直流稳压电源电子技术课程设计.doc

电子技术课程设计设计题目： 直流稳压电源 专 业： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 课程设计任务书姓 名学号班级成绩设计题目直流稳压电源主要设计内 容直流稳压电源一般由变压器，整流器，滤波器和稳压器四大部分组成。变压器把市电交流电压变为所需要低压交流电。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成稳定的电压输出。直流稳压电源是电子制作中不可缺少的设备。本次设计整流部分采用桥式整流电路，滤波部分采用电容滤波，稳压电路的设计采用LM317三端集成稳压器组成稳压电路，LM317可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压,电路结构简单，集成度高，制作过程较为简便快捷，经济适用。教师意见 电信工程系目录一 摘要.1二 关键词.1三方案与论证.11.1整流部分.21.2滤波部分.21.3稳压部分.31.4方案一.31.5方案二.31.6方案论证.3四电路设计与计算.3 2.1选择集成三端稳压器.4 2.2选择电源变压器.5 2.3选用整流二极管和滤波电容.6 2.4滤波电容.6五画出完整电路图及说明工作原理.6 3.1完整电路图.6 3.2工作原理.7六方案优缺点及改进意见.7 4.1方案的优点.7 4.2方案的缺点.8 4.3改进意见.8七原件清单.8八参考文献.8九总结及评语.9直流稳压电源摘要 该设计主要利用可调式稳压器LM317 实现直流稳压电源的输出可调性。整个电源主要由变压器、整流电路、滤波电路,以及稳压电路几部分组成。其体积小,稳定性好且性价比较高。主要介绍其具体实现及原理,并分析具体硬件电路的工作原理及具体实现方法。经实验,结果表明其具有灵活的可调性,控制效果良好。该电源可广泛运用于电力电子、仪表、控制等实验场合。关键词 可调式稳压器; 直流稳压电源; 整流电路; 滤波电路Abstract DC regulated power supplys adjustion was controlled by LM317. It was mainly composed of Transformer ,Rectifier circuit ,Filter circuit and Regulator circuit.The size is small,the stability is good ,the Cost-effective is perfect. Its mainly introduced about its concrete realization and principle .And the analysis of the specific working principle of hardware circuits and ways to achieve specific. It is demonstrated that its flexible adjustion and so great effect of controlling. The power can be widely applied to power electronics ,instrumentation ,control and other experimental occasions.Keywords Ajustable voltage regulator ; DC regulated power supply ; Rectifier circuit ; Filter circuit一方案设计与论证方案总的思路如下：直流稳压电源一般由直流电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下。 1.1整流部分 此实验的整流部分主要采用桥式电路，即由四个二极管交叉而成。但使用二极管时应注意以下问题：1) 最大整流电路 If指二极管长期运行允许通过的最大正向平均电流。若使用时超过此值，有可能烧坏二极管。2) 最高反向工作电压Urm指允许施加在二极管两端的最大方向电压通常为击穿电压的一半。3) 反向电流Ir指二极管未击穿时的反向电流值。其值会随温度的升高而急剧增加，其值越小，二极管的单向导电性越好。但是反向电流值会随温度的上升而显著增加。4) 最高工作频率f指保证二极管单向导电时的最高导电频率。当工作频率超过其限度时，二极管的单向导电性能就会变差。 其实桥式整流电路相当于理想二极管，即正偏时导通，电压降为零，相当于理想开关闭合；反偏时截止，电流为零，相当于理想开关断开。整流电路包括单向半波整流电路和桥式整流电路。半波整流电路结构简单，使用元件少，但整流效率低，输出电压脉动大。因此，它只适用于要求不高的场合。为了克服半波整流的缺点，常采用桥式整流电路。 1.2 滤波部分 整流电路将交流电变为脉动直流电，但其中含有大量的交流成分（称为纹波电压）。为了获得平滑的直流电压，应在整流电路的后面加接滤波电路，以滤去交流部分。此电路采用的是电容滤波电路，即在桥式整流电路输出端与负载之间并联一个大电容。原理如下：在整流电路采用电容滤波后使二极管得到的时间缩短，由于电容C充电的瞬时电流较大，形成了浪涌电流，容易损坏二极管，故在选择二极管时，必须留有足够的电流裕量，以免烧坏。1.3 稳压部分 稳压器采用317系列即输出可调电压值1.2V37V，属于三端输出可调集成稳压，两边输入输出中间接地。1.4 方案一采用变压器、二极管、集成运放，电阻、稳压管、三极管等元器件。220V的市电经变压器变压后变成电压值较小的交流，再经桥式整流电路和滤波电路形成直流，稳压部分采用串联型稳压电路。比例运算电路的输入电压为稳定电压，且比例系数可调，所以其输出电压也可以调节;同时，为了扩大输出大电流，集成运放输出端加晶体管，并保持射极输出形式，就构成了具有放大环节的串联型稳电路。1.5 方案二 采用LM317组成稳压电路，LM317可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压,电路结构简单，集成度高，制作过程较为简便快捷，经济适用。1.6 方案论证方案二由LM317三端可调式稳压器组成,所用器件比方案一多,但电路组装简单,不会增添麻烦,在方案二中可直接得到1.2V37V的输出电压.使用时比较方便,综上所述,方案二比方案一合理,因此选择方案二从电路的可靠及性能上分析，一个是分立元件，一个是集成芯片，显然是采用集成芯片的可靠性要高、性能稳定，所以我还是选择方案二。二电路设计与计算整流电路采用桥式整流电路，电路如图1所示。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2所示。图1整流电路图2输出波形图在桥式整流电路中，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)。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：Uo1=(1.11.2)U2，直流输出电流： （I2是变压器副边电流的有效值。）21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系列稳压器输出连续可调的负电压，可调范围为1.2V37V，最大输出电流为1.5A。稳压内部含有过流、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。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lM337系列的引脚功能相同，管脚图和典型电路如图3和图4.图3管脚图 图4典型电路输出电压表达式为: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，此电压加于给定电阻两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器，电阻常取值，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=2k。我们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：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=Ui-Uo：340V能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路。22选择电源变压器 电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1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：其中：是变压器副边的功率，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 效率0.60.70.80.85 因此，当算出了副边功率后，就可以根据上表算出原边功率。由于LM317的输入电压与输出电压差的最小值，输入电压与输出电压差的最大值，故LM317的输入电压范围为： 即 ， 取 变压器副边电流： ，取，因此，变压器副边输出功率： 由于变压器的效率，所以变压器原边输入功率，为留有余地，选用功率为的变压器。23选用整流二极管和滤波电容由于：，。IN4001的反向击穿电压，额定工作电流，故整流二极管选用IN4001。24滤波电容根据 ，和公式可求得： 所以，滤波电容： 电容的耐压要大于，故滤波电容C取容量为，耐压为的电解电容。三画出完整电路图及说明工作原理3.1完整电路图3.2工作原理220V的市电交流电首先经过变压器降压变换为设计中符合整流需要的电压，再经过桥式整流，将交流电压变换为单向脉动电压，此电流再经过滤波电容滤波之后，达到减小整流电压脉动程度的目的，所得到的电流再经过LM317三端集成稳压电路，使最后得到稳定的直流电流，从而实现了将交流电转换为直流稳压电流的目的。四方案优缺点及改进意见4.1方案的优点 结构简单，集成性能良好，经济性好适用范围广，能够实现基本的将交流脉动电流转换为直流稳定电流的目的。LM317是应用最为广泛的电源集成电路之一，它不仅具有固定式三端稳压电路的最简单形式，又具备输出电压可调的特点。此外，还具有调压范围宽、输出电流大、稳压性能好、噪声低、纹波抑制比高等优点。LM317是可调节3端正电压稳压器，在输出电压范围1.2伏到37伏时能够提供1.5安的电流，此稳压器非常易于使用，稳压内部含有过流、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。4.2方案的缺点 适用LM 317三端集成稳压器，只能输出连续可调的正电压 ，因此单独使用LM317集成稳压器无法实现输出可调的负电压，输出电流为1.5A,无法应用到更高电流的电路中。4.3改进意见 在稳压电路部分，可选用317和337系列稳压器做成能够同时输出的稳压电路，从而实现正负电压均连续可调。元件序列型号元件参数值数量备注D1 D2 D3 D4 二极管1N4001，1A6也可用1N4007FUSH熔断丝1A1C1 C2电解电容4700uF/25V2C5电解电容01uF1C9电解电容1uF/25V1C7电解电容10uF/25V1SW开关1R3电阻22k1R4电阻1K1R1电阻2k1R2电位器10K1U三稳压器LM317可调范围1.2V37V1五原件清单六参考文献1 华成英 童诗白 ，模拟电子技术基础， 北京 ，高等教育出版社，20062赵学泉,张国华.电源电路.北京:电子工业出版社,1995.3毕满清.电子技术试验与课程设计(第三版).北京:机械工业出版社,2005.4谢自美.电子线路设计实验测试.武汉:华中理工大学出版社,2006.5 陈大钦 ,电子技术基础实验，北京，华中理工大学电子学教研室,20076 夏路易 石宗义 ,电路原理图与电路板设计教程，北京，北京希望电子出版社，20027林涛.模拟电子技术基础.重庆大学出版社，20038林涛.数字电子技术基础.北京:清华大学出版社,20069冯博琴，吴宁.微型计算机原理与接口技术.北京：清华大学出版社，200710康华光.电子技术基础模拟部分( 第五版) .北京:高等教育出版社,2005.11黄智伟.全国大学生电子设计竞赛技能训练.北京:北京航天航空大学出版社,2007.2总结及评语本次课程设计我收获颇丰，一方面是对所有电子知识的综合与应用有了更深刻的了解，另一方面对一些应用软件诸如EWB电路模拟仿真软件软件有了一定了解和实际应用的机会。本次课程设计虽然很难，但却充满了乐趣与挑战。刚拿到课题的时候就赶紧查阅资料，了解一下课程设计的大概流程。首先想到的就是课本，数电，模电，微机，找到了一些可以利用的芯片。但是书上只是介绍了一下芯片的原理和简单的应用，要想应用到设计当中还是远远不够的。于是我又到网上和图书馆查阅了一些资料，找到了一些设计范例，对于芯片的应用部分也有了进一步了解，才对总体电路有了一个初步的构想。开始清楚要先做什么,怎样一步步的完成设计的各个部分。准备工作做完就开始正式设计与方案选择。因此在方案论证与选择的时候要一步一步来，使我对各部分的电路原理有了一个系统的复习与应用，