正负可调电源的设计与制作

正负可调电源的设计与制作姓名：学号专业：指导教师：学院：日期：2014年1月7日摘要可调直流稳压电源是实际实验中经常用到的一种直流电源，它的主要原理分为四个部分，变压，整流，滤波，可调输出。这四个部分是一步衔制一步，缺一不可。经过这四个部门的调节与作用，就会把正弦的220V交流电转化为正负可调的稳压直流电源。这里要用的调压作用的芯片LM317和LM337。这两种芯片能够在整流桥的中间引出，对电压实现正负可调节。AbstractedAdjustableDCregulatedpowersupplyisaDCpowersupplyisoftenusedintherealexperiment,itsmainprincipleisdividedintofourparts,transformer,rectifier,filter,adjustableoutput.Thefourpartisthetitleofonesteponestep,areindispensable.Aftertheregulationandroleofthefoursector,willputthe220VACsinusoidalintopositiveandnegativeadjustableDCpowersupplyvoltageregulator.ToactwithvoltageofthechipLM317andLM337.Thetwochipcanleadinthemiddlebridgerectifier,voltagecanbeadjustedtoachievepositiveandnegative.目录5559摘要 I9525Abstracted II24923第一章设计目的与方案 1172081.1设计目的 161771.2设计方案 112699第二章电路原理与设计 2177892.2直流稳压电源设计思路 2118002.3直流稳压电源原理 2307062.3.1直流稳压电源 2322722.3.2整流电路 3134742.3.3滤波电路——电容滤波电路 467462.3.4稳压电路 524663第三章功能模块与测试分析 6119363.1功能模块原理与芯片说明 646003.1.1直流稳压电源 6124233.1.2整流电路与整流桥 685833.1.3滤波电路与电压的调整 7136203.2测试分析 98210总结 128181附录 132120附录一元器件清单 1323305附录二总体电路图 14第一章设计目的与方案1.1设计目的1.本次设计的题目为“可调试直流稳压电源”。在设计过程中应实现以下几点要求：（1）输入电压为220VAC输出为直流电压（2）电压变化范围：正电压1.25V—17V负电压-17V—-1.25V（3）连续可调2.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。3.学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。4.培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。1.2设计方案根据设计目的的要求，要输入220V的交流电压，输出为直流电压，那么到目前为止，只有通过变压器的方法来实现对交流电压的调节，才能相应输出所需要的直流的，一定数值的电压值。所以现在采用通过变压器对交流电的调节与变动。若实现稳压电源，首先就要就电路进行稳压。在稳压方面可选用变压器来完成。由输入交流电压变为直流则须对电路进行整流。本次设计选用全波桥式整流电路进行整流。然后要对输入的电压进行调节。在调节方面。可选用可调节三端正电压稳压器进行调节（LM317）。通过整流后得电流幅值变化很大，所以需要用电容对电流进行滤波。然后输出即可。电路原理与设计2.2直流稳压电源设计思路1.电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。2.降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。3.脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。4.滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载。2.3直流稳压电源原理2.3.1直流稳压电源直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。如图2-1直流稳压电源方框图。图2-1其中：（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）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（3）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。（4）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。2.3.2整流电路（1）直流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图2-2所示。图2-2（2）工作原理设变压器副边电压u2=√2U2sinωt，U2为有效值。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。如图2-3。图2-3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，即电路中的每只二极管承受的最大反向电压为(U2是变压器副边电压有效值)。2.3.3滤波电路——电容滤波电路采用滤波电路可滤除整流电路输出电压中的交流成分，使电压波形变得平滑。常见的滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波等。经过整流后的直流电幅值变化很大，会影响电万方数据路的工作性能。可利用电容的“通交流，隔直流”的特性，在电路中并人两个并联电容作为电容滤波器，滤去其中的交流成分。电容滤波电路是最常见也是最简单的滤波电路，在整流电路的输出端(即负载电阻两端)并联一个电容即构成电容滤波电路。滤波电容容量较大，因此一般均采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正负极。电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。如果将两个滤波电容相连接，且连接点接地，就可同时得到输出电压平滑的正负电源。在理想情况下，变压器副边无损耗，二极管导通电压为零，所以电容两端电压相等。而当其上升到峰值后开始下降，电容便通过负载电阻放电，其电压也开始下降，趋势与电容两端电压基本相同。在整流电路的输出端，即负载电阻RL两端并联一个电容量较大的电解电容C，则构成了电容滤波电路，如图2-4所示电路，由于滤波电容与负载并联，也称为并联滤波电路。图2-4输出电压的估算显然，电容滤波电路的输出电压与电容的放电时间常数τ=RC有关，R=U/I，设I=0.5A。分析及实验表明，当τ=RC≥0.02S时，滤波电路的输出电压可按下式估算，即UO≈1.25+1.25R变/240。在已知负载电阻RL的情况下，根据式子选择滤波电容C的容量，即C≥0.02S/U/I=0.6*10-3F若容量偏小，输出电压UO将下降，一般均选择大容量的电解电容；电容的耐压应大于u2的峰值，同时要考虑电网电压波动的因素，留有足够的余量。电容滤波电路的负载能力较差，仅适用于负载电流较小的场合。2.3.4稳压电路在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：Uo=1.25V—17V，直流输出电流：（I2是变压器副边电流的有效值），稳压电路可选集成三端稳压器电路。如图2-5所示。图2-5以上的四个模块的电路设计原理与负输出的原理是一样的，在这里不再赘诉。第三章功能模块与测试分析3.1功能模块原理与芯片说明3.1.1直流稳压电源我们这次设计用的变压器是220V转双12V的变压器。这种变压器能够实现双向的变压，可以做连个通路的变压。如图3-1所示。典型电路如图3-2所示。图3-1图3-2通过变压器对交流电220V的变压，能够得到正负12V的电压，这就是变压器的工作原理。它的变压方式是一次绕组线圈与二次绕组线圈匝数比等于电压比，即N1/N2=U1/U2。3.1.2整流电路与整流桥从交流电通过变压器输出出来的电压是一个幅值变小的正弦交流电压，需要经过一个整流桥，把其变为正相的交流电。这时需要用到一个整流桥。整流桥堆一般用在全波整流电路中，它又分为全桥与半桥。全桥是由4只整流二极管按桥式全波整流电路的形式连接并封装为一体构成的，全桥的正向电流有0.5A、1A、1.5A、2A、2.5A、3A、5A、10A、20A、35A、50A等多种规格，耐压值（最高反向电压）有25V、50V、100V、200V、300V、400V、500V、600V、800V、1000V等多种规格。选择整流桥要考虑整流电路和工作电压.优质的厂家有“文斯特电子”的G系列整流桥堆,进口品牌有ST、IR等。整流桥堆一般用在全波整流电路中，它又分为全桥与半桥。如图3-3为整流桥堆的几种封装。直插式贴片式圆形图3-3它的典型电路如图3-4图3-4考虑到整流桥堆的造价比较高，又因为它的内部其实就是四个二极管连接在一起的一个电路设计，所以这次我们设计使用的是四个二极管连接的整流桥。3.1.3滤波电路与电压的调整滤波电路主要是电解电容和瓷片电容的滤波。大电容滤低频，小电容滤高频。在实际应用中也是如此，所以我们用一个大电容和一个小电容的并联一起给从整流桥出来的电压共同滤波。电路如图3-5所示。图3-5通过滤波以后就会用到调节电压输入与输出的芯片，LM317和LM337。着两个芯片都是对电压的调节，LM317是正调节，LM337是负调节。LM317与LM337集成稳压器的特性简介

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1.25~35V或-1.25~-35V。比较典型的产品有LM317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

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0.2V

LM317/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。

封装形式

TO-220

塑料封装，TO-3

铝壳封装，TO-202

塑料封装，TO-39

金属封装如图3-6所示。图3-63.2测试分析通过对以上电路和芯片的了解与掌握，可以动手把它们焊接成实物。焊接成实物以后对各个点的测试与调节如下几个：经过变压器变压之后，由220V的交流电压降压到17V的交流电压，它的波形还是一个三角正弦（余弦）波，如图3-7所示。而实际测得的波形如3-8所示。图3-7图3-8由此可以得出理论得出的波形和实际测得的波形是一致的。由变压器次级电阻输出之后，经过整流桥整流，这时正弦波的电压信号就会变成正相或负相脉动的波形，周期是正弦波的1/2，输出的电压波形如图3-9所示，实际测得的波形如图3-10。图3-9图3-10由此得出，得到理论的波形与实际的波形基本也是一致的。然后由上一步得出的波形，经过电容的滤波，得到如图3-11的波形。而实际测得的波形如图3-12。图3-11图3-12通过以上波形分析，在经过整流桥之后，电压波形有极小的波动的曲线，几乎接近直线，分析得出，应该还是数字示波器的精度不够和1000uf的大电容滤波之后得出的。通过变压，整流，滤波通过LM317或LM337的输入端，经过芯片的内部处理，输出的波形应该如图3-13所示的波形。而实际测得的是基