连续可调稳压电源的设计.doc

一、设计题目：连续可调稳压电源的设计二、设计目的：1.利用所学知识，掌握电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。2.学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。3.培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。三、设计指标：1输出电压范围：符合直流稳压电源工作条件情况下，能够正常工作的输出电压范围。该指标的上限是由最大输入电压和最小输入输出电压差所规定，而其下限由直流稳压电源内部的基准电压值决定。2最大输入输出电压差：该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所允许的最大输入输出之间的电压差值，其值主要取决于直流稳压电源内部调整晶体管的耐压指标。3最小输入输出电压差：该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所需的最小输入输出之间的电压差值。4输出负载电流范围：输出负载电流范围又称为输出电流范围，在这一电流范围内，直流稳压电源应能保证符合指标规范所给出的指标。四、设计内容及功能要求：1.设计要求采用LM317、LM337、7805设计一个连续可调输出稳压电源电路和一个固定输出+5V电源电路。2.输出连续可调正电压为+12.5V+30V，输出连续可调负电压为-12.5V-30V，固定输出电压为+5V。3.电源具有过载保护能力。五、设计步骤：1.电路图设计（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。2.电路安装、调试（1）自己焊接电路板。（2）在每个模块电路的输入端加一信号，测试输出端信号，以验证每个模块能否达到所规定的指标。（3）重点测试稳压电路的稳压系数。（4）将各模块电路连起来，整机调试，并测量该系统的各项指标。五、总体设计框图直流稳压电源是一种将220v工频交流电转换成稳压输出的直流电压装置，它需要变压，整流，滤波，稳压四个环节才能完成，如下图：其中: （1）电源：采用降压变压器，将电网交流电压220v转换成需要的交流电压。该交流电压经过整流电路之后变成单向直流电。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，变压器的变化由变压器的副边电压确定。（2）整流：利用单相桥式整流电路，把50Hz的交流电变换为方向不变但大小仍有脉动的直流电。(3)滤波：采用电容滤波电路，将整流电路输出的脉动成分大部分滤除，得到比较平滑的直流电,滤波后的直流电压，在通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳压直流电压输出，供给负载RL。(4)稳压：稳压电路由LM317输出正电源，LM337输出负电源。LM317和LM337均使用了内部热过载，包含过流保护等的保护电路。2.总体方案论证与选择：方案一：单项半波整流电路：单相半波整流简单，使用器件少，它只对交流电路的一半波形整流，只要横轴上免得半波或者只要下面的半波。但是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插头。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。综合上述3种方案的优缺点，本次设计选用方案三。稳压器件选型LM317/LM337的电压输出范围是1.25v37v，负载电流最大为1.5A，仅需两个外接电阻来设置输出电压，连续可调。而且该器件内含过载保护电路，安全保护多重保护功能，内阻小，电压稳定，输出纹波小，实际使用效果比78xx,79xx稳压性好，所以选择LM317/LM337.LM317/LM337可调式三端稳压器有三个引出端，分别为输入端，输出端和调控端。调控端是基准电压电路的公共端其典型值为1.25v.3.每个模块实现的功能：（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，变压器的变化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。如图2图3。（2）滤波电路：滤波电路的作用是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。将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。在本设计中选择的是电容滤波电路。如图所示。（3） 稳压电源：稳压电路的作用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。在本设计中采用的是可调输出三端稳压器LM317、LM337和固定输出三端稳压器7805。五、稳压电路的设计17805的功能及应用电路图三端稳压集成电路7805是常用的稳压三端芯片，最大输出电流分别为1.5A，0.5A，0.1A；7805输入电压7V15V是正常工作范围，7805最高输入电压是35V左右。最低必须高于5V，稳压后输出5V固定电压。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。用78系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7805表示输出电压为正5V。7805C1C2ViVoD要使三端可调集成稳压器工作在最佳状态下，使其输出端的纹波处于最小的情况下，可分别在电路的输入端、输出端及稳压器的调整端接上滤波电容器，图中二极管为三端可调集成稳压器的保护二极管，当三端稳压器输入端、输出端对地短路时，提供一个放电通路，从而保护三端可调集成稳压器。7805应用电路图如图2-2-5所示，这是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。当输出电压较大时，7805应配上散热板。图2-2-5 7805应用电路2LM317的功能及应用电路图LM317的输出电压范围是1.2V至37V，负载电流最大为1.5A，输入电压与输出电压差的允许范围为：UIUo=3V40V。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。LM317的输入电压为30多伏，输出电压1.5V32V，电流1.5A。不过在用的时候要注意功耗问题注意散热问题。LM317有三个引脚一个输入一个输出一个电压调节。输入引脚输入正电压，输出引脚接负载，电压调节引脚一个引脚接电阻(200左右)在输出引脚另一个接可调电阻（几k）接于地输入和输出引脚对地要接滤波电容。LM317C1C2ViVoRPRinoutADJ+D要使三端可调集成稳压器工作在最佳状态下，使其输出端的纹波处于最小的情况下，可分别在电路的输入端、输出端及稳压器的调整端接上滤波电容器，图中二极管为三端可调集成稳压器的保护二极管，当三端稳压器输入端、输出端对地短路时，提供一个放电通路，从而保护三端可调集成稳压器。LM317应用电路图如图2-2-6所示。图2-2-6 LM317应用电路3LM337的功能及应用电路图LM337是LM317的负电压版本，LM337是比较常见的降压型线性稳压器，目前市面上有很多家有提供同型号性能相近的产品。LM337的输出电压范围是1.2V至37V，负载电流最大为0.5A5A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM337内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。使用输出电容能改变瞬态响应。调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高得多的纹波抑制比。特性简介：典型线性调整率0.01%；典型负载调整率0.1%；80dB纹波抑制比；输出短路保护；过流、过热保护；调整管安全工作区保护；输入输出最小压差降为0.2V。要使三端可调集成稳压器工作在最佳状态下，使其输出端的纹波处于最小的情况下，可分别在电路的输入端、输出端及稳压器的调整端接上滤波电容器，图中二极管为三端可调集成稳压器的保护二极管，当三端稳压器输入端、输出端对地短路时，提供一个放电通路，从而保护三端可调集成稳压器。LM337应用电路图如图2-2-7所示。LM337C1C2RRPADJinoutVi+VoD图2-2-7 LM337应用电路稳压电路是为了使整流滤波的输出电压更加稳定，必须加接稳压电路。连续可调稳压电路通常由调整电路、基准电压源和保护电路3部分组成。其中调整电路由稳压管的ADJ端下面的可调电阻组成；基准电压源VP由稳压管的输入端的UI组成；保护电路由二极管组成，当三端稳压器输入端、输出端对地短路时，提供一个放电通路，从而保护三端可调集成稳压器。为使输出电压Vo稳定，基准电压VP作输入信号，稳压过程就是电压串联负反馈稳定输出电压的过程。稳压管的输出端与调整端之间设定了一个较小的1.25V参考电压UREF，此电压加于给定电阻R两端，当此电压确定不变时，会有一个恒定电流I通过输出调整电阻RP，并给出输出电压；所以在设计稳压器时，可以适当选配R和RP的数值来得到所需要的电压。不过在选配中一定要使IADJ尽可能小，也就是说I相对于人IADJ尽可能大(IADJ一般约在50A100A之间)，这样可在负载变化时保证输出电压恒定不变。要使三端可调集成稳压器工作在最佳状态下，使其输出端的纹波处于最小的情况下，可分别在电路的输入端、输出端及稳压器的调整端接上滤波电容器。图中，二极管为三端可调集成稳压器的保护二极管，当三端稳压器输入端、输出端对地短路时，提供一个放电通路，从而保护三端可调集成稳压器。稳压电路如图2-2-8所示。图2-2-8 稳压电路3.1 集成稳压器的选择集成稳压器选用7805、LM317、LM337。其中7805输出电压为：5V，最大输出电流为0.5A，在所确定的电路图中取C1=0.33F，C2=0.1F；LM317输出电压范围为：1.2V37V，最大输出电流Iomax为1.5A；LM337输出电压范围为：1.2V37V，最大输出电流Iomax为1.5A。在所确定的稳压电源电路图中取C3=0.1F，C5=10F，C7=1F，二极管用IN4007。为保证空载时也能正常工作，要求R1上的电流I1不小于5mA。所以： 根据标称值取R1=240。R1和R3组成输出电压调节电路，输出电压： 可求得：R3=5.5k，根据标称值取R3=5.7k。3.2 滤波电路中滤波电容的选择根据：VVmA和公式： 可求得： V 所以，滤波电容： F=4790F 电容的耐压要大于V，故滤波电容C取容量为4700F，耐压为50V的电解电容。3.3 整流电路中的二极管的选择由于： V AIN4007的反向击穿电压URM50V，额定工作电流ID=1AI0max，故整流二极管选用IN4007。3.4 变压器的选择根据性能指标要求：VV由于LM317的输入电压与输出电压差的最小值： V 输入电压与输出电压差的最大值： V 故LM317的输入电压范围为： 即30V+3V1.25V+40V33V41.25V V 取V。原理图说明该电路是将工频电压通过降压变压器变换成可调稳压器能承受的输入电压，然后通过整流桥及大电容滤波将脉动的交流电变换成平滑的直流电给LM317和LM337供电。LM317和LM337前面的两个电解电容C3和C4起的是滤波作用，选择它的时候，它的耐压值必须要大于他俩的供电电压。LM317和LM337是可调稳压器，它的输出有一个1.25V的基准电压和一个50uA的基准电流，它的可调输出电压就是通过这两个基准电压和一个120-240的一个采样电阻和一个滑动变阻器来改变它的电压。D7和D8是两个保护二极管，当输出端短路或电流过大的时候保护LM317和LM337不被烧毁，D5 C5和D6 C6也是保护滤波作用，C5和C6是在调节电位器的时候他会有纹波和干扰，它两的作用就是滤除由于电位器引起的干扰和纹波。C7和C10的两个电容是输出滤波电容，滤除电路中的杂波。LM7805是一个输出固定的三端稳压器，两边匹配两个电容C1和C2，一个是大电容一个是小电容，分别滤除电路中的低频和高频。输入和输出跨接的二极管是一个保护二极管，防止输出逆流，从而保护三端稳压器。五、仿真电路图及结果分析： 仿真结果分析： 图一为正端仿真结果，图四为三端稳压器输出仿真结果。交流电压通过整流电路、滤波电路，稳压电路，输出稳定的直流电压，然后通过改变滑动变阻器的阻值来达到调节输出电压的大小，使电路达到可以在一定范围内可调的功能，通过仿真结果可以看出设计的电路基本上是成功的，但是仍有误差存在，需要进一步的改进。六、设计总结：1、 通过本次设计巩固了我的理论知识，加强了我的动手能力，实践能力，学到了许多书本上没有的东西，同时也让我意识到细节决定成败，做任何事的时