多输出的直流稳压电源设计总结报告

一．设计电路性能指标

1.输入：220V/50Hz交流电

2.输出：12V/1A 直流电、5V/1A 直流电

二．工作原理

直流稳压电源一般由电源变压器、直流电路、滤波电路、及稳压电路组成。

1.电源变压器的作用是将电网220V的交流电压U1转换成整流电路所需的电压U2.

2.整流电路的作用是将交流电压U2转换成脉动的直流电压U3.

3.滤波电路的作用是将脉动直流电压滤除纹波，变成波纹小的直流电压U4.

4.稳压电路的作用是将不稳定的直流电压转换成稳定的直流电压U0。

它们的关系为: U1=nU2

式中，n为变压器的变压比

U3=（1.1~1.2）U2

U0=U4-Up

式中，Up为稳压器的降压，一般为2~15V.

一、变压电路

变压器选用线圈为10：1，即将220V的电压降为22V的电压。

二、整流电路

利用单向导电原件，把50HZ的正弦交流电变换成脉动的直流电。在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二级管的平均电流等于输出电流的平均的一半，电路中每只二极管承受最大反向电压为变压器副边电压最大值√222V。当U2处于正半期时，电流从变压器副边线圈上端流出，只经过D1流向负载RL，再由D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2、D4反向截止。在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。同理，当U2处于负半周期时，D2、D4正向导通，D1、D3反偏截止。在负载上产生上正下负的输出电压。

综上可知输入端经变压器后在副边得到了一个单向的脉动电压，所以整流电路选择单相桥式整流电路，即全波整流电路。

三、滤波电路

无论哪种整流电路，它们的输出电压都含有较大的脉冲成分，这远不能满足我们的要求，因此需要采取措施，尽量降低输出电压中的脉动成分，同时还要尽量保留其中的直流成分，使输出电压更加平滑，接近直流电压。

1.滤波原理

电容滤波是通过电容器的充电、放电来滤掉交流分量。并入电容C后，在U2>0时，D1、D3导通，D2、D4截止，电源在向RL供电的同时，又向C充电储能，由于充电时间常数α1

很小（绕组电阻和二极管的正向电阻都很小），充电很快，输出电压U0随U2上升，当Uc=√2u2后，U2开始下降，U2<Uc,t1~t2时段内，D1~D4全部反偏截止，由电容C向RL放电，由于放电时间常数α2较大，放电较慢，输出电压U0随Uc按指数规律缓慢下降，如图中的ab实线段。b点以后，负半周电压U2>Uc ,D1,D3截止，D2，D4导通，C又被充电至c点，充电过程形成u0=u2的波形为bc实线段。C点以后，u2<uc,D1~D4又截止，C又放电，如此不断的充电放电，使负载获得如图所示的波形。

2.u0的大小与元件的选择

输出电压平均值U0的大小与α1，α2的大小有关，α1越小，α2越大，U0也就越大。当负载RL开路时，α2无穷大，电容C无放电回路，U0达到最大，即U0=√2u2；当RL很小时，输出电压几乎与无滤波时相同。

电容值的选取应视负载电流的大小而定，电热器耐压应大于√2u2。

三、.稳压电路

由于输出的直流电压会随着交流电源电压的波动、负载和温度发生变化而变化，为了维持输出直流电压稳定不变，本实验采用三端集成稳压器来稳压。我们选用正12V稳压器LM7812和正5V稳压器LM7805.

C1为输入稳定电容，其作用是减小纹波、消振、抑制高频和脉冲干扰。C2为稳定电容，其作用是改善负载的瞬态响应。

 

第二篇：直流稳压电源设计报告

直流稳压电源的设计与仿真报告

班级：电气09级卓越二班

                  姓名：     杨正清      

                  学号：   200900191179  

                  日期：    2012.4.22     

一、设计要求：

设计一个直流稳压电源，有关指标为：

    输入电压：标称直流48V，范围：43V-53V

        输出电压：直流24V

        输出电流：直流5A

        输出电压纹波：100mv

        输出电流纹波：0.25A

        开关频率：250KHZ

        相位裕量：60°

        幅值裕量：10dB

二、设计计算

1.电路参数计算

   

   

   

峰值电感电流：

开关峰值电压：Vsw=Vinmax=53V

                  

实际中，考虑到能量存储以及输入和负载变化的影响，C的取值一般要大于该计算值，去120uF

2.开环传递函数计算

根据公式：

             其中Resr取50mΩ

计算得：

Wz=1.67e5    fz=26.525KHZ  fo=1.41KHZ  To=709.29us  Wo=8858.45rad/s  Q=4.026

画出开环传递函数的bode图：

从图中可以定性的看到，开环系统的相位裕量非常小，不满足要求。

3、按照题目要求对系统进行校正

 采用比例积分微分调节器，根据K因子法进行系统校正。

（1）、确定fc

根据开环传递函数bode图，选择,此时fo约等于10KHZ。

（2）、确定fc处的相角及相位裕量，计算需要的相位超前量Φb

Angle（Gc（s）s=wj）=-148°  相位裕量为180°-148°=32°

Φb=60°+148°-90°+10°=128°

（3）、基于Φb，确定K值

根据k因子法，。

解得k=18

4、计算调节器参数

根据公式：

由于方程为有6个未知数，4个方程的欠定方程，故假定R2=1Ω，C2=1uF

解方程得：

R1=17KΩ       R2=1KΩ     R3=0.4KΩ

C1=375pF    C2=1000pF     C3=0.014uF

调节器传递函数：

三、器件选择

主电路：

电源：直流电源48V，波动范围43-53V

开关（MOSFET）：N沟道MOSFET，最大电流6V，耐压53V

电感：1.2*10e-4F

电容：120uF，Resr=50mΩ

二极管

控制电路：

     PID：R1=17Ω R2=1Ω R3=0.4Ω  C1=0.375uF  C2=1uF  C3=14uF

     比较器

     三角波发生器

     参考电源

     驱动、电阻等；

四、系统搭建与仿真

 利用PSIM软件及MATLAB软件对系统进行仿真。

1、利用PSIM根据计算参数搭建系统

仿真结果：

（1）电压纹波：

 （2）、电流纹波：

2、用matlab软件检测系统裕量是否满足要求

s=tf('s');

Gvd=48*(1+s/1.67*10^5)/(1+2.8*10^-5*s+s^2*1.27*10^-8);

H=1/3.3;

C=(1+6.765*10^-6*s)*(1+6.816*10^-6*s)/(3.07*10^-4*s)/(1+3.75*10^-7*s)/(1+3.78*10^-7*s);

sisotool('bode',Gvd,C,H)

从校正后系统的bode图上看出系统在频率fc处满足题目所要求的裕度要求。

五、感受与收获

   通过这次直流稳压电源的设计，加深了对back电路的了解和认识，知道了直流稳压电源的结构构成和设计方法；加深了对自动控制理论的理解，初步掌握了控制理论的应用，知道了如何根据传递函数形成校正装置；熟悉了PSIM软件以及MATLAB软件在电力电子设计中的应用。