1、 山西大同大学课程设计名称： 电子技术课程设计 题 目： 直流稳压电源设计 专 业： 电子信息科学与技术 班 级： 10 电子四班 姓 名： 黄志勇 学 号： 100712011413 直 流 稳 压 电 源 设 计一、设计任务与要求1输出电压可调：Uo=+3V+9V2最大输出电流：Iomax=800mA3输出电压变化量：Vop_p 5mV4. 稳压系数：S V 310二、方案设计与论证稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图 1 所示。+ 电 源 + 整 流 + 滤 波 + 稳 压 +u1 u2 u3 uI U0_ 变压器 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _（
2、a ）稳压电源的组成框图u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t （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：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
3、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
4、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 (U2是变压器副边电压有效值 )。U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：U o1=(1.11.2)U 2，直流输出电流： （I 2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。12ofI5.12Iot0234Ut23ou图 2 整流电路 图 3 输出波形图31 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
5、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 1.2V37V，最大输出电流 为 1.5A。稳maxOI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: 125.RPUo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 ，此电
6、压加于给定REFV电阻 两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器 ，电阻 常取值1R 1P1，在这里，因为只买到 10K 的电位器，再串联一个 R2，根据 LM317 输出电压240表达式，取：R1=2.2k,R2=2k 。我们 一般使用精密电位器，与其并联的电容器 C 可进1RP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 10F大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。LM317其特性参数：输出电压可调范围：1.2V37V图 4 稳压电路原理图输出负载电流：1.5A输入与输出工作压差 U=U i-Uo：340V能满足设计要求,故选用 LM317组成稳压电路。32 选择
7、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： 是变压器副边的功率， 是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如2P1P表 1 所示：表 1 小型变压器的效率副边功率 2VA0VA30VA80VA20效率 0.6 0.7 0.8 0.85因此，当算出了副边功率 后，就可以根据上表算出原边功率 。2P1P由于 LM317 的输入电压与输出电压差的最小值 ，输入电压与输出VUoI3min电压差的最大值 ，故 LM317 的输入电压范围为：VUoI40maxmaxininmax )()( oIoIIo 即 VI39
8、UI412， 取 Vin1.Im2VU12变压器副边电流： ，取 ，AIo8.0ax2I2因此，变压器副边输出功率： WP12由于变压器的效率 ，所以变压器原边输入功率 ，为留有余7. WP1.721地，选用功率为 的变压器。W2033 选用整流二极管和滤波电容由于： ， 。VURM122AI8.0max12IN4001 的反向击穿电压 ，额定工作电流 ，故整流二极管VURM50max01IAID选用 IN4001。34 滤波电容根据 ，300 ,12,9 vpI SmV和公式 常 数常 数oITIvU0可求得： VSUvIpoI 2.1395.0所以，滤波电容：uFTItCIIc 360.2
9、.58max0 电容的耐压要大于 ，故滤波电容 C 取容量为 ，耐压VU172470为 的电解电容。V25四、总原理图及元器件清单1总原理图、PCB 图1元件清单元件序列 型号 元件参数值 数量 备注Ji 变压器 12V 1 实际输入电压大于12VD1 D2 D3 D4 D5 D6二极管1N4001 ， 1AVURM506 也可用 1N4007D7 发光二极管 1FUSH 熔断丝 1A 1C1 C2 电解电容 4700uF/25V 2C5 电解电容 01uF 1C9 电解电容 1uF/25V 1C7 电解电容 10uF/25V 1SW 开关 1R3 电阻 22k 1R4 电阻 1K 1R1 电
10、阻 2k 1R2 电位器 10K 1U 三稳压器LM317 可调范围1.2V37V 1五、安装与调试(使用 multisim 调试)按 PCB 图所示，制作好电路板。安装时，先安装比较小的元件，所以先安装整流电路，再安装稳压电路，最后再装上滤波电路（电容） 。安装时要注意，二极管和电解电容的极性不要接反。经检查无误后，才将电源变压器与整流滤波电路连接，通电后，用万用表检查整流后输出 LM317 输入端电压 UI的极性，若 UI的极性为负，则说明整流电路没有接对，此时若接入稳压电路， 就会损坏集成稳压器。然后接通电源，调节 RW 的值，若输出电压满足设计指标，说明稳压电源中各级电路都能正常工作，
11、此时就可以进行各项指标的测试。因在 multisim 没有 LM317 元件，故用同一系列的 LM117 代替。电位器 R2 取最大值时，Uo=9.088V 电位器 R2 取最小值时 ,Uo=2.983V电位器在 0 到 10K 之间，输出电压连续可调：约为 3V9V。六、性能测试与分析1输出电压与最大输出电流的测试测试电路如图 5 所示。一般情 自耦变压器 Io 电流表况下，稳压器正常工作时，其输出 被测 I电流 要小于最大输出电流 ， 220V 稳压 Uo V 电压表 RLoImaxoI取 ，可算出 RL=20， 电路 A6.0工作时 上消耗的功率为：LWIUPo3.6709故 取额定功率
12、为 10W，阻值为 图 5 稳压电源性能指标的测试电路LR20 的电位器。测试时，先使 ，交流输入电压为 220V，用数字电压表测量的电压值就是20LUo。然后慢慢调小 ，直到 Uo的值下降 5%，此时流经 的电流就是 ，记下LRmaxoI后，要马上调大 的值，以减小稳压器的功耗。maxILRR5（RL）=20 欧姆， Uo=8.78V, Io=438.979mAUo 下降 5%（8.332V ）时，Io=846.644mA,即 Iomax=Io.2纹波电压的测试用示波器观察 Uo的峰峰值， （此时 Y 通道输入信号采用交流耦合 AC） ，测量 U op-p的值（约几 mV） 。由示波器得出：U op-p=106。845uV3稳压系数的测量按图 5 所示连接电路， 在 时，测出稳压电源的输出电压 Uo。然后调节自VU201
