濾，輸出端產生了精度高、穩定度好的直流輸出電壓。在我們設計和調試的過程中，也發現一些問題，濾波電路濾除整流后電壓中總是還含有交流成分，使之不能成為平滑的直流電壓，從而為整個電路的下步步驟帶來了較大的影響。另外，當輸入交流電源電壓波動、負載和溫度變化時，直接影響了輸出直流電源穩定。因此，如果設計能夠單一化，那么整個電路的誤差將會大大的減小，為整個電路帶來更精確的結果，是調試現象更加顯著。

通過本次畢業設計，我學會了知識和技能。在本次的畢業設計中，我選擇了線性直流穩壓電源為設計題目。這是一個主要以模電為核心的設計課題。通過這次畢業設計強化了我在大學期間所學的基礎課及專業課的認識和理解，鞏固了我的整體知識體系結構，并且通過自行設計電路圖我熟悉了各種制圖的工具軟件，其實主要使用了Protel99se這一工具軟件。另外，在設計過程中，熟悉掌握了電路元器件的選擇方法，特別是集成三端固定穩壓器的型號參數及應用。最后，通過調試使我掌握了直流穩壓電源的調試與測試方法。

最后，通過這次畢業設計還使我了解了科學論文的寫作規范，熟悉了Office辦公軟件的使用。這次的畢業設計對我而言并不是簡單的完成一個課題，而是鞏固了我的專業知識，練習了我的實踐操作能力和解決問題的能力。

［1］胡宴如.模擬電子技術[M].北京:高等教育出版社,2007.

［2］曾令琴.電路分析基礎[M].北京:人民郵電出版社,2004.

［3］石生.電路基本分析[M].北京:高等教育出版社,2003.

［4］張永生.電子設計自動化[M].北京:中國電力出版社,2004.

［5］康光華.電子技術基礎[M].北京:高等教育出版社,2005.

［6］林康運.電子線路基礎[M].北京:高等教育出版社,2004.