直流稳压电源的设计方法

前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇直流稳压电源的设计方法范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。

直流稳压电源的设计方法范文第1篇

关键词：直流稳压电源；生产过程；项目；任务

中图分类号：TM44-4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2013.03.056

1 教材分析

通过本课程的学习，使学生掌握电子技术公共的基础知识和基本技能，培养和提高学生运用所学专业基础与技能分析问题、解决问题的能力，以及继续学习专业课程的能力，为学生职业生涯的发展奠定基础。

教学内容选自第一章和第四章的整流器、滤波器和稳压器三部分内容。它们是模拟电路的基本电路，也是模拟电路应用的基础，因此在电子技术中占有非常重要的地位。

教材上的对三部分内容上的设计是独立分离的，对理论知识依然偏重。为了体现体现“三以一化”课程理念，本人对教材进行项目课例开发，打破传统的教学模式，开发了基于生产过程的《直流稳压电源电路的设计与制作》项目，融合了多门学科（电子CAD课程、仿真软件课程和电子技能课程），由单一能力培养转变为综合职业能力的提升。

2 教学目标及重点

2.1 知识与技能目标

①理解整流、滤波和稳压电路的原理；②熟悉桥式整流电路、电容滤波电路和稳压器的作用并能正确应用；③掌握直流稳压电源电路的设计与制作并能实现+5V、+15V、-15V、+18V和-18V稳压电源功能；④掌握检测元器件、使用常用仪器仪表、装配和调试直流稳压电源电路的能力；⑤会用Multsim仿真软件验证直流稳压电源电路功能；⑥会用Protel2004软件设计直流稳压电源电路板；⑦掌握资料检索、信息收集、制定方案及撰写报告的能力。

2.2 方法和过程目标

①学会自主探究、尝试性学习的方法；②学会小组分工合作、团队协作学习的方法；③学会在相互讨论、评价中提高能力；④通过对任务要求的解读，提高分析问题和解决问题的能力。

2.3 情感和态度价值观目标

①培养学生自信、勤奋、乐于动脑、严谨治学的学习态度和精神；②培养学生利用网络学习环境主动获取信息的意识；③通过探索、自主学习，体验成功的喜悦和实现自我价值；④培养学生良好的职业道德、团队精神、组织协调能力及创新意识。

根据课程标准和职业学校人才培养要求，确立本项目的教学重点为：①桥式整流电路、电容滤波电路和三端集成稳压器的工作原理；②直流稳压电源电路的设计和制作方法和过程。

3 教学过程设计

直流稳压电源的设计方法范文第2篇

【关键词】稳压电源；设计；参数

任何电子设备的工作都离不开直流电源，晶体管、集成电路正常工作都需要直流电源供电。提供直流电的方法主要有干电池和稳压电源两种。干电池具有输出电压稳定便于携带等优点但是其容量低寿命短的缺点也十分明显。而直流稳压电源能够将220V交流电转换为源源不断的稳定的直流电.它由变压、整流、滤波、稳压四部分电路等组成。参考电路如图1所示。

1.变压

稳压电源的输出电压一般是根据仪器设备的需要而定的，有的仪器设备同时需要几种不同的电压。单独的稳压电源，其输出电压在一定的范围内可以调节，当调节范围较大时，可分几个档位。因此，需要将交流电通过电源变压器变换成适当幅值的电压，然后才能进行整流等变换，根据需要，变压器的次级线圈一般都为两组以上选用合适的变压器将220V±10%的高压交流电变成需要的低压交流电，要满足电源功率和输出电压的需要，变压器选用应遵循以下原则：

（1）在220V±15%情况下应能确保可靠稳定输出。一般工程上变压、整流和滤波后的直流电压可以按下面情况确定：

一是要考虑集成稳压电路一般是要求最小的输入输出压差；二是要考虑桥式整流电路要消耗两个二极管正向导通的压降；三是要留有一定的余量。输出电压过高会增加散热量，过低会在输出低压时不稳定，由此来确定直流电压.

（2）变压器要保留20%以上的电流余量。

2.整流

是将正弦交流电变成脉动直流电，主要利用二极管单向导电原理实现，整流电路可分为半波整流、全波整流和桥式整流。电源多数采用桥式整流电路，桥式整流由4个二极管组成，每个二极管工作时涉及两个参数：一是电流，要满足电源负载电流的需要，由于桥式整流电路中的4个二极管是每两个交替工作，所以，每个二极管的工作电流为负载电流的一半；二是反向耐压，反向电压要大于可能的最大峰值。

（1）电流负载ID>IL；

（2）反向耐压为变压器最高输出的峰值VD>V2。

3.滤波

滤波的作用是将脉动直流滤成含有一定纹波的直流电压，可使用电容、电感等器件，在实际中多使用大容量的电解电容器进行滤波。图中C2和C4为低频滤波电容，可根据实验原理中的有关公式和电网变化情况，设计、计算其电容量和耐压值，选定电容的标称值和耐压值以及电容型号（一般选取几百至几千微法）。

C1和C3为高频滤波电容，用于消除高频自激，以使输出电压更加稳定可靠。通常在0.01μF～0.33μF范围内。

（1）低频滤波电容的耐压值应大于电路中的最高电压，并要留有一定的余量；

（2）低频滤波电容C2选取应满足：C2≥（3～5）；RL为负载电阻，T为输入交流电的周期。对于集成稳压后的滤波电容可以适当选用数百微法即可；

（3）工程上低频电容C2也可根据负载电流的值来确定整流后的滤波电容容量，即：C2≥（IL/50mA）×100uF。

4.稳压

经过整流和滤波后的直流电压是一个含有纹波并随着交流电源电压的波动和负载的变化而变化的不稳定的直流电压，电压的不稳定会引起仪器设备工作不稳定，有时甚至无法正常工作。为此在滤波后要加稳压电路，以保障输出电压的平稳性。稳压方式有分立元件组成的稳压电路和集成稳压电路。分立元件组成的稳压电路的稳压方式有串联稳压、并联稳压和开关型稳压等，其中较常用的是串联稳压方式。

（1）串联稳压电路

串联稳压电路工作框图如图2所示，它由采样电路、基准电压电路、比较放大电路和调整电路组成。

（2）集成稳压器

随着集成工艺技术的广泛使用，稳压电路也被集成在一块芯片上，称为三端集成稳压器，它具有使用安全、可靠、方便且价格低的优点。

三端稳压器按输出电压方式可分为四大类：

①固定输出正稳压器7800系列，如7805稳压值为+5V。

②固定输出负稳压器7900系列。

③可调输出正稳压器LM117、LM217、LM317及LM123、LM140、LM138、LM150等。

④可调输出负稳压器LM137、LM237、LM337等。

直流稳压电源的设计方法范文第3篇

关键词 电源 线性稳定电源 开关型直流稳压电源

中图分类号：TN86 文献标识码：A

1 电源的分类

直流稳定电源按习惯可分为化学电源，线性稳定电源和开关型稳定电源，它们又分别具有各种不同类型：

1.1 化学电源

我们平常所用的干电池、铅酸蓄电池、镍镉、镍氢、锂离子电池均属于这一类，各有其优缺点。随着科学技术的发展，又产生了智能化电池；在充电电池材料方面，美国研制人员发现锰的一种碘化物，用它可以制造出便宜、小巧、放电时间长，多次充电后仍保持性能良好的环保型充电电池。

1.2 线性稳定电源

线性稳定电源有一个共同的特点就是它的功率器件调整管工作在线性区，靠调整管之间的电压降来稳定输出。由于调整管静态损耗大，需要安装一个很大的散热器给它散热，而且由于变压器工作在工频（50Hz）上，所以重量较大。

这类电源的优点是：（1）电源稳定性及负载稳定性较高，可靠性高；（2）输出纹波电压小；（3）瞬态响应速度快；（4）线路结构简单，便于输出连续可调的成品，也便于维修；（5）没有开关干扰。

线性稳压电源的缺点是：（1）功耗大，效率相对较低，一般只有45%；（2）体积大、较笨重、不能微小型化；（3）必须有较大的滤波电容。

造成这些缺点的原因是：（1）调整管在电源的整个工作中，一直都工作在晶体管的线性放大区，调整管本身的功耗与输出电流成正比，这样调制管本身的功耗就会随电源的输出功率的增大而增大，使调制管急剧发热。为了保证管子能正常工作，除选用功率大的管子外，还必须给管子加上较大的散热片。（2）线性稳压电源使用了50HZ工频变压器，通常，这种变压器的效率只有80%～90%。这样不但增加了电源的体积和重量，而且也大大降低了电源的效率。（3）由于线性稳压电源的工作频率较低，仅为50HZ，所以要降低输出电压中纹波电压的峰峰值，就必须增大滤波电容的容量。

这类稳定电源又有很多种，从输出性质可分为稳压电源和稳流电源及集稳压、稳流于一身的稳压稳流（双稳）电源。从输出值来看可分定点输出电源、波段开关调整式和电位器连续可调式几种。从输出指示上可分指针指示型和数字显示式型等等。

1.3 开关型直流稳压电源

与线性稳压电源不同的一类稳电源就是开关型直流稳压电源，它的电路型式主要有单端反激式，单端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。它和线性电源的根本区别在于它变压器不工作在工频而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹。功能管不是工作在饱和及截止区即开关状态；开关电源因此而得名。

开关电源的优点是：（1）体积小，重量轻；（2）功耗小，效率高；（3）稳压范围宽；（4）滤波的效率大为提高，使滤波电容的容量和体积大为减小；（5）电路形式灵活多样，能设计出满足应用于不同场合的稳压电源。开关电源相对于线性电源来说纹波较大（一般≤1%VO（P-P），功率调整管工作在开关状态，它产生的交流电压和电流会通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干扰。

2 电压的相关数值

2.1 负载变化对输出电压影响

（1）负载调整率（也称电流调整率）

在交流电源额定电压条件下，负载电流从零变化到最大时，输出电压的最大相对变化，用百分数表示：

= ？100 / 100

（2）输出电阻（也称内阻）

在额定输出电压条件下，负载电流变化引起输出电压的变化，则输出电阻为：

= | |

2.2 稳压系数

稳压系数有绝对稳压系数和相对稳压系数两种。绝对稳压系数表示负载不变而输入交流电压变化时，稳压电源输出直流电压变化量与输入交流电压变化量之比，即：

=

它表示输入交流电压变化时，引起的输出电压变化量。绝对稳压系数值越小越好。越小说明同一引起的越小，输出电压就越稳定。这种表示方法在工程中常常用到。相对稳压系数表示负载不变时，稳压电源输出直流电压的相对变化量 / 与输入交流电压的相对变化量/之比：

=

电压调整率表示负载电流为额定值时输入交流电压在额定值上下变化 ？10%时，稳压电源输出电压的相对变化量（百分数）：

= ？100 / 100

一般直流稳压电源的电压调整率为1%、0.1%、0.01%等。有时也可用绝对值表示。

2.3 电压调整率

输入电压相对变化为？0%时的输出电压相对变化量，稳压系数和电压调整率均说明输入电压变化对输出电压的影响，因此只需测试其中之一即可。

2.4 输出电阻及电流调整率

输出电阻与放大器的输出电阻相同，其值为当输入电压不变时，输出电压变化量与输出电流变化量之比的绝对值。电流调整率：输出电流从0变到最大值时所产生的输出电压相对变化值。

2.5 纹波电压

（1）最大纹波电压。在额定输出电压和额定输出电流条件下，输出纹波电压的绝对值大小，通常以峰值或有效值表示。

（2）纹波系数。在额定输出电压和额定输出电流条件下，输出纹波电压的有效值Urma与输出直流电压之比，即：

= ？100 / 100

总结：电源广泛应用于科学研究、经济建设、国防设施等各个方面，与人们生活息息相关。因此，基于电源的重要性，对其进行的分析是具有现实意义的。

参考文献

[1] 康华光.电子技术基础（模拟部分）（第5版）. 北京：高等教育出版社，2008.

[2] 康华光.电子技术基础（数字部分）（第5版）. 北京：高等教育出版社，2008.

直流稳压电源的设计方法范文第4篇

Huang Baorui； Dong Juntang

（College of Physics and Electronics Information，Yan'an University，Yan'an 716000，China）

摘要：以数字实验室常用设备DSG-5B型数字逻辑EDA系统中电源为例，介绍开关型稳压电源原理，并对三种常见故障进行分析及维修。

Abstract: This article takes the electric power source of DSG-5B digital logic EDA system commonly used in digital laboratory for example, introduces the principle of switching voltage regulator, and analyzes three common failure and their maintenance.

关键词：直流稳压电源 故障 维修

Key words:D. C. regulated power supply；fault；maintenance

中图分类号：TM93 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）26-0052-01

引言

数字实验室中大量使用了DSG-5B型数字逻辑EDA实验系统，由于设备使用频率较高，而且实验系统对外漏电源部分没有做相应处理，实验过程中容易造成电路短路，因此系统的电源故障率较高。本文选择了三种典型故障，对其进行原理分析并介绍了维修方法。

1直流稳压电源工作原理

DSG-5B型数字逻辑EDA系统中电源原理如图1所示，它由整流滤波、高频隔离变压器、输出整流滤波、辅助电路和控制逻辑电路组成。市电经过单相桥式整流、滤波后成为含有脉动成分的直流电压，之后输入DC-DC变换器的初级绕组，经过变换器次级绕组的电压被整流、滤波后就产生了低压直流。为了使得在输入交流和输出负载发生变化时，输出电压能保持稳定，这里采用了脉冲宽度调制（PWM）电路，控制电路把输出的5V电压与基准电压进行比较，根据比较结果来控制高频功率开关的占空比，达到调整输出电压的目的[1]。在控制逻辑电路中采用了光电隔离器件，完全实现了输出部分与输入部分线路隔离。

2直流电源故障分析及维修

2.1 故障一现象：接入220V交流电，打开仪器电源开关，无电压输出。

故障分析与维修：通过观察发现，在交流电源插座下部有保险管标示，拔掉交流电源插头并取出保险管，用肉眼观察，保险丝已熔断。用一个1.5A的保险管更换，接通交流电源后，打开开关，电源稳定，输出正常。

2.2 故障二现象同故障一。

故障分析与维修：有了对故障一的处理，我们首先也检查了电源的保险管，发现保险熔断，同样更换了保险管，但更换后输出任无电压。参照原理图我们分析，由于开关型稳压电源中的开关功率管工作在高反压和大电流的条件下，所以开关功率管损坏几率较大。本电路中的开关功率管集成在脉冲宽度调制器（TOP223Y）中，所以初步判断为脉冲宽度调制器损坏[2]。由于脉冲宽度调制器是集成元器件，不易用万用表检测其好坏，所以直接用同型号的脉冲宽度调制器进行更换。接通交流电源后，打开开关，电源稳定，输出正常。

2.3 故障三现象：输出电源指示灯闪烁。

故障分析与维修：从现象看，该电源间断输出，参照原理图路分析，当电路负载很大时，由于TOP223内部有限流电路，所以振荡器停止工作，电路无输出电压。电路停止输出后，TOP223内部的自启动电路，使得振荡器重新开始工作，电路输出电压，由于电流过大又停振，如此往复，从现象上看就是输出电源指示灯闪烁。根据分析很可能是变压器次级绕组后的某处元器件被击穿或者短路。此时利用观察法看电阻有没有烧焦，电容有没有鼓泡、漏液等现象。若观察到元件都正常，可用排除法对可能引起故障的元件逐级检查[3]，对于在路无法判断其好坏的元件，可以脱锡取下检测。经过检查发现电路中整流二极管D4被击穿，跟换同型号的整流二极管后，接通交流电源后，打开开关，电源稳定，输出正常。

3结束语

DSG-5B型数字逻辑EDA系统中电源常见的故障可以归结为：保险丝熔断、开关管损坏、整流二极管损坏、滤波电容开路或击穿等。本文介绍了一些在工作中常见故障及维修方法，然而在实际工作中，开关稳压电路故障现象及原因是千差万别的，尤其是随着现代电子技术的快速发展，电路不断更新的情况下，要简洁，完善的维修电源，必需在实践中不断摸索、总结、提高。

参考文献：

[1]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2001：546-549.

直流稳压电源的设计方法范文第5篇

【关键词】RLC纹波抑制电路 状态空间模型 状态轨迹 输出 研究

线性直流稳压电源可为数电/模电电路提供3.3V、±5V和±12V的直流压信号，该类型电源纹波系数越低，输出性能就越好。

如图1所示的RLC纹波抑制电路可滤除直流电压uO中掺杂的纹波电压uR，在额定负载电流条件下，使得uO具有较为合理的纹波系数Y（Y≤1%）。

本文通过对RLC纹波抑制电路进行状态空间时域分析，获得该电路较为合理的参数配置。

1 国内外纹波抑制电路的研究状况

近年来，国内外直流稳压电源研发机构普遍采用频域和时域相结合的方法对纹波抑制电路的元件参数配置及性能进行分析和研究。

（1）2017年1月，根据Kujund?i?G.和Ile? S.在关于直流电源电路传函建模的文献《Optimal charging of valve-regulated lead-acid batteries based on model predictive control》中描述，基于可调电阻RP、电感L和电容C构建的纹波滤除电路具有较好的动、静态性能；

（2）2016年11月，根据TrichtchenkoO.和Deconinck B.在关于纹波滤除系统时域分析的文献《The Instability of Wilton ripples》中描述，电阻R、电感L和电解电容C的不同参数配置会直接影响纹波滤除系统时域响应的表现。

本文在上述研究的基础上，首先构造出直流稳压电源内部RLC纹波抑制电路的传递函数模型GO（s），进而计算出与GO（s）对应的Jordan标准型ΣJ（J， BJ，CJ）和能控标准型ΣC（AC， BC， CC），并根据ΣJ和ΣC的时域分析结果给出纹波抑制电路较为合理的参数配置。

2 RLC纹波抑制电路传函的构建

2.1 RLC纹波抑制电路的基尔霍夫方程

根据图1，RLC纹波抑制电路的KVL和KCL方程如下。

2.2 确定RLC纹波抑制电路的传函

将（2）式代入（1）式，并利用拉氏变换计算得到RLC纹波抑制电路的传函如下：

若取电感LR=3.3μH，CR=0.1μF且RP=15Ω，则

由于GO（s）的两个极点s1=-3.73，s2=-0.81，因此RLC纹波抑制电路能够稳定工作。

3 Jordan标准型ΣJ（J，BJ，CJ）的时域分析

3.1 Jordan标准型ΣJ（J，BJ，CJ）的求取

（1）传函GO（s）进行部分分式展开，得：

（2）选取合适的状态变量X1（s）和X2（s），ΣJ（J，BJ，CJ）对应的信号流图如图2。

（3）根据图2，Jordan标准型ΣJ（J，BJ，CJ）如下：

3.2 Jordan标准型ΣJ（J，BJ，CJ）的时域分析

（1）ΣJ的状态转移矩阵ΦJ如下：

（2）令X（0）=0，u（t）=1，ΣJ的状态X（t）计算如下：

（3）ΣJ的状态X（t）和输出y（t）曲线如图3。

4 能控标准型ΣC（AC，BC，CC）的时域分析

4.1 能控标准型ΣC（AC，BC，CC）的求取

（1）选取合适的状态变量X1C（s）和X2C（s），能控标准型ΣC（AC，BC，CC）对应的信号流图如图4。

（2）根据图4，能控标准型ΣC（AC， BC， CC）如下：

4.2 能控标准型ΣC（AC，BC，CC）的时域分析

（1）ΣC的状态转移矩阵ΦC如下：

（2）令X（0）=0，u（t）=1，ΣC的状态XC（t）计算如下：

（3）ΣC的状态XC（t）和输出y（t）曲线如图5。

5 ΣJ和ΣC状态轨迹和输出响应的分析

如图3所示，当系统初始状态X（0）=0且输入u（t）=1时，纹波抑制电路Jordan标准型ΣJ的状态X（t）的终了值X（∝）=[0.27 1.23]T，同时ΣJ模型输出y（t）的终了值y（∝）=1。

如图5所示，当系统初始状态X（0）=0且输入u（t）=1时，纹波抑制电路能控标准型ΣC的状态XC（t）的终了值XC（∝）=[0.33 -0.01]T，同时ΣC模型输出y（t）的终了值y（∝）=1。

通过以上分析，明显看出对应于同一个纹波抑制电路的传递函数模型GO（s），由于X（t）≠XC（t），因此X（∝）≠XC（∝）；但由于系统传递函数的惟一性，纹波抑制电路在不同状态空间模型（ΣJ≠ΣC）下的输出响应y（t）的终了值惟一，即：y（∝）=1。

6 结论

RLC纹波抑制电路中，电容CR滤除纹波电压uR，电感LR滤除纹波电流iR，在额定负载电流（iO≤id）条件下，该电路可明显提升直流稳压电源输出电压uO的品质。

直流稳压电源的输入为AC 220V（50Hz）的工频电，输出电压uO∈[0， 30V]，输出电流iO∈[0，2A]，当电阻RP∈[0， 200Ω]，电感LR∈[3.3， 47μH]，电容CR∈[0.1， 47μF]时，纹波滤除系统具有较好的时域响应，输出电压uO的纹波系数Y∈[1%， 5%]。

参考文献

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[3]KranigSA，DuhmeN，etal.Different functions of hyperpolarization-activated cation channels for hippocampal sharp waves and ripples in vitro[J].Neuroscience，2016，228（03）：325-333.

[4]王丰，甘燕.基于数学形态学的行波奇异性检测算法研究[J].电气技术，2015，16（04）：26-29.

[5]刘永钢，陈桂友，熊慕文.智能变电站数字采样下双重插值算法对高次谐波测量精度的影响[J].电气技术，2016，17（11）：31-35.

[6]陈章勇，许建平，吴建雪，等.基于LC吸收电路的耦合电感倍压单元高升压增益Boost变换器[J].电工技术学报，2016，31（02）：78-85.

[7]李峰，王广柱.模块化多电平矩阵变换器电容电压纹波稳态分析[J].中国电机工程学报，2013（24）：52-58.

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[9]Kujund?i?G，Ile? S.Optimal charging of valve-regulated lead-acid batteries based on model predictive control[J].Applied Energy，2017，187（01）：189-202.

[10]Trichtchenko O，Deconinck B，et al.The instability of Wilton ripples[J].Wave Motion，2016，66（11）：147-155.

作者介

马振峰（1971-），男，辽宁省阜新市人。硕士生导师。副教授。主要从事应用电子技术和自动控制技术方面的研究。