串联稳压电源设计报告1

模拟电子技术课程设计报告设计课题：串联稳压电源的设计专业班级：电子信息工程1002学生姓名：指导教师：设计时间：2012.6.20题目：串联稳压电源设计者***指导教师***摘要本直流稳压电源是根据模拟电子技术的知识设计而成，用来测量直流电压，测量范围为9~12V。直流稳压是一种当电网电压波动或温度负载改变时，能保证输出电压基本不变的电源。其电源电路包括电源变压器，直流电路，滤波电路，稳压电路四个环节。设计中要用的元件有：变压器、整流二极管、电解电容、瓷片电容、端子。关键词串联；直流稳压电源；设计引言电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的技术，服务于各行各业。串联稳压电源电路相比，具有操作方便、电压稳定度高的特点。直流稳压电源的作用是通过把50Hz的交流电变压、整流、滤波和稳压从而使电路变成恒定的直流电压，供给负载。设计出的直流稳压电源应不以电网电压的波动和负载的变换而改变。直流稳压电源的种类有很多，常用的是串联型直流稳压电源。目前，串联直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛应用于我们生活、工作、科研、各个领域。1设计任务与要求(1)通过该设计加深理解串联稳压电源的工作原理；(2)通过该设计了解变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器在电路中的作用；(3)掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测试方法；(4)设计一串联稳压电源，要求其输出电压在9~12V可调，并且具有过流过压保护装置。2方案设计与论证根据稳压电源的输出电压Uo、输出电流Io等参数，确定出变压器、集成稳压器、整流二极管和滤波电路中所用元器件的性能参数，然后合理地选择这些器件。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压的波动、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需要接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出电压电流稳定。串联型直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成。方案一：先对输入电压进行降压，然后用单相桥式二极管对其进行整流，整流后利用电容的充放电效应，用电解电容对其进行滤波，将脉动的直流电压变为更加平滑的直流电压，稳压部分的单元电路由稳压管和三极管组成（如图1），以稳压管D1电压作为三极管Q1的基准电压，电路引入电压负反馈，当电网电压波动引起R2两端电压的变化增大（减小）时，晶体管发射极电位将随着升高（降低），而稳压管端的电压基本不变，故基极电位不变，所以由UBE=UB−UE可知UBE将减小（升高）导致基极电流和发射极电流的减小（增大），使得R两端的电压降低（升高），从而达到稳压的效果。方案二：经有中间抽头的变压器输出后，整流部分同方案一一样擦用四个二极管组成的单相桥式整流电路，整流后的脉动直流接滤波电路，滤波电路由三个电容组成，从而使得滤波后的电压更平滑，波动更小。滤波后的电路接稳压电路，稳压部分主要由LM317稳压器、接地电阻、电容等组成。对以上两个方案进行比较，可以发现第一个方案为线性稳压电源，具备基本的稳压效果，但是只是基本的调整管电路，输出电压不可调，而且输出电流不大，而第二个方案使用LM317稳压器作为稳压电路，输出电压可调，功率也较高，可以输出较大的电流。稳定效果也比第一个方案要好，所以选择第二个方案作为本次课程设计的方案。3单元电路设计与参数计算3.1.变压电路：变压器是根据电磁感应的原理做成的,变压器有两个独立的共用一个铁芯的线圈。分别叫作初级线圈和次级线圈。交流电的方向和大小随时间变化的,变压器初级通上交流电时,变压器的铁芯中产生了交变的磁场,在次级就感应出频率相同的交流电压。变压器的初次级线圈的匝数比等于电压比。通过此变压电路能够将220V、50Hz的电网交流电转变成所需要的电压。通常根据变压器副边输出的功率P2来选购（或自绕）变压器。V2的值不能取大，V2越大，稳压器的压差越大，功耗也就越大。一般取V2≥Vimin/1.1，I2Iomax。据此，设计变压电路如下：TR1TRAN-2P2SBR1B125C1000V1VSINE+88.8ACVolts图2变压电路3.2整流及滤波电路：由于对桥式整流、电容滤波电路十分成熟，因此选择桥式整流、电容滤波电路作为电源的整流、滤波部分。桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源电压在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高；电容滤波电路简单，负载直流电压较高，纹波也较小。整流二极管D2的反向击穿电压VRM应满足VRM22V，其额定工作电流应满足IFIomax。滤波电容C可由下式估算：pipCVtIC。式中，pipV为稳压器输入端纹波电压的峰-峰值，t为电容C的放电时间。t=T/2=0.01s；IC为电容C的放电电流，可取IC=Iomax，滤波电容C的耐压值应大于22V。因此，经过估算，取得合适的电容值。BR1B125C1000C110uFC2470uFC3330nFVI3VO2ADJ1U1LM317L+88.8ACVolts图3整流及滤波电路3.3稳压电路在选择集成稳压器时，应该兼顾性能、使用和价格几个方面。性能指标主要根据负载电压电流的大小、调整率的高低以及工作稳定范围的宽窄来选。LM317系列由于其输出电压可调，同时其有较高的稳压精度、较高的纹波抑制比和较好的输出电压温度特性，而得到了广泛的应用。为获得较高的输出电压值，LM317稳压器的调节端与地之间的电阻R2值及其压降往往较大，在R2两端并接一个小于10μF的电容C4，可有效地抑制输出端的纹波。当输入端或输出端发生短路时，电容C4的放电将在R1上产生冲击电压，会危及稳压器的基准电压电路，因此需在R1两端并一个二极管D2以保护稳压器。其中R1=220Ω，R2=1.2kΩ。当Rv1=650Ω时，电路中输出电压最大Vo=12v，当Rv2=0Ω时，电路中输出电压最小Vo=9v。据此设计稳压电路如下：C3330nFC41uFC51uFD11N914D21N914R1220VI3VO2ADJ1U1LM317LR21.2kRV1650图4稳压电路4总原理图及元器件清单4.1总原理图根据设计思路及以上设计的变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路得到此串联稳压电源的整体设计如下:TR1TRAN-2P2SBR1B125C1000C110uFC2470uFC3330nFC41uFC51uFD11N914D21N914R1220RL10kVI3VO2ADJ1U1LM317LV1VSINE+88.8ACVolts+88.8VoltsR21.2kRV1650图5整体设计电路4.2元件清单元件序号型号和参数数量备注TR1TRAN-2P2S220V、50Hz1个变压器U1LM317L1个三端集成稳管C110F1个滤波电容C2470F1个滤波电容C3330nF1个滤波电容C4、C51F2个电容BR1B125C10001个桥式整流器D1、D21N9142个稳压二极管R1220Ω1个电阻RL10kΩ1个电阻R21.2kΩ1个电阻Rv10~650Ω1个滑动变阻器5安装与调试5.1静态调试当连好电路板的线路时，先不要急着通电，而因该从以下几个方面进行检测：1)对照原理图,用万用表一一检查线路的各个接口是否接通,是否有短路、断路或漏接的现象,如果有,因该及时改好电路连线。2)对照原理图，检查各元件是否接正确。5.2动态测试1)在实验室接通电源，用数字万用表对所设计的电路实物进行测试2)然后再进行对实物vo进行测量并记录数据。6性能测试与分析在经过软件的仿真测试通过后，就进行硬件的安装调试。在硬件的安装调试过程中遇到了不少的问题。元器件是安装在面包板上，由于是初次使用面包板，不知道面包板的内部连接方式，于是对面包板进行了坼卸，弄清楚了其内部的构成。紧接着是安装元器件了。在安装元器件的时候，需要非常小心仔细。我按照电路图一步步进行，虽然已经很小心了，但还是弄错了一个电容的位置，只得拆下来重装，安装好元器件后就是连线了。导线很细，而且需要自己剪去外面的胶皮。等连接好所以导线后就要接上电源调试了。因为是接上220V的交流电，所以有点担心安全问题。终于接上了电源，用电压表测量输出电压，却发现输出电压值很小，没有达到预期的要求。调节变阻器的阻值再测量，输出电压能够在9V至12V之间变化，基本达到设计要求。7结论与心得我学习了电子信息工程专业的基础课程，了解了各电子器件的基本参数和功能。此次电子技术实习，是对我们理论学习的一次检验，在巩固加深理论理解的基础上增强我们的实践动手能力，为我们以后的就业奠定更加坚实的基础。在学习中，我深入了解了直流稳压电源的工作原理，掌握了变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路在直流稳压电源中的作用，也为日后此电路的应用打下了基础。对于一个工科的学生来讲，实践动手能力显得尤为重要，仅仅停留在理论阶段是远远不够的，也不能适用当今社会的需要与发展。经过此次实习，我的理论知识以及实践动手能力都得到了一定的提升。此外，也增强了我发现问题、分析问题、解决问题的能力，这对于以后的就业有非常重要的现实意义。当然，在实习的过程中也遇到了不少的问题，主要是自己的专业知识掌握不牢，另外就是实践动手的经验不足。总的说来，此次电子技术实习时是十分有必要的，对于每一个工科的学生来讲都是一次非常珍贵的机会，我们应该好好把握这种机会，不断提升自己各个方面的能力。8参考文献[1]康华光.模拟电子技术基础第五版[M].北京：高等教育出版社，2006.494-506.[2]李向东,刘伟.串联型稳压电路的设计[J].周口师范高等专科学校学报,2001,(05).19-20.[3]谭孝辉,向守兵.实用电子技术系列讲座——第五讲直流稳压电源的设计、制作与调试电子制作，2006,(11).63-65.[4]王朝红.串联型稳压电源的设计与Multisim仿真[J].中国新技术新产品,2009,(23).46-47.[5]欧斌.串联型稳压电源的制作[J].广西师院学报(自然科学版),2000,(02).38-40.SeriesstabilizedvoltagepowersupplyDesignersLiRuihongTeachersCuiJinhuaAbstract：thedcvoltagestabilizerisbasedonthesimulationoftheknowledgeoftheelectronictechnologydesignedandusedtomeasuredcvoltage,andmeasuringscopefor9~12V.Dcvoltageisakindofwhenthenetworkvoltagefluctuationsortemperatureloadchanges,canguaranteetheoutputvoltagebasicconstantpowersupply.Thepowersupplycircuitincludingpowertransformer,directcurrentroad,filtercircuitonthecircuitfourlinks.Tobeusedinthedesignofcomponentsare:transformers,rectifierdiode,electrolyticcapacitor,ceramicscapacitor,terminals.Keywords：series;Dcvoltagestabilizer;design