可调集成稳压电源设计

1、南 昌 工 程 学 院课程设计 (论 文)机械与电气工程学院 系 自动化 专业课程设计（论文）题目 可调集成稳压电源 学 生 姓 名 班 级 自 动 化 学 号 指 导 教 师 完 成 日 期 2 0 1 0 年 0 9 月 2 6 日目 录第一章 设计任务、要求、目的1第二章 电路设计 22.1 框图设计 32.2具体分析设计32.3总电路图分析设计8第三章 制作与调试 123.1安装、调试与检测123.2故障分析 12第四章 小结14第五章 心得体会15参考文献 16附录 实物照片17第一章 设计任务、要求、目的1.1 设计任务及要求设计一种输出电压连续可调的集成稳压电源，满足：（1）当输

2、入电压在220交流电时，输出电压在1.2537V之间可调。（2）输出最大电流可达1.5A。（3）具有短路保护功能。（4）要求制作产品并调试。（5）撰写设计报告。1.2 设计目的（1）学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟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）学会直流可调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。第二章 电路设计2.1 引言可调集成稳压电源一般由电源变压器，整刘滤波电路及稳压电路所组成。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，稳压器在把不稳定的直流电变为稳定的直流

3、电压输出。本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并实现电压在1.25V37V可调。2.2 设计原理2.2.1结构框图在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。小功率稳压电源的组成可以用图 2-1表示，它是由电源变压器、整流、滤波、和稳压电路等四部分。滤波电路电源变压器整流电路 稳压电路图 2-1 直流稳压电源结构方框图 图 2-2 稳压电源工作流程波形图1.变压器：变压器的功能是将220V的交流电变换成整流电路所需的低压交流电。2.整流电路：整流电路是利用二极管的导电性，将变压器的次级电压变成向动直流。3.滤波电路：滤波

4、电路的作用是平波，将脉动直流变换成比较平滑的直流。4.稳压电路：滤波电路的输出电压还是有一定的波动，对要求较高的电子设备还要稳压电路，通过稳压电路的输出电压几乎就是恒定电压。2.2.2 工作原理1.电源变压城市电网提供的一般为220V（或380V）/50HZ的正弦交流电，电源变压器的作用是激昂电网交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电，让后再将其次级输出电压整流，滤波和稳压，最后得到所需要的直流电压幅值。各种变压器外形及符号如图 2-3所示。 图2-3 电源变压器外形及符号图变压器部分参数介绍（1）电压比初、次级电压和线圈圈数具有以下关系，即： U1/U2=N1/N2 当有两个副线圈时P1=

5、P2+P3,U1/N1=U2/N2=U3/N3,电流则须利用功率的关系式去求,有多个时依此推类（2）效率在额定功率时，变压器的输出功率和输入功率的比值，叫做变压器效率，即： =(P2P1)x100%变压器的效率与变压器的功率等级有密切关系，通常功率越大，损耗就小，效率也就越高；反之，功率越小，效率也就越低。（3） 额定电压指在变压器的初级线圈上允许施加的电压，正常工作时，变压器初级组上施加的电压不得大于规定值。（4）额定功率额定功率是指变压器在规定的频率和电压下长期工作，而不超过规定温升是次级输出的功率。（5）调整率 变压器的调整率=（空载电压满载电压）/满载电压。一般10W以下的变压器的调整

6、率在20%以上，要想在使用中降低变压器的调整率，治优选大一些的功率变压器，如3W的变压器的调整率为28%，使用功率为1.5%，调整率为12%。2.整流电路整流电路的任务是将交流点变换成直流电。完成这一任务主要是靠二级管的单向导电性，因此二极管的构成是构成整流电路的关键元件。在小功率整流电路中，常见的整流电路有单相半波、全波、桥式、和倍压整流电路。（1）单相全波波整流 图2-4单相全波波整流电路 全波整流，当变压后电压正半周时D1导通，D2截止，D1与电阻形成回路。当输入为电压负半周时D2 导通，D1截止，D2与电阻形成回路。（2）桥式整流而一般整流电路一般用有四个二级管组成的桥式整流电路（如图

7、2.2.5所示），整流桥的D1、D2的连接处称共阴极，用“+”标记，极电流从此流出，D3、D4连接处称共阳极，用“”标记，其他亮点表示接交流电源标记“”。 在电源电压V2的正、负半周内电流通路分别用图2-5中实线和虚线箭头表示通过负载RL的电流 iL以及电压vL的波形如图2-6所示。显然，它们都单方向的全波脉动波形。 图2-5单相桥式整流电路图2-6电压电流波形图整流元件参数的计算 在桥式整流电路中，二极管D1、D3和D2、D4是两两轮流导通的，所以流经每个二极管的平均电流为： ID=0.5IL=0.45V2/RL二极管在截止时管子两端承受的最大反向电压可以从图2-5看出。在U2正半周时，D1

8、、D3导通，D2/D4截止。此时D2、D4所承受到的最大反向电压均为U2的最大值，即： 同理，在U2的负半周，D1、D3也承受同样大的反向电压。 一般电网电压波动范围为10%。实际上选用的二极管的最大整流电流IDM和最高反向电压URM应留有大于10%的余值。桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器的正负半周都有电流给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率高。因此，选用该电路作为本设计的整流电路。3.滤波电路滤波电路一般用于滤去整流电路输出电压的纹波，一般有电抗元件组成，由组成元件我们把它分为电容滤波和电感滤波。（1）电容滤波电路图2-7 电容

9、滤波电路 它有如下特点：a) 负载平均电压VL升高，纹波成分越小，且RLC越大，电容放电速率越慢，则负载中的纹波成分越小，负载平均电压越高。 为了得到平滑的负载电压，一般取： b) 负载直流电压随负载电流增加而减小。在整流电路内阻不太大和放电时间满足上式时，电容滤波电路负载Vl与V2的关系约为 VL=（1.11.2）V2c) 该电路简单，负载直流电压VL较高，纹波也较小，他的缺点是输出特性差，故适用于伏在电压较高，伏在变动不大的场合。 （2）电感滤波电路 图2-8 电感滤波电路 电感滤波的特点是，整流管的导电角较大，无峰值电流，输出特性比较平坦。其缺点是由于铁芯的存在，笨重、体积大，已引起电磁

10、干挠。一般只适用于低电压，大电流场合。本设计为小功率电源的制作故选用电容滤波电路。4.稳压电路 由于输入电压u1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压UI会随着变化。因此，为了维持输出电压UI稳定不变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。集成稳压器的类型很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。

11、设计要求需要输出电压可调，所以可选用可调式三端集成稳压器。可调式三端集成稳压器是指输出电压可以连续调节的稳压器，有输出正电压的CW317系列（LM317）三端稳压器。其原理图如下图示： 图2-9可调式三端集成稳压器可调式三端集成稳压器它们的输出电压从1.25V37伏可调，最简的电路外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内有过渡、过热和安全工作区保护，最大输出电流为1.5A。其典型电路如图2.2.10，其中电阻R1与电位器R2组成输出电压调节器，输出电压Uo的表达式为：Uo1.25（1R2/R1）式中R1一般取120240欧姆，输出端与调整端的压差为稳压器的基准电压（典型值为1.25V）。

12、2.3 总电路图总电路图分析： 220V市电经变压、二极管桥式整流、电容滤波后送入LM317第3脚（输入端），第2脚输出端稳定的直流电压。第1引脚为调整端，调整端与输出端之间的基准电压为1.25V。为了保证稳压器的输出性能，R1阻值应小于240欧姆。为了使输出电压可调，调整端与输出线之间接可变电阻R2，改变R2的阻值即可改变输出电压。输出电压计算公式为 U0=1.25（1+R2/R3）。 C用于滤除由市电引入的高频干扰，选用瓷介电容器。C1（1000uF）组成电容滤波电路，C2，C3用于旁路基准电压的纹波电压，提高稳压电源的纹波抑制性能。在使用中，若负载为5005000PF的容性负载，稳压器的

13、输出端会发生自激现象，电解电容C4正是为此而设，再则可进一步改善输出电压的纹波。VD1、VD2是保护二极管，若输入端发生短路，C4的放电电流会反向流经LM317，有可能被冲击坏，VD1的接入可旁芦反向冲击及电流，使LM317得到保护。同理若输出端短路，C3上的放电电流被VD2短路一到保护作用。图中的R3与发光二极管为工作指示，当电源插上市电插座后，若变压、整流、稳压正常时，发光二极管发光，R3为二极管的限流电阻。 其他各部件参数分析如下：由于输出电压1.25V37V可调，所以输入LM317电压值取40V，即VL=40V因为： VL=（1.11.2）V2所以： V2 = VL/1.2=33.33

14、V故所需变压器输出电压约为：33V所以，二极管的反向击穿电压为： UREM =1.4V2=1.4X33.3V=46.67V电阻器R1与可变电阻器R2满足相应比例： R2/R1=37/1.25-1=28.6 图2-10稳压电源设计总图 第三章 制作与调试 先将图2-10的元件（如表3-1）及电源线配齐，另配红、黑色标志的鳄鱼夹两只及导线两根，做电压输出使用。3.1安装、调试与检测1.用万用表检测所有元器件，并对元器件引脚做好镀锡、成型等准备工作。2.按PCB板图正确安装元器件。安装焊接工艺参考如下要求：1）电阻、二极管均采用水平安装，贴紧印制板。电阻的色环方向应该一致。2）三极管采用直立式安装，

15、底面离印制板5士1 mm.3）电解电容器尽量插到底，元件底面离印制板最高不能大于4 mm.4）微调电位器尽量插到底，不能倾斜，三只脚均需焊接。要求所有插件装美观、均匀、端正、整齐、不能歪斜，要高矮有序。5）电源变压器用螺钉紧固在印制电路板上，螺母均放在导线面，伸长的螺用作支撑（印制电路板的四角也可安上螺钉）。靠印制电路板上的一只紧固螺下垫人接线片，用于固定220 V电源线。变压器次级绕组向内，引出线焊在印板上。变压器初级绕组向外，接电源线。引出线和电源线接头焊接后需用绝缘布包妥，绝不允许露出线头。6）所有插人焊盘孔的元器件引线及导线均采用直脚焊，剪脚留头在焊面以(1+0.5) mm,焊点要求圆

16、滑、光亮、防止虚焊、搭焊和散锡。3. 检查元器件安装正确无误后，将万用表拨至欧姆挡，检测各路焊接是否有虚焊。4. 若检测安装正确，各路焊接都良好，则接通电源进行调试及检测。5. 接通电源后 若正常工作发光二极管亮，调节R2阻值，若输出电压从1.25V到37V之间可调（可能会有误差）且发光二极管亮暗分明，说明制作就合格了。3.2 故障及分析处理3.2.1制作调试过程中出现如下故障1.输出电压不能实现大范围可调；2.接通电源后，滤波电容发烫，过几分钟就爆掉了；3.接通电源后，电阻器R1，也发烫，冒烟。3.2.2故障原因经反复检测和查阅资料发现所制作的电源出现故障可能是因为：1.所购电源变压器并没达

17、到所需工作电压；2.选购的滤波电容额定电压（16V）过小；3.对LM317不熟悉，没能正确认识其1、2、3各引脚。经过对上述故障排查后，检测电源输出电压值为1.25V40V可调。此范围还是不能达到要求的电压，仍存在很大的误差。表 3-1 元件清单元件名型号个数电源变压器输出32V1电容0.33uF21000uF110 uF11 uF1二极管IN40074IN41482发光二极管1电阻器240 2可调变阻器06.8 K1可调稳压器LM3171电路板1电源线1第四章 小结 最终经过制作与调试后我们制作的集成可调稳压电源，虽然可以实现可调直流输出，但可调范围误差很大甚至超过LM317可输出最大电压。

18、而且输出电压不稳定，纹波过大。可调变压电阻不便调节，须用螺丝刀转动，这样很容易导致电阻短路烧坏LM317。 虽然我们完成了老师给的任务要求，但是我们实践的过程是历经坎坷。做出的产品还有许多缺点有待改定，比如电路板集成度不够元器件太分散、滑变电阻可换成带柄式 此次我们所做的设计只是简单的模拟电路，在今后熟悉掌握更多关于的电子的知识还可以将该电路改成数控显示的可调直流稳压电源。第五章 心得体会通过这次可调直流稳压电源对设计与制作，让我们了解了设计电路的程序，也让我们了解了关于交直流转换的原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为在实

19、际接线中有着各种各样的条件制约。但也有些电路在仿真中无法成功，而在实际中因为芯片本身的特性而成功的。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。 通过这次学习，让我们对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，虽然我们都对此不是很懂但大家都非常的认真，从借书、设计开始每个人都非常积极、努力、对此充满了热情，在我们的共同努力下完成了这次课社任务。同时在这次做课设过程中王颖老师给了极大的鼓励和支持。在这里我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和指导老师再次表示忠心的感谢！不过现在回顾起此次模拟电子课程设计，至今我们仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在一个多星期的日子里，可以说是苦多于甜，可是也学到很多很多的东