可调直流稳压电源设计

电子技术课程设计说明书（电气工程学院）设计题目：可调直流稳压电源设计专业班级：电自142指导教师：明德刚学生姓名：设计地点：实验室315设计日期：2016年11月28日——12月9日目录设计题目：..........................................................21设计目的及任务....................................................31.1设计目的....................................................31.2设计任务....................................................32设计过程..........................................................42.1题目分析....................................................42.2整体构思....................................................42.3具体实现....................................................53元件说明及相关计算................................................73.1元件说明....................................................73.2相关计算....................................................94制作及调试过程...................................................124.1制作过程...................................................124.2调试过程...................................................124.3遇到问题及解决措施.........................................125心得体会.........................................................14参考文献...........................................................15致谢...............................................................16附录1：电路原理图.................................................17附录2：实物图片...................................................17附录3：元件清单...................................................19贵州理工学院学生课程设计成绩评定表（电气类）.......................20可调直流电源稳压设计摘要直流稳压电源,又称直流稳压器，它的供电电源大都是交流电源，当交流供电电源的电压或负载电阻变化时，稳压器的直接输出电压都能保持稳定。直流稳压电源一般由电源变压器，整流电路，滤波电路以及稳压电路等电路组成。变压器把高压交流电压变为所需要的低压交流电；整流器把交流电变为直流电；经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。本设计主要采用变压器，整流，滤波，稳压的流程思路将输入220V交流电转换成3V~9V的直流电源。其中，稳压电路采用三端固定稳压器LM317达到稳压效果，因此系统可根据实际需要对其设计进行适当的修改。关键词：变压器，整流，滤波，稳压，LM317稳压管，电路仿真课程设计：可调直流电源稳压设计1设计目的及任务1.1设计目的（1）结合电子技术基础中所学的理论知识，独立的设计方案，培养学生独立分析和解决问题的能力。（2）学会查阅相关手册和资料，通过查阅手册和资料，进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，并掌握合理的选用的原则。（3）学会使用常用电子元器件。（4）掌握基本的现代电子技术设计工具和EDA技术。（5）掌握电子电路的安装与调试技术，进一步熟悉电子仪器的使用方法。（6）认真撰写总结报告，培养严谨的作风和科学的态度。1.2设计任务设计一个基于LM317的可调直流稳压电源，其输出电压+3V~+9V连续可调，电源由降压，整流，滤波和稳压等环节构成。在万能板上焊接并调试，实现如下的功能：（1）输出电压U0=+3V~+9V连续可调；（2）最大输出电流；（3）要求选用LM317集成稳压器；（4）考虑变压器输入接口和电压输出接口；（5）考虑过流和过压保护。2设计过程2.1题目分析（1）电网供电电压交流220V（有效值）50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要的交流电压。（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（及脉动大）。（3）脉动大的直流电压需进过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成分滤掉，保留其直流成分。（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳压直流电压输出，供给电压表。2.2整体构思直流电压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电的装置，它需要降压，整流，滤波，稳压四个环节才能完成。一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下：直流稳压电源的原理框图和波形变换（1）电源变压器：是降压变压器，它的作用是将220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。变压器的变比由变压器的副边确定，变压器副边与原边的功率比为，式中是变压器的效率。（2）整流电路：利用单向导电元件，将50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的大部分交流成分滤除。滤波iiii%10012XPP电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波，桥式整流滤波等。（4）稳压电路：稳压管稳压电路其工作原理是利用稳压管两端的电压，电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳压输出电压的目的。2.3具体实现1.电源变压器：过整流电路将将交流变为脉动的直流电压，由于此脉动的直流电压含有较少的波纹，必须通过滤波电路加以滤波，从而得到平滑的直流电压，电源变压器的作用是将交流220V的电压变为所需的电压值，然后通过的电压还随电网电压波动，负载和温度的变化，因而在整流，滤波电路之后，还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动，负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。如下图所示2.整流电路：利用二极管的单向导电性，将交流电压（电流）变成单向脉动电压（电流）的电路，称为整流电路。交流电分为三相交流电和单相交流电，在小功率电路中一般采用单相半波，全波，桥式整流电路和倍压整流电路。本次课程设计主要研究单相桥式整流电路，对于倍压整流电路及全波整流电路，可通过相应参考书来了解。如下图所示3.滤波电路：经过整流后，输出电压在正负方向上没有变化，当输出电压波形仍然保持正弦波的形状，起伏很大。为了能过得到平滑的直流电压波形，需要有滤波的措施。在直流电源上多是利用电抗元件对交流信号的电抗性质，将电容器或电感器与负载电阻恰当连接而构成滤波电路。电容有通高频，阻低频的作用，将其并在整流电路后面，可以让高频电流通过电容流回电源，从而减少了流入负载的高频电流，降低了负载电压的高频成分，减小了脉动。如下图所示：4.稳压电路：集成三端稳压器具有体积小，外围元件少，调整简单，使用方便且性能好，稳定性高，价格便宜等优点，因而获得越来越广泛的应用。如下图所示：3元件说明及相关计算3.1元件说明图3.5是外形图和电路符号，在输出电压范围1.2V~37V时能够提供超过1.5A的电流，此稳压器非常易于使用。图3.5固定式集成三端稳压器外形及电路符号稳压电源的输出电压的公式为。仅仅从公式本身公式来看，R1，R2的电阻值可以随意设定，然而作为稳压电源的输出电压的计算公式，R1和R2的阻值是不能随意设定的。首先317稳压块的输出电压变化范围是(高输出电压的317稳压块如LM317HVA,LM317HVK等,其输出电压的变化范围是)，所以R2/R1的比值范围只能是0~28.6。经计算可知R1的最大取值为又因为R2/R1的最大值为28.6，所以R2的最大取值为。在使用317稳压块的输出电压计算公式计算其输出电压时，必须保证，两个不等式同时成立，才能保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。2.桥式整流二极管：)121(25.10RRVVV3725.10VVV4525.1083.01R74.232R83.01R74.232R在桥式整流二极管中有两个要点，一是容许通过的最大电流，二是反向穿电压，一般选择在路电流电压的2倍左右的二极管。3.电位器电位器是一种具有三个接头的可变电阻器。AB和BC之间的电阻可以通过簧片调节转轴来加以改变电阻，其中AC两边电阻最大。符号如图所示：3.2相关计算1.集成三端稳压器LM317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压高得多的纹波抑制比。可调整输出电压低到1.2V，保证1.5A输出电流，典型线性调整率0.01%，80dB纹波抑制比，输出短路保护，过流、过热保护，调整管安全工作区保护，标准三极管封装。如图所示：LM317其特性参数：可调范围为最大输出点流为1.5A输入与输出工作压差为VVUoUiU372.1输出表达式为：其中，是集成稳压器件的输出电压，即为1.25V。如图所示，改变R2的值，的值即可改变。当R2短路时最小，为即1.25V；当R2大于零时，都大于，最大可达37V。2.选择电源变压器﹙1）确定副边电压：根据性能指标要求：13.2V~1.25VUrefRRU)121(0UrefUoUoUrefUoUrefU23v=Uomin9v=Uomax因为所以max﹚Uo-Ui﹙≤Uomin－Ui其中：,所以：此范围可任选：根据可得变压的副边电压：11.2V=1.25Uo1=U2﹙2）确定副边电流又因为副边电流所以取800mA=Iomax=Io则﹙3)选择变压器的功率变压器的输出功率：3.选择整流电路中的二极管因为变压器的伏变电压所以桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为：查手册选整流二极管IN4007,其参数为：反向击穿电最大整流电流4.滤波电路中滤波电容的选择﹙1）求：根据稳压电路的稳压系数的定义：设计要求min﹚Uo﹣Ui﹙≥Uomax-Ui3v=min﹚Uomax-Ui﹙37v=max﹚Uomin－Ui﹙43v≤Ui≤12vUo1=14v=UiU2﹚1.2～1.1﹙Uo1Io=Io1:I2Io1﹚2－1.25﹙=I21.2A=0.8A1.5=I214.4W=I1U2＞Po12V=U2VU172414.10.4A=20.8=2Io17V＞＞1000=UBR0.4A＞1A=IFUiUiiUiUoiUo=SV5mA≤Uo0.003=Sv9v～+3v=Uo14v=Ui将其代入上式，则可求得﹙2）求滤波电容C设定所以滤波电容：电路中滤波电容承受的最高电压为,所以所选电容器的耐压应大于17v。3.3v=﹚0.0039﹙﹚0.0054﹙=SvUoUo总Ui=Ui总0.01s=t0.8v=Iomax=Io2424uF=3.30.010.8=Ui总tIomax=C