直流稳压可调电源.doc

连续可调直流稳压电源毕业设计报告电子电器类 连续可调直流稳压电源(完整)毕业设计报告 包括分离元件 单片机控制 三端集成稳压器控制三种思路与详细方案 历时3月制作完成 百度“cl0109”与你精彩共享窗体顶端窗体底端电子信息工程技术专业毕业设计 设计课题题目：串联型直流稳压电源的设计 摘 要 简要介绍了 1.56 v 可调直流稳压电源电路的 3 种设计方案，分别为晶体管串 联式可调直流稳压电源电路、 三端集成稳压器式可调直流稳压电源电路和用单片机制 作的可调直流稳压电源电路，并较详细地阐述了一种应用三端稳压集成电路 CW317 的电路设计方法。 关键字：直流电源 稳压 过流保护 CW317 收获 Abstract This paper describes the 1.5 6 v adjustable DC power supply circuit of the three kinds of designs, namely, the transistor series adjustable DC power supply circuit, three-terminal adjustable voltage regulator integrated DC power supply circuit, and produced with the MCU adjustable DC power supply circuit, and a more detailed description of an application CW317 three-terminal regulator IC circuit design methods. Keywords: DC power Harvest 引 言 当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利， 但是任何电子设备都有一个共 同的电路-电源电路。大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在 电源电路的支持下才能正常工作。当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。超 级计算机的电源电路本身就是一套复杂的电源系统。通过这套电源系统，超级计算机 各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的电源供应。袖珍计算器则是简单多 的电池电源电路。不过你可不要小看了这个电池电源电路，比较新型的电路完全具备 电池能量提醒、掉电保护等高级功能。可以说电源电路是一切电子设备的基础，没有 电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备，我们的生活也就不会这么丰富多彩了。 由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足 Supply regulator Over-current Protection CW317 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 1 电子信息工程技术专业毕业设计 负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。提供这种稳定的直流 电能的电源就是直流稳压电源。直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。 目 录 摘要 1 Abstract 引言 1 1 3 3 一、设计任务与要求 1.1 直流稳压电源的种类及选用 1.2 稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求 4 1.3 串联型直流稳压电源的设计要求 5 二、电路原理分析与方案设计 5 2.1 电路设计 5 2.2 方案论证与比较 7 8 三、单元电路分析与设计 3.1 基本方案介绍8 3.2 单元电路分析 3.2.1 降压电路 3.2.2 8 9 整流电路 10 3.2.2.1 半波整流电路 10 3.2.2.2 全路整流电路 12 3.2.2.3 桥式整流电路 15 3.2.3 滤波电路 17 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 2 电子信息工程技术专业毕业设计 3.2.3.1 电容滤波电路 18 3.2.3.2 电感滤波电路21 3.2.3.3 L 型滤波电路 22 3.2.3.4 型滤波电路 23 3.2.4 稳压部分 23 3.2.4.1 利用稳压二极管稳压 23 3.2.4.2 三端集成稳压器稳压23 3.3 元件电路参数计算 28 四、总原理图及元器件清单 30 五、 安装与调试 31 六、 性能测试与分析32 七、 结论与心得33 八、 参考文献35 一、设计任务与要求 1.1 直流稳压电源的种类及选用 直流稳定电源按习惯可分为化学电源，线性稳定电源和开关型稳定电源，它们 又分别具有各种不同类型： 化学电源 平常所用的干电池、铅酸蓄电池、镍镉、镍氢、锂离子电池均属于这一类，各 有其优缺点。随着科学技术的发展，又产生了智能化电池；在充电电池材料方面，美 国研制 员发现锰的一种碘化物，用它可以制造出便宜、小巧、放电时间 ，多次充电 后仍保持性能良好的环保型充电电池。 线性稳压电源 线性稳定电源有一个共同的特点就是它的功率器件调整管工作在线性区， 靠调整 管之间的电压降来稳定输出。由于调整管静态损耗大，需要安装一个很大的散热器给 它散热。而且由于变压器工作在工频（50Hz)上,所以重量较大。线性稳压电源又分为 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 3 电子信息工程技术专业毕业设计 串联型稳压电源盒交流型稳压电源。 该类电源优点是稳定性高，纹波小，可靠性高，易做成多路，输出连续可调的成 品。缺点是体积大、较笨重、效率相对较低。这类稳定电源又有很多种，从输出性质 可分为稳压电源和稳流电源及集稳压、稳流于一身的稳压稳流（双稳）电源。从输出 值来看可分定点输出电源、波段开关调整式和电位器连续可调式几种。从输出指示上 可分指针指示型和数字显示式型等等。 开关型直流稳压电源 与线性稳压电源不同的一类稳电源就是开关型直流稳压电源， 它的电路型式主要 有单端反激式，单端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。它和线性电源的根本区别在 于它变压器不工作在工频而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹。 功能管不是工作在饱和 及截止区即开关状态；开关电源因此而得名。 开关电源的优点是体积小，重量轻，稳定可靠；缺点相对于线性电源来说纹波较 大（一般1%VO(P-P),好的可做到十几 mV(P-P)或更小)。它的功率可自几瓦几千 瓦均有产品。 1.2 稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求 （1） 稳定性好 当输入电压 Usr （整流、滤波的输出电压）在规定范围内变动时，输出电压 Usc 的变化应该很小一般要求 。 由于输入电压变化而引起输出电压变化的程度，称为稳定度指标，常用稳压系数 S 来表示：S 的大小，反映一个稳压电源克服输入电压变化的能力。在同样的输入电 压变化条件下，S 越小，输出电压的变化越小，电源的稳定度越高。通常 S 约为 10-210-4。 （2）.输出电阻小 负载变化时（从空载到满载） ，输出电压 Usc ，应基本保持不变。稳压电源这方 面的性能可用输出电阻表征。 输出电阻（又叫等效内阻）用 rn 表示，它等于输出电压变化量和负载电流变化 量之比。 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 4 电子信息工程技术专业毕业设计 rn 反映负载变动时，输出电压维持恒定的能力，rn 越小，则 Ifz 变化时输出电 压的变化也越小。性能优良的稳压电源，输出电阻可小到 1 欧，甚至 001 欧。 （3）.电压温度系数小 当环境温度变化时，会引起输出电压的漂移。良好的稳压电源，应在环境温度变 化时，有效地抑制输出电压的漂移，保持输出电压稳定，输出电压的漂移用温度系数 KT 来表示. （4）.输出电压纹波小 所谓纹波电压，是指输出电压中 50 赫或 100 赫的交流分量，通常用有效值或峰 值表示。经过稳压作用，可以使整流滤波后的纹波电压大大降低，降低的倍数反比于 稳压系数 S 。 1.3 串联型直流稳压电源的设计要求 设计指标： （1） 输出直流电压，1.56V 连续可调； （2） 额定电流 100mA，最大电流 300mA； （3） 交流电电源电压 200V； （4） 放大管具有恒流源负载； （5） 有过流保护电路； 二、电路原理分析与方案设计 2.1 电路设计 符合上述要求的电源电路的设计方法有很多种，比较简单的有 3 种： (1) 晶体管串联式直流稳压电路。 电路框图如图 1 所示的串联式直流稳压电路, 由取样电路、基准电路、比较放大 和调整电路等部分组成。其中 R1、R2 和 RP 组成取样电路，R1、R2 和 RP 称为取样电 阻；R3 和 V2 组成基准电路，R3 是 VZ 的限流电阻，VZ 给 V2 发射极提供一个基准电 压；V2 为比较放大管，作用是将稳压电路输出电压的变化量先放大，然后再送到调 整管基极；V1 是调整管，起调整作用。 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 5 电子信息工程技术专业毕业设计 稳压过程如下：当输出电压 U0 发生变化时，通过取样电路把 U0 的变化量取样加 到放大管 V2 的基极。而由 R3 和 Vz 组成的基准电路为 V2 的发射极提供基准电压 Uz。 由 V2 和 R4 组成的放大电路把取样电压和基准电压进行比较放大后， 输出调整信号送 到调整 V1 的基极，控制 V1 进行调整，以维持 U0 基本不变。 图1 (2) 采用三端集成稳压器电路。 串联型稳压电路 他采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器 （CW317） ， 如图 2 所示， 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 1.5 V 起连续可调， 因要求电路具有很强的带负载能力，该电路所用器件较少，成本低且组装方便、可靠 性高。 图2 三端集成稳压器稳压电路 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 6 电子信息工程技术专业毕业设计 (3) 用单片机制作的可调直流稳压电源。该电路采用可控硅作为第一级调压元件， 用稳压电源芯片 LM317，LM337 作为第二级调压元件，通过 AT89CS51 单片机控制 继电器改变电阻网络的阻值，从而改变调压元件的外围参数，并加上软启动电路，获 得 1.56 V，0.1 V 步长，驱动能力可达 1 A，同时可以显示电源电压值和输出电流值 的大小。 其硬件电路主要包括变压器、整流滤波电路、压差控制电路、稳压及输出电压控制电 路、电压电流采样电路、掉电前重要数据存储电路、单片机、键盘显示等几部分，硬 件部分原理图如图 3 所示。 正、 负端压差控制电路的作用是减少 LM317 和 LM337 输入端和输出端的压差 以降低 LM317 和 LM337 的功耗。稳压电路由三端稳压芯片 LM317(负压 用 LM337) 及外围器件组成，输出电压控制电路采用继电器控制的电阻网络。电阻网络的每个电 阻都需要精密匹配，电阻的精密程度直接影响输出电压的精度。 电压电流采样电路 由单片机控制实时对当前电压电流进行采样，以修正输出电压值。掉电前重要数据存 储电路用以保存当前设置的电压值，可以方便用户在重新上电 后不用设置，而且也 不会因为电压值过高损坏用户设备。 2.2 方案论证与比较 方案一：结构简单，可用常用分立元器件，容易实现，技术成熟，完全能够达 到技术参数的要求，造价成本低，精确度不是太高； 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 7 电子信息工程技术专业毕业设计 方案二：稳压部分需采用一块三端稳压器其他分立元器件，元器件先进，技术 成熟，完全能达到题目要求，性能较方案一需优越一些，但成本较高； 方案三：电源稳定性好、精度高，并且能够输出6V 范围内的可调直流电压， 且其性能于传统的可调直流稳压电源，但是电路比较复杂，成本很高，使用于要求较 高的场合。在实际中，如果对电路的要求不太高(这种情况较多)，多采用第二种设计 方案。 综合考虑，采用方案二来实现。 三、单元电路分析与设计 3.1 基本方案介绍 本设计电路分为降压电路、整流电路、滤波电路和稳压电路四大部分组成。 降压电路：本电路使用的降压电路是单相交流变压器，选用电压和功率依照后级 电路的设计需求而定。 整流电路：整流电路的主要作用是把经过变压器降压后的交流电通过整流变成单 个方向的直流电。但是这种直流电的幅值变化很大。它主要是通过二极管的截止和导 通来实现的。常见的整流电路主要有全波整流电路、桥式整流电路、倍压整流电路。 我们选取单相桥式整流电路实现设计中的整流功能。 滤波电路：采用电容滤波电路。由于电容在电路中也有储能的作用，并联的电容器 在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电源电压降低时，就把能量 释放出来，使负载电压比较平滑。由于本电路后级是稳压电路，因此可以使用电容滤 波电路进行简单滤波。 稳压电路：因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器。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。 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 8 电子信息工程技术专业毕业设计 3.2 单元电路分析 3.2.1 降压电路 降压电路由电源变压器组成，变压器电路原理图及其波形变换如图 4 所示，变压 器的功能是交流电压变换部分，作用将电网电压变为所需的交流电压，即将直流电源 和交流电网隔离。 图 4 变压器及其波形变换 电源变压器实物图如图 5，变压器工作原理电路示意框图见图 6。 图5 图6 仿真一：电源变压器的基本特性 （1）要求：电源变压器： 10：1，200V 50Hz （2）仿真电路： 负载电阻：100 欧，示波器 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 9 电子信息工程技术专业毕业设计 3.2.2 整流电路 整流部分主要依靠二极管的单向导电性来实现。其电路原理图及其波形变换如图 7 所示，整流部分的电路形式有半波整流、全波整流、桥式整流。 图7 3.2.2.1 半波整流电路 （1）电路图如图 8 所示，利用二极管的单向导电性，在负载 Rl 上得到单向脉动电压 Vo。 （2）电路特点：电路结构简单，输出电压波动较大、效率低。输出的直流电压值为： （3）工作原理：U2 为正半周:D 管导通，有输出电压；U2 为负半周：D 管截止，无输 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 10 电子信息工程技术专业毕业设计 出电压。 图8 仿真二：半波整流电路 1. 要求：二级管（理想）1 只 2. 仿真电路： （4）参数计算 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 11 电子信息工程技术专业毕业设计 输出的直流电压值为： 流过负载平均电流： IDO= UO /RL=0.45U2/ RL 流过整流二极管的平均电流： IF= IDO =0.45U2/ RL 整流二极管的最大反向电压： UDR=SQR（2）U2 二极管的选择： （1）D 管的最大整流电流 IF 必须大于实际流过二极管的平均电流 IDO： IF IDO =ULO/RL=0.45 U2/RL （2） 管的最大反向工作电压 UR 必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值 D 电压 URM： UR URM =SQR（2）U2 3.2.2.2 全波整流电路 （1）电路图：如图 9 所示，二极管 D1,D2 分别在 V2 的正、负半周导通，在 RL 上得到 如图所示电压波形。 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 12 电子信息工程技术专业毕业设计 （2）电路特点：是输出电压波动小，变压需中心抽头，绕制复杂，成本高，笨重。 （3）工作原理：在 U2 正半周：D1 导通、D2 管截止，负载中有电流流过； 在 U2 负半周：D1 截止、D2 管导通，负载中有电流流过。 图9 仿真三：单相全波整流电路 1、 要求：二极管（理想）2 只 2、 仿真电路： 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 13 电子信息工程技术专业毕业设计 （4）参数计算 输出的直流电压值为： 流过负载平均电流： IDO= UO /RL=0.9U2/ RL 流过整流二极管的平均电流： IF= IDO =0.45U2/ RL 整流二极管的最大反向电压： UDR=2SQR（2）U2 二极管的选择： （1）D 管的最大整流电流 IF 必须大于实际流过二极管的平均电流 IDO： 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 14 电子信息工程技术专业毕业设计 IF IDO =ULO/RL=0.45 U2/RL （2） 管的最大反向工作电压 UR 必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值 D 电压 URM： UR URM =2SQR（2）U2 3.2.2.3 桥式整流电路 （1）电路图：如图 10 所示，二极管 D1、 D2 、D3、 D4 四只二极管接成电桥的形式， 名称由此而来。 图 10 （2）工作原理：在 V2 的正半周， D1、 D3 导通， D2、 D4 截止， 通过 D1、 D3 给 RL 提供电流，方向由上向下（图中虚线)； 在 V2 的负半周， D2、 D4 导通， D1、 D3 截止，通过 D2、 D4 给 RL 提供电流，方 向仍然是由上向下（图中虚线）由此得到图示的整流波形。 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 15 电子信息工程技术专业毕业设计 （3）波形图 仿真四：桥式整流电路 1、要求：整流桥（理想）1 只。 2、仿真电路： （4）参数计算 输出的直流电压值为： 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 16 电子信息工程技术专业毕业设计 流过负载平均电流： IDO= UO /RL=0.9U2/ RL 流过整流二极管的平均电流： IF= IDO =0.45U2/ RL 整流二极管的最大反向电压： UDR=SQR（2）U2 二极管的选择： （1）D 管的最大整流电流 IF 必须大于实际流过二极管的平均电流 IDO： IF IDO =ULO/RL=0.45 U2/RL （2） 管的最大反向工作电压 UR 必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值 D 电压 URM： UR URM =SQR（2）U2 综合考虑，本设计选择桥式整流电路较为合适。 3.2.3 滤波电路 作用：对整流电路输出的脉动直流进行平滑，使之成为含交变成份很小的直流电压。 说明：滤波电路实际上是一个低通滤波器，截止频率低于整流输出电压的基波频率。 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 17 电子信息工程技术专业毕业设计 电路形式：电容滤波、电感滤波、 L 型滤波电路、型滤波电路。 3.2.3.1 电容滤波电路 尽管整流后的电压为直流电压，但波动较大，仍然不能直接作为电源使用，还 需进一步滤波，将其中的交流成份滤掉。滤波通常是采用电容或电感的能量存储作用 来实现的常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波、倒 L 型滤波、型滤波等几种。在 小功率整流滤波电路中，电容滤波是最常用的一种，其特点是结构简单，效果较好。 电路组成： 桥式整流、电容滤波电路如图 11 所示: 图 11 电容滤波的原理： 电容是一个能储存电荷的元件。有了电荷，两极板之间就有电压 UC=Q/C。在电容 量不变时，要改变两端电压就必须改变两端电荷，而电荷改变的速度，取决于充放电 时间常数。时间常数越大，电荷改变得越慢，则电压变化也越慢，即交流分量越小， 也就“滤除”了交流分量。 工作原理： 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 18 电子信息工程技术专业毕业设计 负载未接入（开关 S 断开）时：设电容两端初始电压为零，接入交流电源后，当 V2 为正半周时， V2 通过 D1、 D3 向电容 C 充电； V2 为负半周时，经 D2、 D4 向电 容 C 充电。充电时间常数为： C=RintC。其中 Rint 包括变压器副绕组的直流电阻 和二极管的正向电阻。由于 Rint 一般很小，电容器很快就充电到交流电压 V2 的最大 值 V2 ，由于电容无放电回路，故输出电压（电容 C 两端的电压)保持在 V2 不变。 1 接入负载 RL（开关 S 合上）时：设变压器副边电压 V2 从 0 开始上升时接入 RL，由于电容已到 V2 ，故刚接入负载时， V2 VC，二极管在反向电压作用下而截 止，电容 C 经 RL 放电，放电时间常数为： d=RLC。因 d 一般较大，故电容两端 电压 Vc(即 Vo)按指数规律慢下降（图中 a,b 段）。 2 当 V2 升至 V2VC 时，二极管 D1、 D3 在正向电压作用下而导通，此时 V2 经 D1、 D3 一方面向 RL 提供电流，一方面向 C 充电（接入 RL 后充电时间常数变为 C=RL/RintCRintC ）。VC 将如图中 b、 c 段所示。 3 当 V2 又降至 V2VC 时，二极管又截止，电容 C 又向 RL 放电，如图中 c 、d 段所示.电容如此周而复始充放电，就得到了一个如图所示的锯齿波电压 Vo = VC ， 由此可见输出电压的波动大大减小。 4 为了得到平滑的负载电压，一般取 d=RLC(35)T/2 (T 为交流电周期 20ms) 此时：Vo = (1.11.2) V2。 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 19 电子信息工程技术专业毕业设计 仿真五：电容滤波 1、要求：电容 1000F 1 只 2、仿真电路： 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 20 电子信息工程技术专业毕业设计 电容滤波的特点 1、RLC 越大，电容放电速度越慢，负载电压中的纹波成份越小，负载平均电压越 高。为了得到平滑的输出电压，一般取： RLC（35）T/2 (T交流电源电压周期) 2、RL 越小，输出电压越小。 （1）当 C 一定时， RL时，即空载： ULO=1.4U2 （2）当 C=0 时，即无电容时： ULO=0.9U2 （3）一般情况下，ULO=（1.11.2)U2 3、电容滤波适用于负载电压较高、负载变化不大的场合。 3.2.3.2 电感滤波电路 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 21 电子信息工程技术专业毕业设计 电路图如图 12 所示： 图 12 电感滤波的原理： 电感滤波是利用电感的储能来减小输出电压纹波的。当电感中电流增大时，自 电感电动势的方向与原电流方向相反，自感电动势阻碍电位增加的同时，也将能量储 存起来，使电流的变化减小；反之，当电感中电流减少时，自感电动势的作用阻碍电 流的减少，同时释放能量，使电流变化减小，因此，电流的变化小，电压的纹波得到 抑制。 电感滤波电路的几点说明： 1、L 越大、RL 越小，输出电压纹波越小； 2、忽略电感内阻， ULO=0.9U2 （理论值）； 3、电感滤波适用于低电压，大电流的场合。 3.2.3.3 L 型滤波电路 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 22 电子信息工程技术专业毕业设计 3.2.3.4 型滤波电路 因整流部分选择了桥式整流电路，滤波部分选择电容滤波与桥式整流结合使用， 即可达到设计要求。 3.2.4 稳压部分 3.2.4.1 利用稳压二极管稳压 稳压管稳压原理： 利用稳压管在反向击穿时电流可在较大范围内变动但击穿电压 却基本不变的特点而实现的。 3.2.4.2 三端集成稳压器稳压 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 23 电子信息工程技术专业毕业设计 集成稳压器的特点：随着半导体工艺的发展，现在已生产并广泛应用的单片 集成稳压电源，具有体积小，可靠性高，使用灵活，价格低廉等优点。最简单的集成 稳压电源只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端集成稳压器。 集成稳压器是将调整电路、取样电路、基准电路、启动电路及保护电路集成 在一块硅片上构成的芯片。它完整的功能体系、健全的保护电路、安全可靠的工作性 能，给稳压电源的制作带来了极大的方便。集成电路稳压器的型号很多，按单片的引 出端子分类，有三端固定式、三端可调式、和多端可调式等。三端集成稳压器只有三 个端子，安装和使用都很方便。 1三端固定式集成稳压器 （）三端固定式集成稳压器外形及管脚排列 三端固定式集成电路稳压器的外形和管脚排如图 13 所示。 图 13 （） 三端固定式集成稳压器外形及管脚排列 三端固定式稳压器的型号组成及其意义 三端固定式集成稳压器的型号组成及其意义如图 14 所示。国产三端固定式集 成稳压器有 CW78XX 系列（正电压输出）和 CW79XX 系列（负电压输出），其输出电压 有 5V、6V、8V、9V、12V、15V、18V、24V，最大输出电流有 0.1A、0.5A、1A、1.5A、 2.0A 等。 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 24 电子信息工程技术专业毕业设计 图 14 三端固定式集成稳压器型号组成及意义 （）三端固定式集成稳压器的应用 固定输出稳压器 在实际上工作中，可根据不同的需要，选取符合要求的 CW78XX、CW79XX 系列产 品。电路组成如图 15 所示。图中 C1 可以防止由于输入引线较长时产生的电感而引起 的自激。C2 用来减小由于负载电流瞬时变化而引起的高频干扰。C3 是容量较大的电 解电容，主要用来进一步减小输出脉动和低频干扰。 图 15 三端集成稳压器的典型接法 扩压、扩流和可调电路 如果需要输出电压高于三端稳压器输出电压时，可采用图 16 所示电路。 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 25 电子信息工程技术专业毕业设计 图 16 提高输出电压接线图 U U 0 XX （ + 1 R） R （1） 2 1 通过调整 R2 可得所需电压,但它的可调范围小。 当负载电流大于三端稳压器输出电流时，可采用图 17 所示电路。 图 17 提高输出电流接线图 I I 0 0 = R I + XX + IC B I W XX = I I R + I I B W = I I I + I C = U R BE + 1 + C I W （2） 由于 1 ；且 很小，可忽略不计，所以 I 0 R U BE + I C R （其中 U I I BE 0 C ） （3） 式中 R 为 V 提供偏置电压，UBE 由三极管决定，锗管为V，硅管为V。 要得到可调的输出电压，可采用图 8.12 所示的电路。其输出电压表达式如式（1）所 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 26 电子信息工程技术专业毕业设计 示。 具有正、负电压输出的稳压电源 如上图所示，由图可知，电源变压器带有中心抽头并接地，输出端得到大小相等、极 性相反的电压。 2. 三端可调式集成稳压器 三端可调式集成稳压器按输出电压分为正电压输出 CW317（CW117、CW217）和 负电压输出 CW337（CW137、CW237）两大类。按输出电流大小，每个系列又分为 L 型和 M 型等。 三端可调集成稳压器克服了固定三端稳压器输出电压不可调的缺点，继承了三端 固定式集成稳压器的诸多优点。 三端可调集成稳压器 CW317 和 CW337 是一种悬浮式串联调整稳压器，它们的外 形如图 18 所示。 图 18 典型应用电路如图 19 所示。 CW317 和 CW337 外形 图 19 CW317 和 CW337 典型应用电路 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 27 电子信息工程技术专业毕业设计 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，那么输出电压可用下式表示： U 0 1+ （ R ） 1.25V R P 1 （4） 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 UREF；R1 取值 120240（此值保证稳压器在空载时也能正常工作） ，调节 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） 。 综合比较而言稳压电路部分选择具有体积小，可靠性高，使用灵活，价格低廉， 稳压内部含有过流、过热保护电路等优点三端集成稳压（CW317）电路。 3.3 元件电路参数计算 （一） 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。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 6V13V，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。 选集成稳压器，确定电路形式 选可调式三端稳压器 CW317，其特性参数 Vo=1.2V37V，Iomax=1.5A，最小输入、 输出压差(Vi-Vo)min=3V，最大输入、输出压差(Vi-Vo)max=40V。组成的稳压电源电路 如图 20 所示。 由计算得 Vo1.25(1+RP1/R1)， R1=240 ， RPlmin=48 ， max=912， 取 则 RPl 故取 RP1 为 2.7k 的精密线绕可调电位器。 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 28 电子信息工程技术专业毕业设计 图 20 （二） 选电源变压器 由计算可得输入电压 Vi 的范围为 Vomax+(Vi-Vo)minViVomin+(Vi-Vo)max 6V+3VVi1.5V+40V 9VVi41.5V 副边电压 V2Vimin/1.1=9/1.1V，取 V2=9V，副边电流 I2Iomax=0.3A，取 I2=0.5A， 则变压器副边输出功率 P2I2V2=4.5W。 变压器的效率 =0.6，则原边输入功率 P1P2/=7.5W。为留有余地，选功率为 10W 的电源变压器。 （三） 选整流二极管及滤波电容 整流二极管耐压 VDVOM= 2 V2 IDIOmax =0.3A VDmim 2 Vo max + (Vi Vo ) min = 9 2 = 12.76V 为了焊接便利，选择整流桥 KBPC610 (1000V 6.0A )作为整流部分。 滤波电容: C1 (3 5) I i max T = (825 1375) F 2U i min 为了留有余地，取 2200uF/50V 作滤波电容。 （四）保护管 VD1,VD2 集成稳压器如果离滤波电容 C1 较远,应在靠近 317 输入端接 0.33 微法旁路电容 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 29 电子信息工程技术专业毕业设计 C2.接在调整端和地之间的电容 C3 用来旁路电位器两端的纹波电压.当 C3 容量为 10 微 法时,纹波抑制比可提高 20DB,减小到原来的十分之一.另一方面,由于 C3 的接入,一旦 输入或输出端发生短路,C3 中储存的电荷会通过稳压器内部的调整管和基准放大管而 损坏稳压器.故在 R1 两端并接二极管 VD2。 在没有容性负载的情况下,稳压器可以稳定地工作,但当输出端有 500-5000PF 的 容性负载时,容易发生自激.为抑制自激,在输出端接一只 1 微法的钽电容或 25 微法的 铝电解电容 C4,它还可以发送电源的瞬态响应.但当输入端发生短路时,C4 中储存的电 荷将对稳压器输出端放电,放电电流可能损坏稳压器.故在稳压器两端并接保护二极管 VD2。 VD1 和 VD2 都选用 IN4002 额定电流 1A，最大反向电压 100V。 四、总原理图及元器件清单 总电路原理图： PCB 板图: 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 30 电子信息工程技术专业毕业设计 元器件清单： 编号 R1 RP C1 C2 C3 C4 VD1、VD2 U IC T 名称 电阻 可调电阻 电解电容 绦纶电容 电解电容 电解电容 整流二极管 整流全桥 可调三端稳压 电源变压器 型号 240 欧 2.7K 2200u/50V 0.33u 10u/50v 100u/50V IN4002 KBPC610 CW317 TDA2026 数量 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 五、安装与调试 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 31 电子信息工程技术专业毕业设计 根据图 21 所示电路绘制出装配电路图，标清楚各元件的位置。 图 21 可调输出三端集成稳压器应用电路 根据图 21 所示电路列出元件清单，备好元件，检查各元件的好坏。 正确识读 CW317 的引脚， 根据装配图完成可调输出的三端集成稳压器组成的稳压 电源安装。 焊接时要对各个功能模块电路进行单个测试，需要设计一些临时电路用于调试。 测试电路时，必须要保证焊接正确，才能打开电源，以防元器件烧坏。 按照原理图焊接时必须要保证可靠接地。 调节电位器 RP，测量输出电压的变化范围是否在 1. 5V6V 之间。若不是，分析 原因，找出故障，排除之。 六、性能测试与分析 一 测试要求 测试并记录电路中各环节的输出波形。 测量稳压电源输出电压的调整范围及最大输出电流。 测量输出电阻 Ro。 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 SV. （注意： 用调压器使 220V 交流改变10。即Ui=44V） 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。 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 32 电子信息工程技术专业毕业设计 分析测量结果，并讨论提出改进意见。 二 此电路的误差分析 综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差因素有: 测得输出电流时接触点之间的微小电阻造成的误差; 电流表内阻串入回路造成的误差; 测得纹波电压时示波器造成的误差; 示波器, 万用表本身的准确度而造成的系统误差; 三 可以通过以下的方法去改进此电路: 减小接触点的微小电阻; 根据电流表的内阻对测量结果可以进行修正; 测得纹波时示波器采用手动同步; 采用更高精确度的仪器去检测; 七、结论与心得 经过自己独立自主的设计电路，自己翻阅查找各种资料，我不仅学到了关于集 成流稳压电源有关的知识，更加了解了三端稳压器，而且增强了自己运用学习工具 PROTEL 的能力和实践动手能力， 使自己对模拟电路充满了兴趣， 增加了我对模拟电 路学习的热情。在 PSPICE 的时候，在自学过程中有很多不懂的问题，通过与任课老 师的沟通和向同学们的虚心请教， 终于完成了课程设计的要求的电路图部分和仿真部 分。在设计的时间上由于与复习考试的时间有些冲突，在设计的时候有些地方很可能 还不够完善，但是我非常高兴学校可以给我们同学们这次自己设计报告的机会，这个 看似简单的设计报告却真的花了我们不少的时间和心血。 刚开始抱怨的同学们看着自 己花了很大代价做出来的报告都十分激动，成功的喜悦掩盖了奋斗的汗水。 通过自己预先设计的电路，然后再参考一些书籍上的电路并经过修改和创造，设 计成了最终符合要求的电路原理图， 并进一步了解和学习了整个电路的各个部分的具 体工作原理，达到了理想的要求。最后我用 MultiSIM 软件对电路图进行了部分仿真。 经过对前面部分电路的仿真我掌握了仿真的具体方法。 总的来说我对仿真的结果还是 比较满意。 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 33 电子信息工程技术专业毕业设计 这次的设计实验我不仅进一步学习了稳压电路的原理和设计，以及对电路的更深 一步的了解，特别是掌握了仿真的方法，学会了仿真软件的应用，获益匪浅。 经过这次的课程设计我收获了很多，也学习到了很多有关专业方面的知识！在这 次的实验设计过程中，我初步掌握了直流稳压电源的调试方法，学会了直流稳压电源 电路的安装及使用，同时也熟悉了电子技术设计的一些基本方法和技巧，收获颇大。 希望以后能将自己设计的直流稳压电源运用到实际应用中去。 在刚接到该次设计任务时，心里还没有一点准备，不知如何下手。不过这个巨大 的挑战激起了我钻研的决心，我将模拟电子技术这本书里关于各个集成放大器和 稳压电源的知识一一回顾了一遍，大概拟订了该次设计任务的草案。 各项原理及单元电路的作用。 了解了稳压直流电源的组成部分和各部分的具体的作用， 并且通过专研和实际的 调试，测试，掌握了各级输出级的电压值以及各电压的输出波形的具体测量方法和误 差分析。学会了电路各部分元件参数的计算和确定，以及通过对实验参数指标的要求 和各部分电路各个元件之间的关系来准确的确定具体的电路和元件的实际参数。 通过 对电路的理论分析从而在一定程度上大致分析所得的试验结果进行分析和确定正确 与否， 也通过实际的操作和对各元件的实际参数与理论值之间的差别了解了各影响因 素对电路和试验结果的影响。 以及采取怎样的措施来有效的减小以致消除外界不稳定 因素对试验参数的影响，从而使测量的结果尽量准确，尽量与理论值之间的差别缩小 到最小。 虽然在这次的实验设计和参数的确定以及试验结果的测试的过程当中也遇到了 一些困难和迷惑，但是通过查阅相关的资料和书籍，并且跟同学互相探讨和研究，基 本上解决了所遇到的问题。但是由于对专业知识具备的不足，所以在设计好的电路中 难免会存在一定的差错， 而且由于对很多电子器件的实际性能和型号的不了解会在选 择器件的时候选不到最好的器件使电路工作在最佳状态， 所以试验结果可能与理论值 相差较大，但是经过我的调试尽量使实验结果与理论值间的差别减小到最小，从而达 到了试验的基本要求。 综上所述，在本次的课程设计中，遇到了一些困难，使自己一度想放弃，但是， 经过自己的刻苦查阅，我克服了以上的困难，也学习到了很多与专业相关的知识，虽 厚 德 励 志 笃 学 精 艺 34 电子信息工程技术专业毕业设计 然自己的专业知识仍然有所欠缺，设计的电路图可能会有一些不确切的地方，但是通 过这次设计我新学道了很多，我觉得很值得。因为这是第一次单独设计，难免会出现 错误和不足，但在整体上我还是比较满意的，因为这是我自己的劳动成果。 在此十分感谢老师对我们的指导。 八、参考文献 1 2000 2 3 余 道 衡 ， 徐 承 和 。 电 子 电 路 手 册 M。 北 京 ： 化 学 工 业 出 版 社 ， 1996 杨 路 明 主 编 。 电 子 信 息 类 专 业 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 指 导 教 程 M。 长 沙 ： 中 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袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈