简易直流稳压电源设计报告

1、前言随着电子产品的普及, 数字显示可调直流稳压电源的应用也越来越广泛。它能够更好的控制电流的输入， 延长电子产品的寿命。 现在社会发展的趋势越来越智能化， 电路的控制也更加精确。 人们对电子产品的需求也越来越苛刻。 电源的控制非常重要，要做到有效的省电，延长寿命，而且要辐射小，对身体的伤害减少。众所周知， 许多科学实验都离不开电源， 并且在这些实验中经常会对通电时间、电压高低、 电流大小以及动态指标有着特殊的要求， 然而目前实验所用的直流稳压电源大多输出精度和稳定性不高； 在测量上， 传统的电源一般采用指针式或数码管来显示电压或电流， 搭配电位器来调整所要的电压及电流输出值； 使用上若要调整精

2、确的电压输出， 须搭配精确的显示仪表监测， 又因电位器的阻值特性非线性，在调整时，需要花费一定的时间，况且还要心漂移，使用起来非常不方便。 因此， 如果直流稳压电源不仅具有良好的输出质量而且还具有多功能以及一定的智能化， 以精确的微机控制取代许多不精确的人为操作， 在实验开始之前就对一些参数进行预设， 这将会给各个领域中的实验研究带来不同程度的便捷与高效。 因此， 直流稳压电源今后的发展目标之一就是不仅要在性能上做到效率高、噪声低、高次谐波低、既节能又不干扰环境，还要在功能上力求实现数控化、多功能化、智能化、网络化。电源采用数字控制可以采用先进的控制方法和智能控制， 控制灵活， 系统容易升级，

3、 同时控制系统的可靠性也大大提高， 另外系统的维护也更加方便， 一旦出现故障也容易修改，还有就是它的成本低， 系统一致性好， 生产成本大大的下降。它也易组成多模块电源并联运行系统。本次课程设计的题目是设计一个简易直流稳压电源，并要求数字显示、电压连续可调。 在确定了设计题目之后， 我们组首先就在教材中查看所涉及的相关知识，再到图书馆查询资料， 借阅参考文献， 还通过互联网搜集到一些可以使用的资源，拓宽了思路，然后经过小组间的讨论，确立了设计方案。在设计过程中，本小组并没有进行一些特别明确的分工， 而是对每个功能块都进行反复的讨论与筛选，以求最终的整体方案能够协调工作，从而达到设计要求。 TOC

4、 o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark0 o Current Document 前言 1 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 摘要 1 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 设计要求2第一章系统概述.2 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 第二章单元电路设计与分析 4 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 第三章系统综述、总体电路图 T2第四章结束语.13参考文献 ., 14 HYPERLI

5、NK l bookmark43 o Current Document 元件明细表 .鸣谢 .15收获与体会 . . , 15评语 .16摘要本次报告主要论述了基于LM317M、W7912的直流稳压电源的设计原理及实现方法。直流稳压电源由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分构成。本次设计选用了串联稳压电源。稳压电路部分采用了集成三端集成稳压芯片LM317M 以及W7912。通过接滑动变阻器从而实现了电压的可调。我们又采用7805、7905输出正负5V的电源作为数字电压表的工作电源。数字电压表部分采用最常见的数字集成电路ICL7107,它不仅外围简单，而且测量精度高，能够满足设计要求。关键字

6、：串联稳压电源；LM317M、W7912、ICL7107、简易数字电压表设计要求：.输出电压土 12V;.输出电流 400mA;.输出电压数字显示，显示精度优于土0.1%。.输出电压在012V之间连续可调。第一章 系统概述本次系统设计大致分为直流稳压电源设计部分、 数字电压显示部分。 直流稳压电源部分采用了基于 LM317M 、 W7912 的串联稳压电源， 实现输出电压 12V， 再通过电压补偿电路以及电位器实现了 012V 可调。经过参数计算，调节电解电容的大小使电流达到设计要求。数字显示部分，先设计了一个输出 5V 的直流稳定电源作为 ICL7107 的工作电源，通过基于 ICL7107

7、 的显示电路完成显示要求，从而完成设计目标。决定采用串联型稳压电源， 并联稳压电源有效率低、 输出电压调节范围小和稳定度不高这三个缺点。 而串联稳压电源正好可以避免这些缺点， 所以现在广泛使用的一般都是串联稳压电源。 而简易串联稳压电源输出电压受稳压管稳压值得限制无法调节， 必须对简易稳压电源进行改进，增加一级放大电路，专门负责将输出电压的变化量放大后控制调整管的工作。由于整个控制过程是一个负反馈过程，所以这样的稳压电源叫串联负反馈稳压电源。因为要求较低， 较易实现， 所以在选择方案的时候考虑到尽量使电路简单， 在电路设计的时候避免遇到某些不必要的问题。三端集成稳压芯片决定采用 LM317M

8、可调式三端稳压器电源由一个电阻（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度都比上一个三端稳压电源要好，由于本次课设要求为输出电流400mA ，所以选择了最大输出电流为 0.5A 的 LM317M 元件，从而使本次课设目标更易达到。LM317Mt性参数：输出电压可调范围：1.2V37V输出负载电流： 0.5A能够满足要求，故采用 LM317M 可调式三端稳压器电源方案一：用 AT89C2051 实现模数转换利用单片机的软硬件资源实现高精度高速A/D转换，转换精度和转换速度还可以通过软件来改变。不过对软件部分要

9、求较高，比较难实现。方案二：采用基于ADC080转换的显示电路通过ADC0809将模拟电压信号转换成数字信号。ADC0809是采样频率为 8位的、以逐次逼近原理进行模 一数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8个单断模拟输入信号中的一个进行A/D转换。其精度可精确到。本次课程设计要求显示精度优于 %,所以需要四个数码管。需要将ADC0809的输出端经过编码译码、驱动然后接至数码管显示，整个电路过程繁琐，在经过讨论以及与 方案三对比之后，最终将此方案排除。方案三:采用三位半 A/D转换器ICL7107ICL7107是高性能，低功耗的三位半A/D转换器，

10、它含有七段译码器，显示驱动，参考源和时钟系统，它将高性能和低成本结合在一起。由于内部集成了驱动电路，因此外围电路十分简单，可以很容易实现本次设计中的电压数字显示功能。虽然精度相对方案二要差，不过对于本次设计的要求已经足够了，所以数字显示部分采用方案三。第二章单元电路设计与分析2直流稳压电源由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分构成。变压电路整流电路滤波电路稳压电路直流 负载图1直流稳压电源框图.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，变压器的变比由变压器的副边电压确定。2: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整

11、流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流；三相半波、三相桥式全波整流等多种电路。以下主要介绍小功率电源中常用的单相桥式。为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。单相桥式整流电路：图2整流电路在u2的正半周内，二极管 D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻Rl,且方向是一致的。电路的输出波形如图3所示。在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即I II。电路中的每只二极管承受的最大fo12反向电压为2U2（U2

12、是变压器副边电压有效值）。单相桥式整流电路输出电压平均值Uo 、.2U2sin td t 2 o2LJU 20.9U2单相桥式全波整流电路中二极管的平均电流和输出电流: TOC o 1-5 h z U 2I dIo 0.45 - HYPERLINK l bookmark21 o Current Document Rl单相桥式全波整流电路二极管上承受的最高反向电压：U DRM 、 2U 22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。（1）电路的组成：交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。滤波电路就是利用储能元件电容两

13、端的电压（或通过电感中的电流）不能突变的特性，将电容与负载RL并联（或将电感与负载 RL串联），滤掉整流电路输出电压中的交流 成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。这一过程称为滤波。主要有电容滤波电路、电感滤波电路、复式滤波电路、有源滤波电路。根据设计要求，采用了基本的电容 滤波电路。（2）电容滤波电路的特点输出电压U0与时间常数RLC有关RLC愈大 电容器放电愈慢U0（平均值）愈大。一般取RLC （3 5）-2 （T为电源电压的周期）近似估算：UU2流过二极管瞬时电流很大RLC越大 U0越高，负载电流的平均值越大整流管导电时间越短iD的峰值电流越大。一般选管时，取Idf（23）U

14、 （23）1力22 Rl通过以上全波整流电容滤波电路的波形图和分析可以看出：并联电容滤波后，输出电压直流成份（即输出电压平均值）提高了；脉动成份降低了（即输出波形平滑）。电容放电时间常数 RLC愈大，放电愈慢，输出电压愈高，脉动愈小，滤波效果愈 好。输出电压随输出电流（负载电流）增大而下降较快，输出特性较软。滤波电容愈大，滤波效果愈好，但整流二极管的导通时间愈短，其中的电流冲击 也愈大。电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。2: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。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

15、器，LM317M输出连续可调的正电压，7912稳压器输出固定的负电压，最大输出电流10max为1.5A。稳压LM317系列的管脚图4：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。LM7912c市脚图5:使用LM317M注意事项:1 . 317M稳压块的输出电压变化范围是Vo=1.25V37V,故R2/R1的比值范围只能是 028.6。2.317M最小稳定工作电流的值一般为1.5mA，需要，电阻R1常取值120 240又因为R2/R1的最大值为 28.6。所以R2的最大取值为 R223.74KQ。稳压电源的输出电压：Vo=1.25(1+R2/R1)由于三端可调集

16、成稳压器最小输出电压为 1.25V ,而本次课程设计要求从0V起调所以需设计一电压补偿电路使固定一点电位为-1.25V,这样使输出电压为0V。参数计算：选可调式用I压器LM317M,其特性参数 V0=1.237V,I0nax=0.5A,最小输入输出电压 (V1-V0)min=3V,最大输入输出压差(V 1-V0) max=40V,组成的稳压电路如图 由式得 Vo=1.25(1+RPi/Ri),取 Ri=200 Q ,RPi min=360 Q，则 RPi=1.49 k 故取 RPi 为 2k的精密线可 调式电位器。(2)选电源变压器。由式 V0H1.25(1+RPi/Ri)可得输入电压的范围为

17、V 0max+(V 1-V 0)min W V 1W V 0min + ( V1-V 0)max15V W 40V副边电压 V2 Vlmin/1.1=15/1.1v ,取 V2=14V,副变电流 I2 IOmax=0.4A,取 I2=0.5A,则变压器副 边输入功率P2I2V2=7W.则原边输入功率 PiP2/为留有余地，选功率为15W的电源变压器.(3)选整流二极管及滤波电容。整流二极管D选IN4001 ,其参数为 Vrm50W,IfrmV2V2,I F=IOmax的条件。滤波电容 C可由纹波电压 AVop-p和稳压系数 Svo=9V,Vi=12V, AVOP-p=5mA,S v=3 X 1

18、0-3，则由式R= AV。/AIo得稳压器的输入电压的变化量AVi= AVop-pVi/VoSv滤波电容 C=I Ct/AV1=Iomaxt/AV1=336 uF电压C的耐压应大于 V2 00 uF/25V电容相并联。2.电路原理图D1DIODE VIRTUAL_U1LM317LMC4 0.33uFC3 0.33uFLINE VREG VOLTAGECOMMONC510uFD310BQ015D25R3DIODE VIRTUAL50%R1200 Q2k Q Key=AC6+ 1uFCOMMONVOLTAGVREG LINEU3LM7912CTC700I-I nR2：4.7k Q6D1和D2作用是

19、：当输出短路时，C13上的电压D2泄放掉，从而达到反偏保护的目的。此外，当输入短路时，C14等元件上储存的电压会通过D1泄放掉，用于防止内部内部调整管反偏。数字电压表工作电源通过输出为稳定的士 5V直流稳压电源使其成为数字电压表工作电源，采用了三端集成稳压器，。在元器件上选择了 7805、7905输出土 5V来实现，从而使电路简单，输出稳定。电路图如下:U1LM7805CT4LINE VREG VOLTAGE COMMON1T0.33uF2mFC30.33uFVOLTAGVREG LINE7升 .C4b C7*0.1uF = 20uF4 C8牛 0.1uF ZZ 20uFE 5U2LM7905

20、CT7C11选用电解电容 2200UF, C12选用陶瓷电容 0。1UF,C14选用电解电容 100UF, C15选用0。1UF二极管D1选用IN4001C21和C22选用电解电容 10UF.数字电压表确定需要一个三位半的 LED显示，决定通过采用数字集成电路ICL7107设计的一个量程为020V的数字电压表，它不仅外围简单，而且测量精度高，满足设计要求。它包含一个三位半的 A/D转换器，可直接驱动 LED数码管，内部还包含参考电压，时钟 系统，独立模拟开关，逻辑控制，显示驱动，自动调零等功能 。.1ICL7107外围电路图.2参数计算系统时钟由IC的38、39、40脚决定。内部振荡频率为 4

21、8Hz,显示每秒刷新3次。振荡器频率 fosc = 0.45/RC Cosc 50pF Rose 50K Q fosc = 48K Hz (典型所以，38脚的C4取100pF, 39脚的R5取100KQ。积分电路由IC的27、28脚决定。积分时钟频率 Fclock = Fosc / 4典型值)积分周期 Tint = 1000 x (4/Fosc) =1000 x满量程模拟输入电压Vinfs = 200mV (最佳积分电流lint = 4uA积分电压Vint = 2V积分电阻 Rint = Vinfs / lint = 200 mV/ 4uA = 50K Q积分电容 Cint = (Tint)(

22、Iint) / Vint = 83.3ms x 4uA / 2 = 0.166 uF所以，27 脚 C3取 0.22uF , 28 的 R4 取 47KQ。C2用于防止系统噪音的影响以及过载输入时电路的恢复，29脚的C2取0.47uF。参考电容 0.1uF Cref 1uFC1 为参考电容， Uf 。电阻 R2 用于调整参考电压，参考电源为 0200mV 可调。 R3 用于电压校准。参考电压与输入电压的关系为：Vin = 2X Vref如果要求电压表的量程0199.9mV ，参考电压应设置为 100mV 。如果需要需要测量的电压大于200mV ，就要通过分压电路来实现。由于电源的指标是012V

23、 ，所以要求电压表的量程为 020V 。下面以 20V 来进行分压电阻(Rx) 的计算， 这里设定 R4 形成的参考电压为 100mV ，R2为1KQ,落在 R2上的电压降为 2X100mV = 0.2V , Rx计算如下：Rx = U/I =(20-0.2 ) / (0.2/1 ) = 99(KQ)为了方便电阻选择，选用100 K Q电阻，其误差可通过调整R2来弥补。制作时，显示用的数码管为共阳型，2 KQ可调电阻最好选用多圈可调精密电阻，分压电阻选用误差较小的金属膜电阻，其他器件选用正品即可。R1选用100K 的金属膜电阻，R2选用2K 的多圈可调精密电阻，R3选用24K的金属膜电阻，R4

24、选用1K 的多圈可调精密电阻，R5选用47K 的金属膜电阻，R6选用100K 的金属膜电阻。C1 选用 0.22uF 的 CCB 电容， C2 选用 0.47uF 的 CCB 电容， C3 选用 0.1uF 的陶瓷电容。 C4 选用 100 pF 的 CCB 电容。第三章系统综述、总体电路图系统综述：本系统大致可分为直流稳压电源部分、电压表工作电源部分、数字电压表部分。总体电路图：D1DIODE_VIRTUALU1LM317LMC4 0.33uFC3 0.33uFLINE VREG VOLTAGE COMMOND2diode V|RtualC510uFD310BQ015VREG LINEU3L

25、M7912CTR1 . C6200 Q 3 1uF5R32k 2k Q W- Key=A50%7 C7 T C8100nF 20uFR24.7k Q6U1LM7805CTLM7905CT、K K卜 K1印印3口H1肌血J或曰n&si田J切GD3EI 口EIB.DPaKDP旧.第四章 结束语本次课程设计基本上完成了设计目标与要求，但由于对部分元件管脚的功能还不是彻底了解，依然存在一些瑕疵，有待于进一步改善，主要问题主要有：1.直流稳压电源部分基本满足要求，但是在数字上显示部分电路还是显得比较复杂，并且看起来不是非常的简单易懂，应该有其他的方式使显示部分更加简单。2总体上看，本系统所涉及的芯片种类比较多，在实际应用中，如果出现故障，在检查以及维修过程就显得困难。参考文献1林涛数字电子技术基础北京:清华大学出版社 2