直流稳压电源课程设计.

1、成都理工大学工程技术学院电气工程基础课程设计设计题目：直流稳压电源的设计院系：自动化工程系专 业：电气工程及其自动化班级：20102010电气2 2班学 号：201020305245201020305245姓名：杨诗指导老师：雷永锋孙莉莉完成时间：20122012年6 6月1515日目录摘 要 .3.第一章 设计目的与任务 .4.1.1设计目的.4.1.2设计任务.4.1.3设计要求.4.第二章直流稳压电源组成原理 .5.第三章电源变压器 .6.第四章整流.7.4.1桥式整流 .8.第五章 滤波 .9.5. . 1电容滤波 .9.5.2电感滤波 .1.1第六章 稳压 .126.1稳压原理 .1

2、.2原理图及元器件清单.1.51.总原理图.1.52 元件清单 .1.6第八章安装与调试及性能调试 .16性能测试与分析 .18第九章结论及参考文献 .22在精密仪器和家用电器中，都需要稳定的直流电压，但是经过整流滤波后 的电压还会随电网电压，负载及温度的变化而变化，因此，在整流滤波电路之 后，还需要接稳压电路。通过整流滤波电路所获得的直流电源电压是比较稳定的，当电网电压波动 或负载电流变化时，输出电压会随之改变。电子设备一般都需要稳定的电源电 压。如果电源电压不稳定，将会引起直流放大器的零点漂移，交流噪声增大， 测量仪表的测量精度降低等，因此必须进行稳压。目前中小功率设备中广泛采用的稳压电源

3、有并联型稳压电路、串联型稳压 电路、集成稳压电路及开关型稳压电路。这里采用稳压管设计稳压电路，结构简单，成本低廉。稳压电源的种类很多，本课程设计介绍硅稳压电路的组成及工作原理。Precisio n in strume nts and applia nces, requires stable DC voltage,but also varies with the voltage after voltage rectifierfilteri ng,load and temperature cha nge, so afterthe rectified filter circuit,also need

4、 voltage regulator circuit. Gained with the rectified filter circuit for DC power supply voltage is stable, when the voltage fluctuations or when the load currentchanges, the output voltagewill be cha nged. Electr onic devices are gen erally stable power supply voltage. If the power supply voltage i

5、n stability, will cause the DCzero drift amplifiers, AC no ise in creasesmeasureme nt accuracy of measurement and control system of the lower, so it must be regulated.At present small and medium power equipment widely used in power supply circuit of shu nt and series voltage regulator regulator circ

6、uit, integrated voltage regulator circuit and voltage switch circuit. Design voltage-stabilizing circuit voltage regulator tube, simple structure, low cost.Many types of regulated power supply, the composition of the curriculum design of Silicon voltage-stabilizing circuit and it works.第一章设计目的与任务1.1

7、设计目的通过集成直流稳压电源的设计、安装和调试，要求学会：(1)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电源；(2)掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。1. 2设计任务设计一波形直流稳压 电源， 满足：(1)当输入电压在220V 10%寸，输出电压为土 5v, 12v, 15v和从0到15v可调，输 出 电 流 大 于1A ;输出纹波电压小于5mV稳压系数小于5X10-3，输出内阻小于0.1欧。1. 3设计要求(1)电源变压器只做理论设计；合理选择集成稳压器；宀 完成全电路理论设计、绘制电路图(4)撰写设计报告、总结报告第二章直流稳压电源组成原理稳压电源一般由变压

8、器、整流器和稳压器三大部分组成，即变压器，整流 滤波电路和稳压电路。如下图所示。变压器把市电交流电压变为所需要的低压 交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电 压变为稳定的直流电压输出。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所示。图（2）整流与稳压过程图1稳压电源的组成框图及整流与稳压过程各部分电路的作用1.交流电压变换部分一般的电子设备所需的直流电压较之交流电网提供的220V电压相差较大，为了得到输出电压的额定范围，就需要将电网电压转换到合适的数值。所 以，电压变换部分的主要任务是将电网电压变为所需的交流电压，同时还可以 U5Uo

9、起到直流电源与电网的隔离作用。2.整流部分整流电路的作用，是将变换后的交流电压转换为单方向的脉动电压。由于 这种电压存在着很大的脉动成份（称为纹波），因此一般还不能直接用来给负载 供电，否则，纹波的变化会严重影响负载电路的性能指标。3.滤波部分滤波部分的作用是对整流部分输出的脉动直流电进行平滑，使之成为含交变成份很小的直流电压。也就是说，滤波部分实际上是一个性能较好的低通滤 波器，且其截止频率一定低于整流输出电压的基波频率。4.稳压部分尽管经过整流滤波后电压接近于直流电压，但是其电压值的稳定性很差， 它受温度、负载、电网电压波动等因素的影响很大，因此，还必须有稳压电 路，以维持输出直流电压的基

10、本稳定。第三章 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ui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：二旦P第四章整流其中：P2是变压器副边的功率，R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P210VA10 30VA30 80VA80200VA效率口0.60.70.80.85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 Pl由于LM317的输入电压与输出电压差的最小值 UI U。min =3V，输入电压与输出电压差的最大值 UI -U。max =40V，故LM317的输入电压范围为:Uomax （5 U）

11、min 汕1 乞 Uomin （U I 一 U）max即 9V 3V UC时， Di、D3导通，U2D3Cf Di对C充电。然后，U2又按U2sinut的规律下降， 当U2V UC时，二极管均截止，故 C又经RL放电。不难理解，在 U2的负半周 期也会出现与上述基本相同的结果。这样在 U2的不断作用下，电容上的电压不 断进行充放电，周而复始，从而得到一近似于锯齿波的电压UL=UC，使负载电压的纹波大为减小。由以上分析可知，电容滤波电路有如下特点：a）RLC越大，电容放电速度越慢，负载电压中的纹波成分越小，负载平均电压越咼。为了得到平滑的负载电压，一般取RLC （3 5）T/2式中，T为交流电源

12、电压的周期。b）RL越小输出电压越小。若C值一定，当RL，即空载时有ULO= U2 1.4 U2当C=0，即无电容时有ULO Q 0.9 U2当整流电路的内阻不太大（几 -）和电阻RL电容C取值满足式（7）时,有ULO （1.1 1.2）U2总之，电容滤波适用于负载电压较高、负载变化不大的场合5.2电感滤波电感滤波电路如下图8所示，由于市电交流电频率较低（50HZ）,图中电 感L一般取值较大，约几H以上。图7电感滤波电路电感滤波电路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理电流方向相反，自感电动势阻碍了电位的增 加同时也将能量储存起来，使电流的变化减小

13、；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。关于电感滤波电路的几点结论：a）L越大、RL越小，输出电压纹波越小。b）忽略电感内阻，ULO=O.9U2 （理论值）。c）电感滤波适用于低电压、大电流的场合。d）工频电感体积大，重量重，价格高，损耗大，电磁辐射强，因此一般少用。此外，为了进一步减小负载电压中的纹波，电感后面可再接一电容而构成倒L型滤波电路或采用n型滤波电路。第六章 稳压滤波后的输出电压即使纹波很小，也仍然存在稳定性的问题。这是因 为当负载RL变化或电网电压波动时，输出电压的整体也要随之改变，因 此

14、，绝大多数直流电源都必须采用稳压电路进行稳压。6.1稳压原理2200uF/25V图8总体原理电路见图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1.2V37V,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U1j VD7So+Uoc10uFluF图9管脚图靠，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I

15、M337系列的引脚功能相同，管脚图和典型电路如图 9和图10.图10典型电路输出电压表达式为：Uo251 罟式中，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，电阻尺常取值120240，在这里，因为只买到10K的电位器，再串联一个R2,根据LM317输出电压表达式，取：R1=2.2k,R2=2kR1=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10F大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。LM317其特性参数

16、：输出电压可调范围：1.2V37V输出负载电流：1.5A输入与输出工作压差 U=0U。： 340V能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路。第七章技术指标元件清单稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，如输出电压、输出电流及电压调节范围；另一类是质量指标，反映一个稳压电源的优劣，包括 稳定度、等效内阻（输出电阻）、纹波电压及温度系数等。对稳压电源的性能，主要有以下三个方面的要求 1稳定性好adj Uo当输入电压U （整流、滤波的输出电压）在规定范围内变动时，输出电压U0的变化应该很小一般要求AU 0/ Ui 1%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

17、 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S=( Uo/ Ud/( Ui / U i)=( Uo / U) X (Ui / U o)2.输出电阻小负载变化时（从空载到满载），输出电压 U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）ro表示，它等于输出电压变化量和输出电流变化量 之比的绝对值，即：ro=| U0/ I o|ro反映负载变动时，输出电压维持恒定的能力，ro越小，贝U Io变化时输出电压 的变化也越小。性能优良的稳压电

18、源，输出电阻可小到 1欧，甚至0. 01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。温度每变化1C引起输出电压的变化 u称为绝对温 度系数，温度每变化1C引起输出电压的相对变化 U0/U0称为相对温度系。原理图及元器件清单1.总原理图图11总原理图2 元件清单兀件序列型号元件参数值数量备注Ji变压器12V1实际输入电压大于12VD1 D2 D3 D4 D5D6二极管 1N4001U RM 色 50V，1A1A6也可用1N40071N4007D7发光二极管1FUS

19、H熔断丝1A1C1 C2电解电容4700uF/25V2C5电解电容0. 1uF1C7电解电容10uF/25V1SW开关1R3电阻2. 2kQ1R4电阻1K1R1电阻2kQ1R2电位器10K1U三稳压器LM317可调范围1.2V37V1.2V37V1C9电解电容1uF/25V1第八章安装与调试及性能调试按PCB图所示，制作好电路板。安装时，先安装比较小的元件，所以先安装整流电路，再安装稳压电路，最后再装上滤波电路（电容）。安装时要注意，二极管和电解电容的极性不要接反。经检查无误后，才将电源变压器与整流滤 波电路连接，通电后，用万用表检查整流后输出LM317输入端电压UI的极性,-D3D3若UI的

20、极性为负，则说明整流电路没有接对，此时若接入稳压电路，就会损坏集成稳压器。然后接通电源，调节 RW的值，若输出电压满足设计指标，说明稳 压电源中各级电路都能正常工作，此时就可以进行各项指标的测试。因在multisim没有LM317元件，故用同一系列的LM117代替。图13电位器R2取最小值时，Uo=2.983VT电位器在0 0到10K10K之间，输出电压连续可调：约为 3V9V3V9V。.imaol . .UJ.LM117H7Hi iF F k-k- 2 2 1 1 s-s- R R 2-2- AA/VP2图12电位器R2取最大值时，Uo=9.088VT图14稳压电源性能指标的测试电路性能测试

21、与分析1 1 .输出电压与最大输出电流的测试测试电路如图5所示。一般情 况下，稳压器正常工作时，其输出 电流| 0要小于最大输出电流I omax 取 I。=0.6A，可算出 RL=20Q ,工作时RL上消耗的功率为：PL L =Uo olo o =9 0.7 =6.3W故RL取额定功率为10W，阻值为20 Q的电位器测试时，先使 =20门，交流输入电压为220V,用数字电压表测量的电压值就是Uo。然后慢慢调小RL，直到Uo的值下降5%，此时流经R的电流就是lomaxomax，记下lomaxomax后，要马上调大RL的值，以减小稳压器的功耗电路图 15 R5( RL =20 欧姆，Uo=8.78

22、V lo=438.979mATXMMlXMMl XMH2XMH2D3D3】嘴XHM1XHM1220 U1 -U2o2图 16 Uo 下降 5% (8.332V)时，lo=846.644mA,即 lomax=lo. T2.纹波电压的测试用示波器观察Uo的峰峰值，（此时丫通道输入信号采用交流耦合 AC）,测量 Uop-p的值（约几mV）。由示波器得出： Uop-p=106。845uV3.稳压系数的测量按图5所示连接电路， 在Ui =220V时，测出稳压电源的输出电压 Uo。然后 调节自耦变压器使输入电压 5 =242V ,测出稳压电源对应的输出电压 Uo1 ；再 调节自耦变压器使输入电压 5 =1

23、98V，测出稳压电源的输出电压 Uo2。则稳压因为，在本调试中，无法得到自耦变压器，所以只能把电压归算到降压器的输 出电压（Ui）:U1=198V, Ui=10.8VU1=220V, Ui=12.0VEM6 孙 nA厂广门U UIN-GOD1lOOnlOOnF FlUUFJuLML17WJ-IF jd JL!Ii r=242-198 Uo o图 18 Ui=12 时，Uo=8.726VTDiDiD3 -M-U1 LIME - VREir VOLTAGE：U1=242V, Ui=13.2V图 19Ui=10.8V时，Uo=8.72VT,1 02 X1N4C1 AME U2-LEEJL辛 C?-LUllF :图 20 Ui=13.2V时，Uo=8.740VT所以稳压系数：逬詈 00220022表3：设计要求测试结果误差分析Uo=+3V-+9V2.983V2.983V 9.088V9.088V0.01%0.01%lomax=800mA846.644mA846.644mA0.05%0.05% Vop_pVop_p 5mV106106。845uV845uV106106. 845u