电子技术课程设计---可调试直流稳压电源.doc

河南理工大学电气学院可调直流稳压电源设计 姓名： 学号：专业： 班级： 指导教师：一、 课程设计目的4二 功能电路整体思路4三 制作和调试4四、总体设计思路54.1直流稳压电源设计思路54.2直流稳压电源原理64.2.1、整流电路64.2.2、滤波电路电容滤波电路74.2.3、稳压电路8五、设计步骤91电路图设计方法92设计方法简介10六、心得体会11七、实物展示12八、参考文献12内容摘要在家庭用电中我们使用的是220v、50hz的交流电可是很多器件不能直接使用220v、50hz的交流电需要将交流电转换成直流电后才能使用。集成直流稳压电源具有稳定性、结构简单、满足设计要求的优点它广泛用于电子技术领域中。本文介绍了如何将220v、50hz的交流电（在经过交流变压器电路、整流电路、滤波电路、集成稳压电路四个部分后）转换成直流电，设置各部分元件的参数就可以得到所需要直流电的电压。采用指定集成稳压器，选择变压器、整流桥、滤波电容及其它元器件来设计直流可调稳压电源。首先用一个220v/9v的变压器先进性降压，接着通过整流桥进行整流，和电解电容进行滤波。最后将其中的1.2612v可调部分用lm317进行稳压，设计一直流可调稳压电源，即满足：当输入电压在220v10%时，输出电压从1.2612v可调。自拟设计方法、完成设计原理图、器件清单、装配草图。 在面包板上进行组装、调试，用万用板焊接，并测试其主要性能参数。关键词：直流稳压技术，整流桥，滤波器，lm317。一、 课程设计目的本次设计的题目为“可调试直流稳压电源”。在设计过程中应实现以下几点要求：1.输入电压为220v ac， 输出为直流电压 2.电压变化范围：1.2612v 3.连续可调二 功能电路整体思路若实现稳压电源，首先就要就电路进行稳压。在稳压方面可选用变压器来完成。由输入交流电压变为直流则须对电路进行整流。本次设计选用全波桥式整流电路进行整流。然后要对输入的电压进行调节。在调节方面。可选用可调节三端正电压稳压器进行调节（lm317）。通过整流后得电流幅值变化很大，所以需要用电容对电流进行滤波。然后输出即可。电路模块：稳压整流调压滤波输出三 制作和调试（1）元件说明电解电容电解电容是电容的一种，介质有电解液，涂层有极性，分正负，不可接错。电容(electric capacity)由两个金属极，中间夹有绝缘材料（介质）构成，如图（1）：图（1）电解电容示意图有极性电解电容器通常在电源电路或中频、低频电路中起电源滤波、退耦、信号耦合及时间常数设定、隔直流等作用。一般不能用于交流电源电路，在直流电源电路中作滤波电容使用时，其阳极（正极）应与电源电压的正极端相连接，阴极（负极）与电源电压的负极端相连接，不能接反，否则会损坏电容器。lm317三端正电压稳压器图（2）lm317lm317如图（2）是可调节3端正电压稳压器，在输出电压范围1.2伏到37伏时能够提供超过1.5安的电流，此稳压器非常易于使用。lm317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。稳压电源的输出电压可用下式计算，vo1.25（1r2/r1）。仅仅从公式本身看，r1、r2的电阻值可以随意设定。然而作为稳压电源的输出电压计算公式，r1和r2的阻值是不能随意设定的。 首先317稳压块的输出电压变化范围是vo1.25v37v（高输出电压的317稳压块如lm317hva、lm317hvk等，其输出电压变化范围是vo1.25v45v），所以r2/r1的比值范围只能是028.6。 其次是317稳压块都有一个最小稳定工作电流，有的资料称为最小输出电流，也有的资料称为最小泄放电流。最小稳定工作电流的值一般为1.5ma。由于317稳压块的生产厂家不同、型号不同，其最小稳定工作电流也不相同，但一般不大于5ma。当317稳压块的输出电流小于其最小稳定工作电流时，317稳压块就不能正常工作。当317稳压块的输出电流大于其最小稳定工作电流时，317稳压块就可以输出稳定的直流电压。如果用317稳压块制作稳压电源时（如图所示），没有注意317稳压块的最小稳定工作电流，那么你制作的稳压电源可能会出现下述不正常现象：稳压电源输出的有载电压和空载电压差别较大。 在应用中，为了电路的稳定工作，在一般情况下，还需要接二极管作为保护电路，防止电路中的电容放电时的高压把317烧坏。四、总体设计思路 4.1直流稳压电源设计思路（1）电网供电电压交流220v(有效值)50hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给电压表。4.2直流稳压电源原理（1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220v交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。（2）整流电路：利用单向导电元件，把50hz的正弦交流电变换成脉动的直流电（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。4.2.1、整流电路（1）直流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图3所示。图（3）单相桥式整流电路（2）工作原理设变压器副边电压u2=2u2sint，u2为有效值。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。如图4图（4）单相桥式整流电路简易画法及波形图 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 (u2是变压器副边电压有效值)。4.2.2、滤波电路电容滤波电路 采用滤波电路可滤除整流电路输出电压中的交流成分，使电压波形变得平滑。常见的滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波等。 在整流电路的输出端，即负载电阻rl两端并联一个电容量较大的电解电容c，则构成了电容滤波电路，如图（5）所示电路，由于滤波电容与负载并联，也称为并联滤波电路。(a) (b)图（5）单相桥式整流电容滤波电路从图（4）可以看出，当u2为正半周时, 电源u2通过导通的二极管vd1、vd3向负载rl供电，并同时向电容c充电（将电能存储在电容里，如t1t2），输出电压uouc u2；uo达峰值后u2减小，当uou2时，vd1、vd3提前截止，电容c通过rl放电，输出电压缓慢下降（如t2t3），由于放电时间常数较大，电容放电速度很慢，当uc下降不多时u2已开始下一个上升周期，当u2uo时，电源u2又通过导通的vd2、vd4向负载rl供电，同时再给电容c充电（如t3t4），如此周而复始。电路进入稳态工作后，负载上得到如图中实线所示的近似锯齿的电压波形，与整流输出的脉动直流（虚线）相比，滤波后输出的电压平滑多了。显然，放电时间常数rlc越大、输出电压越平滑。若负载开路（rl=），电容无放电回路，输出电压将保持为u2的峰值不变。（1）输出电压的估算 显然，电容滤波电路的输出电压与电容的放电时间常数=rlc有关，应远大于u2的周期t，分析及实验表明，当 =rlc（35）t /2时，滤波电路的输出电压可按下式估算，即 uo1.2u2 （2）整流二极管导通时间缩短了，存在瞬间的浪涌电流，要求二极管允许通过更大的电流，管子参数应满足 ifm2iv=io （3）在已知负载电阻rl的情况下，根据式子选择滤波电容c的容量，即 c（35） t /2rl 若容量偏小，输出电压uo将下降，一般均选择大容量的电解电容；电容的耐压应大于u2的峰值，同时要考虑电网电压波动的因素，留有足够的余量。电容滤波电路的负载能力较差，仅适用于负载电流较小的场合。4.2.3、稳压电路 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=(1.11.2)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。稳压电路原理电路见图6 图（6）稳压电路原理图3、设计的电路原理图图（7）电路原理图五、设计步骤1电路图设计方法（1）确定目标：设计整个系统是由那些模块组成，各个模块之间的信号传输，并画出直流稳压电源方框图。（2）系统分析：根据系统功能，选择各模块所用电路形式。（3）参数选择：根据系统指标的要求，确定各模块电路中元件的参数。（4）总电路图：连接各模块电路。（5）将各模块电路连起来，整机调试，并测量该系统的各项指标。（6）采用三端集成稳压器电路，用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输出电压调整范围较宽，设计一电压补偿电路可实现输出电压从 0 v起连续可调，因要求电路具有很强的带负载能力，需设计一软启动电路以适应所带负载的启动性能。该电路所用器件较少，成本低且组装方便、可靠性高。2设计方法简介（1）根据设计所要求的性能指标，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2.5v36v，最大输出电流 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。输出电压表达式为：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 ，此电压加于给定电阻两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器 ， 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。输出电压可调范围：2.5v36v输出负载电流：1.5a能满足设计要求,故选用lm317组成稳压电路。（2）选择电源变压器1）确定副边电压u2:根据性能指标要求：=3v =9v又 ，其中：，此范围中可任选 ：根据 uo1=(1.11.2)u2可得变压的副边电压：2）确定变压器副边电流i2=又副边电流=(1.52) 取=800ma则=1.5*0.8a=1.2a3）选择变压器的功率变压器的输出功率：=14.4w（3）选择整流电路中的二极管查手册选整流二极管in4001，其参数为：反向击穿电压ubr=50v17v最大整流电流if=1a0.4a（4）滤波电路中滤波电容的选择滤波电容的大小可用下式求得。1）求根据稳压电路的的稳压系数的定义：设计要求15mv ，sv0.003=+3v+9v=14v代入上式，则可求得2）滤波电容c设定=0.8a，t=0.01s则可求得c。电路中滤波电容承受的最高电压为 ，所以所选电容器的耐压应大于17v。注意： 因为大容量电解电容有一定的绕制电感分布电感，易引起自激振荡，形成高频干扰，所以稳压器的输入、输出端常 并入瓷介质小容量电容用来抵消电感效应，抑制高频干扰。六、心得体会设计过程中碰到的困难 1. 不了解三端稳压器管脚的输入和输出情况致使接线错误导致部分元件烧坏。 2. 元件金属管脚伸出电路板过长在测试过程中极容易导致部分线路短路 解决方案及时将部分过长管脚剪短部分管脚当成导线接入电路中 3. 电路在开始焊接的时候没有规划好需要较长的导线绕过元件同时焊锡过多地堆在电路板上 解决方案用焊锡吸锡器将多余的焊锡吸掉并将接入复杂的原件重新接入再接元件的时候事先在电路板上比划一下 4. 电路在焊接过程中部分焊锡点接触不良。 解决方案及时查找出接触不良的点重新焊接。