课设直流稳压电源

1、华北科技学院课程设计直流稳压电源设计稳压电源设计报告目录1、 绪论·······································22、 多路直流稳压电源的设计···

2、·················3 2.1概述及设计任务要求······················3 2.2总体设计思路和总体电路图······

3、;··········3 2.3单元电路设计与原理说明··················5 2.3.1电源变压器·················&

4、#183;········5 2.3.2整流电路····························5 2.3.3滤波电路·········

5、83;··················6 2.3.4稳压电路····························8 2.4电路元器件

6、的选择以及各参数的计算·······12 2.5 仿真测试结果和计算分析················15 2.6电路PCB图····················&

7、#183;·······18 2.6.1注意事项···························18 三、元件清单···········

8、3;····················19 四、总结体会····························&

9、#183;···20 五、参考文献································21绪论人类的经济活动已经进入工业经济时代，并正在转入高新技术产业迅猛发展的时期，电源是位于市电与负载之间，向负载提供优质电能的供电设备，是工业的基础，

10、而稳压电源技术是一种应用功率半导体器件，综合电力变换技术、现代电子技术、等多学科技术。随着科学技术的发展，目前稳压电源技术已逐步发展成为一门多学科互相渗透的综合性技术学科；它为现代通讯、电子仪器、计算机、工业自动化、电力工程、国防及某些高新技术提供高质量、高功率、高可靠性起着关键的作用。 小功率稳压电源的组成主要是由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成。电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压波动（一般有±

11、10%左右的波动）、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。 将串联稳压电源和保护电路集成在一起的集成稳压器。现在的集成稳压器只有三个端口：输入端、输出端和公共端，称为三端 集成稳压器。本次设计的±12V稳压电源是采用三端集成电路为主要稳压器件，他具有结构简单、体积小重量轻、电源输出不间断、功率高、造价低、电源能工作在特殊的环境中、高稳定度（节约电能、降低材料消耗以及提高生产效率）之优点，随着电子设备的越来越普及，将越来越广泛。并为现代生产和生活带来深远的影响。多路直流稳压电源的设计2

12、.1概述设计任务及要求直流稳压电源是电子系统中不可缺少的设备之一，也是模拟电路理论知识的基础内容之一。完成一个直流稳压电源的设计，并进行安装调试，即可以达到对模拟电路只是的较全面的运用，也能掌握模拟电路的实际安装调试技术，具有很好的实用价值。完成一个直流稳压电源的理论设计，并进行模拟仿真测试，符合技术指标要求后再安装调试，其技术指标要求为：需要4路直流输出电源：电压调整率：S0.2%（输入电压220V,变化±10%，满载）；负载调整率1%（输入电压220V,空载到满载）；纹波抑制比35dB（输入电压220V,满载）。2.2总体设计思路和总体电路图一般直流稳压电源都使用AC220V市电

13、作为电源，经过变压、整流、滤波后输送给稳压电路进行稳压，最终成为稳定的直流电源。这个过程中的变压、整流、滤波等电路可以看作直流稳压电源的基础电路，没有这些电路对市电的前期处理，稳压电路将无法正常工作。所以本次设计的小功率稳压电源由变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路五个部分组成，如图1所示。+ 电 源 + 整 流 + 滤 波 + 稳 压 + u1 u2 u3 uI U0_ - 变压器 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 （a）稳压电路组成方框图 u1 u2 u3 uL U0 图1 稳压电源的组成框图及电压波形图 组成部件的功能1. 接入电网220V交流电。2. 变压电路：是降压变压器，它将电

14、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。3. 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。4. 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。5. 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。电路图2.3单元电路设计与原理说明2.3.1 变压电路通常直流稳压电源使用电源变压器来改变输入到后级电路的电压。电源变压器由初级绕组、次级绕组和铁芯组成。初级绕组用来输入电源交流电压，次级绕组输出所需要的交流电压。通俗的说，电源变压器是一种电磁

15、电转换器件。即初级的交流电转化成铁芯的闭合交变磁场，磁场的磁力线切割次级线圈产生交变电动势。次级接上负载时，电路闭合，次级电路有交变电流通过。变压器的电路图符号见图1 Tr图1 变压器的电路图符号2.3.2 整流电路整流电路的主要作用是由整流电路、直流中间电路和逆变电路三部分以及有关的辅助电路组成。在电流型变频器中整流电路的作用相当于一个直流电流源，而在电压型变频器中整流电路的作用则相当于一个直流电压源。经过变压器变压后的仍然是交流电，需要转换为直流电才能提供给后级电路，这个转换电路就是整流电路。在直流稳压电源中利用二极管的单项导电特性，将方向变化的交流电整流为直流电。整流电路的种类如下：1.

16、 半波整流电路半波整流电路只利用电源的正半周，电源的利用效率非常低，所以半波整流电路仅在高电压、小电流等少数情况下使用，一般电源电路中很少使用。2. 全波整流电路全波整流电路每个整流二极管上流过的电流只是负载电流的一半，比半波整流小一倍。由于全波整流电路需要特制的变压器，制作起来比较麻烦，所以在实际运用中很少使用。 整流电路使用普通的变压器，每个整流二极管上流过的电流是负载电流的一半，与全波整流相同。桥式整流比全波整流多用了两个整流二极管，由于四个整流二极管连接成电桥形式，所以称这种整流电路为桥式整流电路。图2 整流电路及波形图为了克服半波整流和全波整流的缺点，在本设计中整流电路采用最常用的桥

17、式整流电路。2.3.3 滤波电路滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器C对直流开路，对交流阴抗小，所以C应该并联在负载两端。电感L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。经过渺小滤波电路后，既可保留直流分量，又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。滤波电路的种类如下：1. 电容滤波电路电容滤波电路是利用电容的充放电原理达到滤波的作用。在脉动直流波形的上升段，电容充电，由于充电时间常数很小，所以充电速度很快；在脉动直流波形的下降段，电容放电，由于放电时间常数很大，所以放电速度很慢。在电容还没有完全放电时再次开始进行

18、充电。这样通过电容的反复充放电实现了滤波作用。桥式整流电路电容滤波电路电压、电流波形见图3 当时： 当为有限值时： 通常取 RC越大越大 为获得良好滤波效果 （ T为输入交流电压的周期）图 3 桥式整流电路电容滤波电路电压、电流波形图2. 电感滤波电路电感滤波电路是利用储能元件电感器L的电磁感应使电流不能突变的性质，把电感L与整流电路的负载串联，也可以起到滤波的作用。3. 复式滤波电路当单独使用电容或电感进行滤波，效果仍不理想时，可采用复式滤波电路。复式滤波电路常用的有三种类型，它们的电路组成原则是，把对交流阻抗大的元件（如电感、电阻）与负载串联，以降落较大的纹波电压，而把对交流阻抗小的元件（

19、如 电容）与负载并联，以旁路较大的纹波电流。其滤波原理与电容、电感波类似。本设计为直流稳压电源，综上所述，采用结构简单、价格低廉的电容滤波电路。2.3.4 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

20、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。本课程设计中采用三端可调稳压器LM317。1、LM317集成稳压器的特性简介LM317可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压. 不过它只能连续可调的正电压,稳压器内部含有过流,过热保护电路;由一个电阻(R)和一个可变电位器(RP)组成电压输出调节电路,输出电压为:Vo=1.25(1+RP/R).由此可见此稳压器的性能和稳压稳定都比较好,所以此此方案可选,此电源就选用了LM317三端稳压电源.三端可调稳压器的输出电压可调，稳压精度高，输出波纹小。其一般的输出电压为1.2535V或-1.25-35V。比较典型的产品有LM

21、317和LM337等。其中LM317的输出电压范围是 1.2V 至 37V，LM337 的输出电压范围是 -1.2V 至 -37V，负载电流最大为 1.5A。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/LM337 内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。特性简介：  可调整输出电压低到 1.2V。保证 1.5A 输出电流。典型线性调整率 0.01%。典型负载调整率 

22、;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。标准三端晶体管封装。电压范围： 输入输出最小压差降为0.2VLM317/LM337 1.25V 至 37V 连续可调。LM317与LM337集成稳压器的特性满足设计要求的输出电压Vo：±1.25 - ±12V连续可调。  图8是三端可调输出集成稳压器的一般应用电路。电路中的R1、R2组成可调输出的电阻网络。为了能使电路中的偏置电流和调整管的漏电流被吸收，所以设定R1为120240欧姆。通过R1泻放的电流为510

23、mA。输入电容器C1用于抑制纹波电压，输出电容器C2用于消震，缓冲冲击性负载，保证电路工作稳定。由于加外接保护电路C2的存在，容易发生电容器发电而损坏稳压器。若有外接保护二极管D2，电容器C2放电时，D1导通钳位，使稳压器得到保护。D1是为了防止调节端旁路电容器C3放电时而损坏稳压器的保护二极管。旁路电容器C3也是为了抑制波纹电压而设置的。当C3为10uF时，能提高纹波抑制比15dB。图8 LM317应用电路图 1，2脚之间为1.25V电压基准。为保证稳压器的输出性能，R1应小于240欧姆。改变R2阻值即可调整稳压电压值。D1，D2用于保护LM317/337。 这类稳压器是依靠外接电阻来调节输

24、出电压的,为保证输出电压的精度和稳定性，要选择精度高的电阻,同时电阻要紧靠稳压器，防止输出电流在连线上产生误差电压。三端可调式稳压器的典型应用电路的输出电压为: LM317的VREF=1.2V，Iadj=50mA，由于Iadj<<I1，所以 表格 1 LM78系列稳压管参数表2、 稳压电源的技术指标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。3、 串联型稳压电路的主要特点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，

25、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 。其计算公式为：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。即为： 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

26、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 。2.4电路元器件的选择以及各参数的计算1、确定副边电压U2：电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。实际上，理想变压器满足I1/I2=U2/U1=N2/N

27、1=1/n，因此有P1=P2=U1I1=U2I2。变压器副边与原边的功率比为P2/ P1=，式中是变压器的效率。根据输出电压的范围，可以令变压器副边电压为22V，即变压系数为0.1。2、选择整流电路中的二极管因为变压器的副边电压 U2=22V，所以，桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：U2=31.1V考虑到电网电压的波动范围为±10%，在实际选用二极管时，至少有10%的余量，选择最大整流电流和最高反向工作电压分别为 桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为： 查手册选整流二极管IN4001,其参数为：反向击穿电，而且最大整流电流，故选择二极管IN4001作为整流二极管。3、集

28、成三端稳压器可调输出的集成稳压器是在固定输出集成稳压器的基础上发展起来的，这种集成稳压器，在集成芯片的内部，输入电流几乎全部流到输出端，流到公共端的电流非常小，因此可以用少量的外部元件方便的组成精密可调的稳压电路，应用更为灵活。正电源系列的基准电压为1.25V，可在1.25V37V之间连续可调。其内部设有过流、过电压保护和调整管安全工作区保护电路，使用安全可靠，性能比LM7800系列性能更加，而且它的输出电压输出电流均符合要求，所以此次的可调集成稳压器选择LM317 。4、电阻的选择输出电压计算公式： 。要求一端输出为5V，另一端为可调912V，所以设计中加入一个固定电阻以保证可调端最小可输出

29、9V电压取电阻器： ，由 ，若使输出电压分别为min=9V ,max=12V ,则有： 1.25*（R2+R3）/R1=9 , 1.25*（R2+R3）/R1=12 ,则经过计算，R3=240，加入的固定电阻阻值为,使得R3取最小值时有最小输出值。5、滤波电路中滤波电容的选择滤波电容一般选几十至几千微法的电解电容， 由于 ，故选1000uF/25V的电解电容。2.5、用Multisim软件仿真1 实验原理图仿真(根据设计要求，实验原理图如下)在该电路原理图中，220V/50Hz的交流电依次通过变压系数为0.1的电源变压电路，电压变为22V；之后经过整流电路，使交流电变为直流电；紧接着经过来滤波

30、电路，使之交流部分被滤去；最后经过稳压电路，达到输出稳定的直流电。其中一端为直流连续可调输出端，通过调节滑动变阻器R3可实现Uo(min)=9V，Uo(max)=12V的输出。另一端利用元件LM78M5CT的功能使输出的稳定直流电压Uo=5V。图10 实验原理图2.6仿真结果运行Multisim，实验结果如下所示：整流波形：滤波波形;稳压波形：测量探针：图11 仿真结果图输出电压12V和5.3V.输出8V、4V、3.5和1.7V电压：2.6、PCB制图制版过程：在本次课程设计中我使用的是Altium Designer软件制成的。首先，打开该软件之后，在新的工作台建立一个PCB project工程；然后，在该工程下建立原理图和PCB，同时选择保存该工程的存盘；接着，在原理编辑区域下编辑课程设计实验原理图，在编辑原理图时必须找到每个元件的封装，还有注意元件各个引脚的对应，否则在生成PCB时将出现错误；紧接着，检查原理图是否有错误，有则改正，原理图编辑完成后点击自动生成PCB版图；再接着，在PCB版编辑区域下将元件尽量按照原理图的位置摆放，并尽量使元件与元件之间的连线不