可调直流稳压电源的设计

题目名称 学生学部（系） 专业班级 姓 名 学 号

可调直流稳压电源的设计 机械电气学部电气工程系 一、课程设计（论文）的内容

本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将

220V交流电，变为稳定的直流电，并实现电压可在1.5~12V可调。

二、课程设计（论文）的要求与数据

1．设计并制作一个连续可调直流稳压电源，主要技术指标要求： ① 输出电压可调：Uo=+1.5V～+12V ② 最大输出电流：Iomax=1.5A ③ 输出电压变化量：ΔUo≤15mV ④ 稳压系数：SV≤0.003

2．设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。

3．自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量，交指导教师审核。

4.批准后，进实验室进行组装、调试，并测试其主要性能参数。

三、课程设计（论文）应完成的工作

1.完成设计并制作一个连续可调直流稳压电源，绘出实用原理电路图。 2．完成课程设计报告的撰写

四、课程设计（论文）进程安排 序号 1 2 3 4 设计（论文）各阶段内容 资料收集 电路原理图绘制 课程设计说明书撰写 课程设计上交

地点 图书馆 校内 校内 1-110 起止日期 2010.12.20 12.21-12.24 12.25-1.2 2011.1.3 五、应收集的资料及主要参考文献

[1] 王淑娟，蔡惟铮 ，模拟电子技术基础，高等教育出版社，2006 [2] 王兆安，黄俊 ,电力电子技术，机械工业出版社,2010

[3] 夏路易 石宗义 ,电路原理图与电路板设计教程，北京希望电子出版社，2002 [4] 康华光，电子技术基础,高等教育出版社，2007 [5] 胡宴如，模拟电子技术,高等教育出版社

发出任务书日期： 2010 年 12 月20日 指导教师签名： 计划完成日期： 2011年 1月2日 教学单位责任人签章：

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目 录

一、 设计任务与要求………...………………………………………………………4 二、 方案设计与论证.....................................................................4 三、 单元电路设计与参数计算......................................................6

3．1选择集成三端稳压器..................................................................7

3．2选择电源变压器....................................................................... 8

3．3选用整流二极管和滤波电容......................................................... 9

3．4滤波电容................................................. ..............................9

四、总原理图及元器件清单...........................................................10

1．总原理图、PCB图.......................................................................10

2.元件清单..................................................................................10

五、参考文献...................................................................................11

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摘 要

对本次课程设计，在设计思路上要有不框定和约束的思维，要以可以自己的创造性，有所发挥，并力求设计方案凝练可行、思路独特、效果良好。掌握电子电路分析和设计的基本方法。根据设计任务和指标初选电路；调查研究和设计计算确定电路方案；选择元件、安装电路、调试改进；分析实验结果、写出设计总结报告。掌握直流稳压电源的原理及其应用。学会选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压源。掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测试方法。

关键字：稳压，稳流，显示

一、设计任务与要求

1．输出电压可调：Uo=+9V～+45V; 2．最大输出电流：Iomax=1.5A; 3．输出电压变化量：ΔVop_p≤5mV 4．负载调整率≤1% 5．电压调整率≤0.2% 5．效率≥40%

5.具有过流及短路保护装置。

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1-1)所示。

（a）稳压电源的组成框图

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u1 u2 u3 uI U0

0 t 0 t 0 t 0 t 0 t

（b）整流与稳压过程

图1-1稳压电源的组成框图及整流与稳压过程

变压器的初级一侧一般为220V交流电压，次级一侧电压可以根据所需直流电压的大小，通过选择适当的变压比来得到。整流电路利用二极管的单向导电性将交流电变换成脉动直流电（如图1-2），利用滤波电路将脉动直流电压滤为较平滑的直流电压（如图1-2）。由于整流、滤波电路输出的直流电压稳定性较差，当电网电压波动或负载变化时输出电压也随之而变化，采用稳压电路后，输出电压的稳定程度将大为提高。

＋220V～－T＋U2－C＋RL＋Uo＝45V－

图1-2 变压、整流、滤波电路图

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

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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、D4导通，D2、D3截止；u2的负半周内，D2、D3导通，D1、D4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。

图2整流电路

2U20uo2U2234t0234t图3输出波形图 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

fo12U2(U2是变压器副边电压有效值)。

1II25

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

2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

Io1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。

I1.5~2

图4 稳压电路原理图

3．1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IOmax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，这里我们采用的是LM317T,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

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输出电压表达式为:

RP1Uo1.251

R1

式中，1.25V是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压VREF ，此电压加于给定电阻R1两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器RP1，电阻R1常取值2k，在这里，采用10K的电位器，其最大阻值为10.36k再串联一个R2，其阻值为2.2k,根据LM317输出电压表达式，取：R1=2.2k,R2=2k。我们RP1一般使用精密电位器，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。

LM317其特性参数：

输出电压可调范围：1.25V～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LM317T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：

P2

P1

其中：P2是变压器副边的功率，P1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P2 效率 10VA 0.6 10~30VA 0.7 30~80VA 0.8 80~200VA 0.85 因此，当算出了副边功率P2后，就可以根据上表算出原边功率P1。

由于LM317的输入电压与输出电压差的最小值UIUomin3V，输入电压与输出电

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压差的最大值UIUomax40V，故LM317的输入电压范围为： Uomax(UIUo)minUIUomin(UIUo)max 即 9V3VUI3V40V 12VUI43V

U2UImin1211V， 取 U212V 1.11.1变压器副边电流： I2Iomax0.8A，取I21A， 因此，变压器副边输出功率： P2I2U212W 由于变压器的效率0.7，所以变压器原边输入功率P1地，选用功率为20W的变压器。

3．3选用整流二极管和滤波电容

由于：URMP217.1W，为留有余

2U221217V，I0max0.8A。

IN4001的反向击穿电压URM50V，额定工作电流ID1AI0max，故整流二极管 选用IN4001。

3．4滤波电容

根据 U09V,UI12V,U0pp5mV,Sv310 ， 和公式

3U0SvU0可求得： UIUIUIIo常数

T常数UoppUIU0Sv0.005122.2V

93103所以，滤波电容：

CIctUII0maxUIT20.8115020.003636F3636uF 2.2电容的耐压要大于2U221217V，故滤波电容C取容量为4700F，耐压为

25V的电解电容。

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四、总原理图及元器件清单

1．总原理图、PCB图

.D6IN4001U1LM317T3R41KJ1321AC-CON3+C14700uF+C24700uFD7LEDD21N4001D41N4001+C51uFR210K+C710uFD11N4001D31N4001VinADJ+Vout21R12kD5IN4001J2123+C910uFDC 3V--9VR32.2k..图6 原理图

2、元件清单： 元件序列 Ji 型号 变压器 元件参数值 12V 数量 1 备注 实际输入电压大于12V D1 D2 D3 D4 D5 D6 二极管1N4001 D7 C1 C2 C5 C9 C7 R3 R4 R1 R2 U 发光二极管 电解电容 电解电容 电解电容 电解电容 电阻 电阻 电阻 电位器 URM50V，1A 4700uF/25V 1uF/50V 10uF/50V 10uF/50V 2．2kΩ 1K 2kΩ 10K 6 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 也可用1N4007 三稳压器LM317T 可调范围1.25V~37V 9

说明：以上为元件的购买清单，但调试的电位器R2是9.4K,R3为2.3k,而市场没有9.4K的电位器，有比较接近9.4K的10K电位器，因此硬件电路图中用的是10K电位器。

五、参考文献

[1] 王淑娟，蔡惟铮 ，模拟电子技术基础，高等教育出版社，2006 [2] 王兆安，黄俊 ,电力电子技术，机械工业出版社,2010

[3] 夏路易 石宗义 ,电路原理图与电路板设计教程，北京希望电子出版社，2002 [4] 康华光，电子技术基础,高等教育出版社，2007 [5] 胡宴如，模拟电子技术,高等教育出版社

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心得体会 经过一个星期的努力，终天完成的这个设计。从选题到画图制板花了差不多5天的时间。由于没有找到示波器，所以调试时，除了测试电压电流用到实物外，其他参数测试只能在仿真软件下进行的。在这里选用了multisim进行仿真，虽然multisim不是很难学，但由于自己对multisim还没有熟练的掌握，仿真过程中还是会有一定的误差。 在实际做成的电路板中,由于买不到等值参数的元件，测量出来的性能指标参数难免会有一定的误差,对元件封装的不了解，也造成了铜板的浪费。第一次做成的板子，由于没有注意到protel给出的LM317的原理图管脚，花费了大量的时间去调试。正确的管脚为:1脚为调整，2脚为输出，3脚为输入。但与实物还有有很大的差别的，特别是二极管，电解电容，极性错乱，而且有很多图没有样板。还有，12V的变压器输入的电压会比12V高一些的。虽然输出电压增加或减少由LM317的调整脚上的串联电位器（R2）来控制，但是并联在LM317调整脚和输出脚上的电阻R1也可改变输出电压的最小值。 本次的课程设计，培养了我们综合应用课本理论解决实际问题的能力；我觉得课程设计对我们的帮助是很大的，它需要我们将学过的理论知识与实际系统地联系起来，加强我们对学过的知识的实际应用能力！在设计的过程中还培养出了我的创新精神，加强了交流，解决了许多个人无法解决的问题；在今后的学习过程中我会更加努力。 但是由于水平有限，我的课程设计难免会有一些错误和误差，还望老师批评指正。 2011 年 1 月 4 日 教师评语 成绩及签名 11

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