直流稳压电源课程设计(-部分)

1直流稳压电源设计一、设计任务与要求1.输出电压OU在10～15V之间连续可调；2.最大输出电流mAIOM500；3.稳压系数05.0rS，电源内阻1.0or；4.有过流保护环节，最大输出电流不超过mA600。二、方案设计与论证直流稳压稳压电源基础功能由由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图1所示，在这四部分基础功能上按设计要求需要在添加上过流保护环节。+电源+整流+滤波+稳压+u1u2u3uIU0_变压器_电路_电路_电路_（a）稳压电源的组成框图u1u2u3uIU00t0t0t0t0t（b）整流与稳压过程图1稳压电源的组成框图及整流与稳压过程方案一：单相半波整流电路：单相半波整流简单，使用器件少，它只对交流电的一半波形整流，只要横轴上面的半波或者只要下面的半波。但由于只利用了交流电的一半波形，所以整流效率不高，而且整流电压的脉动较大，无滤波电路时，整流电压的直流分量较小，Vo=0.45Vi，变压器的利用率低。方案二：单相全波整流电路：2使用的整流器件较半波整流时多一倍，整流电压脉动较小，比半波整流小一半。无滤波电路时的输出电压Vo=0.9Vi，变压器的利用率比半波整流时高。变压器二次绕组需中心抽头。整流器件所承受的反向电压较高。方案三：单相桥式整流电路：使用的整流器件较全波整流时多一倍，整流电压脉动与全波整流相同，每个器件所承受的反向电压为电源电压峰值，变压器利用率较全波整流电路高。综合3种方案的优缺点:决定选用方案三。三、单元电路设计与参数计算整流电路采用桥式整流电路，电路如图2所示。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。电路的输出波形如图3所示。在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即。电路中的每只二极管承受的最大反向电压为22U(U2是变压器副边电压有效值)。在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：Uo1=(1.1～1.2)U2，直流输出电流：（I2是变压器副边电流的有效值。），稳压电路可选集成三端稳压器电路。总体原理电路见图4。121ofII2~5.121IIot023422Ut0234ou22U图2整流电路图3输出波形图33．1选择集成三端稳压器因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器。可调式集成稳压器，常见主要有CW317、CW337、LM317、LM337。317系列稳压器输出连续可调的正电压，337系列稳压器输出连可调的负电压，可调范围为1.2V~37V，最大输出电流maxOI为1.5A。稳压内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。LM317系列和LM337系列的引脚功能相同，管脚图和典型电路如图4和图5.图4管脚图图5典型电路输出电压表达式为:11125.1RRPUo式中，1.25是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压REFV，此电压加于给定电阻1R两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器1RP，电阻1R常取值240~120，取R1=200根据LM317输出电压表达式，以及输出电压是10-15V的要求可计算得到RP1=750，且RP1需串联一个电阻R2，R2=1.4K。我们1RP一般使用精密电位器，与其并联的电容器C可进一步减小输出电压的纹波。图中加入了二极管D，用于防止输出端短路时10µF大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。稳压器的输出端不加电容亦能工作，由于稳压器在1∶1的深度负反馈下工作，当输出端负载为容性的某一值时，稳压器有可能出现自激现象。因此，在稳压器的输入端接入0.1μF的电容C1，输出端接入1μF的电解电容C5，图4稳压电路原理图4提供足够的电流供给，同时可以防止可能发生的自激振荡以及减小高频噪声和改善负载的瞬态响应。当输入端发生短路时，C5通过稳压器的调整管放电，C5值较大，则放电时的冲击电流很大，电压会通过稳压器内部的输出晶体管放电，可能造成输出晶体管发射结反向击穿。为此，在稳压器两端并接二极管D2，输入端短路时C5通过D2放电，保护稳压器。LM317其特性参数：输出电压可调范围：1.2V～37V输出负载电流：1.5A输入与输出工作压差ΔU=Ui-Uo：3～40V能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路。3．2选择电源变压器电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。电源变压器的效率为：其中：2P是变压器副边的功率，1P是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表1所示：表1小型变压器的效率副边功率2PVA10VA30~10VA80~30VA200~80效率0.60.70.80.85因此，当算出了副边功率2P后，就可以根据上表算出原边功率1P。由于LM317的输入电压与输出电压差的最小值VUUoI3min，输入电压与输出电压差的最大值VUUoI40max，故LM317的输入电压范围为：maxminminmax)()(oIoIoIoUUUUUUU即VVUVVI4010315VUVI5081VUUin36.611.1811.1Im2，取VU612变压器副边电流：AIIo5.0max2，取AI12，12PP5因此，变压器副边输出功率：WUIP61222由于变压器的效率7.0，所以变压器原边输入功率WPP8522.21，为留有余地，选用功率为W30的变压器。3．3选用整流二极管和滤波电容由于：VUURM5.2581222，AI5.0max0。IN4001的反向击穿电压VURM50，额定工作电流max01IAID，故整流二极管选用IN4001。3．4滤波电容根据300105,5,81,15vppISmVUVUVU，和公式常数常数oITIIvUUUUS00可求得：VSUUUUvIpopI2.11051581005.030所以，滤波电容：uFFUTIUtICIIc4166416600.02.1215015.02max0电容的耐压要大于VU5.2581222，故滤波电容C取容量为F4700，耐压为V53的电解电容。四、总原理图及元器件清单1．总原理图61．元件清单元件序列型号元件参数值数量备注T1变压器18V1实际输入电压大于18VD1D2D3D4D5D6二极管1N4001VURM50，1A6也可用1N4007Q1三极管2SC1815NPN管1也可用9013C1C2电解电容4700uF/25V2C3电解电容0．1uF1C4电解电容10uF/25V1C6电解电容1uF/25V1R1电阻750Ω1R2电阻1.4KΩ1R3电阻200Ω1R4电位器1.17Ω1U1三稳压器LM317可调范围1.2V~37V1