集成直流稳压电源设计电力电子课程设计.doc

目录摘 要11 设计要求及方案选择21.1设计要求21.2方案选择22 理论分析与设计32.1 稳压管的选择32.2 电源变压器的选择33电路设计33.1整流电路33.2滤波电路4 3.稳压电路.5 3.4保护电路.6 3.5过流保护电路.74 系统测试74.1调试所用的基本仪器清单74.2调试结果74.3测试结果分析85 总结9参考文献10ABSTRACT10集成直流稳压电源设计 摘要:随着生活的各式各样，我们生活所需要的产品的品种也越来越多，其中绝大多数产品为电子产品，不同的产品工作时所需要的电源电压也不同，因而对电源的性能和参数要求也不同。 目前，各种直流电源产品充斥着市场，电源技术已经比较成熟。然而，基于成本的考虑，对于电源性能要求不是很高的场合，可采用带有过流保护的集成稳压电路，同样能满足产品的要求。 利用变压器、整流桥、LM317芯片、二极管、三极管和电阻电容，制作串联型连续可调直流稳压正电源，实现供电电压。经测试，系统达到输出直流电压1.510V可调的要求，具有成本低、输出电压稳定、高功率、高效率的优点。关键词：固定；可调；直流稳压电源； 1 设计要求及方案选择1.1设计要求 (1) 输出直流电压1.510V可调； (2) 输出电流IOm=300mA；（有电流扩展功能） (3) 稳压系数Sr0.05； (4) 具有过流保护功能。1.2方案选择 集成稳压电路一般分为5部分，即交流降压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路、保护电路。当220 交流电经变压器产生低压交流电时，电流信号经过整理桥时产生单向脉动电压，然后再经过滤波电路的滤波输出交流成分较少的平滑的直流电压，最后经过LM317的稳压作用输出1.510V可调电压。图1 电路图2 理论分析与设计 2.1 稳压管的选择 选用LM317可调集成稳压管，其特性参数: Vo=1.2V-37V，Iomax=500mA 最小输入、输出压差: (Vi-Vo)min=3V 最大输入、输出压差: (Vi-Vo)max=40V。 由计算得Vo1.25(1+(R1+Rx/R3)，取R1=40 欧，R2=200欧 故取RP1为1.36千欧的精密线绕可调电位器。 2.2 电源变压器的选择 由设计要求可知，设计的电源的输出电压的范围为（1.512）V 由220V/12V=18.33/1 故选变压器的匝数比为17:1 可以满足设计要求。 2.3 过流保护电路元件参数的选择 R6是采样电阻，一般为功率较大的低阻值电阻（根据电压要求选取，这个电阻需根据保护电流确定一个分压，需在0.5左右） R5，C4是RC滤波器，这2个参数需要互相调节，R5尽量选着大点，可选10K以上 （设 计中选择10k），但考虑基极电流不能太小，也不能太大。基极电阻可选K级别电阻，此 R4电阻的选择决定着基极电流的大小，Ib*HEFVOUT/R4，三极管才能导通。故选择R4=2k .三极管选择考虑成本，可选择低温漂的小功率NPN三极管，其他电阻必须确定三极管能在负载电流达到一定程度需要导通。3电路设计3.1整流电路的分析及设计 直流稳压电源是电子设备能量的提供者，对直流电源要求是：输出电压的幅值稳定，平滑，变换频率高，负载能力强，温度稳定性好。交流电压转变成单向脉动直流电。单相桥式整流电路其原理是利用半导体的导通性组成的各种整流电路.然而单相桥式整流电路与半波整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求式一样的，并且还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小、输出电压的脉动小等优点，因此在次设计中我选用单相桥式整流电路。 整流电路常采用二极管单相全波整流电路，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 图2整流电路图及波形在桥式整流电路中，每个二极管都只在22U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(U2是变压器副边电压有效值)。U0=U2=0.9U2。3.2滤波电路的分析及设计经整流后的电压仍具有较大的交流分量，不能直接输出变为直流电源，必须通过滤波电路将交流分量滤掉。尽量保留其输出中的直流分量，才能获得比较平滑的直流分量，使之波形变得平滑，接近理想的的直流电源。 所以可以利用电容两端电压不能突变或流经电感的电流不能突变的特点，将电容与负载并联，或将电感与负载串联就能起来滤波作用。图3滤波电路图和波形当交流电电流流过桥堆时，负方向的电流改变方向，以正方向的形式从桥堆中流出，从而形成如图中的绿色部分的电流。当这种电流经过电容的滤波效果就形成了较为平滑的直流电流。3.3稳压电路的分析及设计 由于滤波后的直流电压U1受电网电压的波动和负载电流变化的影响（T的影响）很难保证输出电流电压的稳定。所以必须在滤波电路和负载一直加上稳压电路，才能保证输出直流电压的进一步稳定。稳压可用稳压管也可用三端集成稳压管，但由于稳压管没有过流过热等保护功能，且设计要求要实现连续可调电压，所以选用可调式三端稳压器较为好。本设计中使用的三端可调集成稳压器LM317是一种常用的三端稳压器。LM317外观图如下：123图4 LM317 1端：调整端 2端：输出端 3端：输入端在使用LM317稳压器时，必须分清各端管脚，以免在焊接时发生错误。LM317稳压器的应用原理图如下：图5 稳压电路图为了使电路正常工作，一般输出电流不小于5mA。输入电压范围在240V之间，输出电压可在1.2537V之间调整。负载电流可达1.5A，由于调整端的输出电流非常小（50A）且恒定，故可将其忽略，那么输出电压可用如下表示：Vo=(1R2R1)1.25V式中，1.25V 是集成稳压器输出端与调整端之间的固定参考电压；R1取值40,R3取值为200（此电阻值保证稳压器在空载时也能正常工作），调节电位器RP可改变输出电压的大小（RP取值视RL和输出电压的大小而确定）。3.4保护电路的分析及设计 集成稳压器的保护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R1值及其压降往往较大，在R1和R2两端并接一个小于10F的电容C3，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C3的放电将在R3上产生冲击电压，会危及稳压器的基准电压电路，因此需在R3两端并二极管D3以保护稳压器。稳压器的输出端不加电容亦能工作，由于稳压器在11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0.1F的电容C1，输出端接入1000F的电解电容C5，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。3.5过流保护电路的分析及设计图6过流保护电路图R5为取样小电阻。当电源工作时，稳压器输出端输出正向直流电压，电机开始启动。由于直流电机启动瞬时电流iout较大(约为额定电流的810倍)，iout流过小电阻R5，并经R4对C4充电。通过设定R4、C4的值，使充电时间大于电机启动时间，V2(9013)处于截止状态，电机启动到稳定状态后，电流恢复到工作电流。一旦电机发生短路或堵转，使电容C4两端电压达到V2的导通电压，则V2导通，强制稳压器的输出电压降为基准电压1.25V。4 系统测试4.1调试所用的基本仪器清单表1所用仪器清单二极管1N4007 1个电阻200欧1个，1.5k1个，2k1个，10k1个，0.5欧1个，40欧一个电容1000uf/60v 2个芯片LM317 一个三极管9014 1个4.2调试结果 由仿真图中的万用表可以看出，当电位器接入0时，电路输出的电压为1.502V。当电位器全部接入电路时，仿真结果如下图:图7仿真电路1 由仿真图中的万用表可以看出，当电位器接入0时，电路输出的电压为1.502V。 当电位器全部接入电路时，仿真结果如下图:图8仿真电路2电位器全部接入电路时，电路输出的电压为9.967V。4.3测试结果分析4.3.1 测量稳压电源输出电压的调整范围及最大输出电流。 焊接好电路后，测量出的输出电压值与实际计算值相差很大，经过对电路的分析发现：在调压电路中的电位器的阻值太大，造成了输出电压范围过大。在实际中没有1.36k的电位器，在焊接电路时不得不使用10k的电位器代替，由：U0=1.25(1+(R1+Rx）/R3)V可得，输出电压大于设计要求的10V。调试方法：在电位器的两端并联一个1.5K的电阻，最终在误差允许的范围内，使输出电压满足设计要求。4.3.2 测量输出电阻Ro。 4.3.3 测量稳压系数。 用改变输入交流电压的方法，模拟Ui的变化，测出对应的输出直流电压的变化，则可算出稳压系数Sr（注意： 用调压器使220V交流改变10。即Ui=44V） 4.3.4 用毫伏表可测量输出直流电压中的交流纹波电压大小，并用示波器观察、记录其波形。 5 总结通过对该电路的设计、调试，学会运用了用选择器整流二极管、滤波器、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源。有效的结合所学知识，把理论应用于实际。然而在调试过程我们没有充分的考虑输入电压达不到要求，从而导致调试结果与理论只有一定差距。盲目地从电路中找错误，浪费许多时间。这使我懂得要如何分析错误来源，使我更加快速而精准的找出错误所在的地方。以后要自己更加细心。在这次课设中充分锻炼了自己的动手能力，熟练掌握了焊接技术。学会了如何查找资料是自己的设计达到合理的要求。虽然在在设计过程遇到一些困难，但是经过自己查阅的资料和老师细心的指导，使我们克服困难，终于在最后把这个串联二路输出直流稳压电源设计出来了。并通过此次课程设计任务使我们加深了对桥堆整流电路，电容滤波电路的了解。 附录 1陈兆仁.电子技术基础实验研究与设计M.电子工业出版社,2000. 2 江思敏、姚鹏翼.PADS电路原理图和PCB设计M.机械工业出版社，2007. 3 王港元.电工电子实践指导M.江西科学技术出版社,2005. 4谢自美.电子线路设计、实验、测试M.华中理工大学出版社,2000. 5 张友汉.电子线路设计应用手册张友汉主编M.福建科学技术出版社,2000. 6 杜龙林.用万用表检测电子元器件M.辽宁科学技术出版社,2001.ABSTRACT With every kind of life, we live by the varieties of products are more and more, the vast majority of products for electronic products, the supply voltage requires different product work is different, so the power performance and parameter requirements are also different. At present, all kinds of DC power supply products flooded the market, power technology is relatively mature. However, based on the consideration of cost, the power performance requirements are not very high places, can be used with an integrated circuit voltage regulator current protection, also can meet the requirements of the products. Using a transformer, rectifier bridge, LM317 chip, diode, triode and resistor capacitor, making the series continuous adjustable power supp