可调直流稳压电源的设计.doc

物理与电子信息学院学年论文可调直流稳压电源设计报告任微明（学号：20101106133）（物理与电子信息学院 10级科技班,内蒙古 呼和浩特 010022）指导教师:高焕生摘要：主要采用变压器、整流、滤波、稳压的流程思路将输入220V交流电转换成电压312V的直流电源。其中，稳压电路采用三端固定稳压器LM317达到稳压效果，因此系统可根据实际需要对其设计进行适当的修改。本系统设计方便简单、易学易改、成本低廉、功能实用。 关键字：变压器；整流；滤波；稳压1 设计内容及要求 1.1 设计目的1、学习小功率直流稳压电源的设计与调试方法。2、掌握小功率直流稳压电源有关参数的测试方法。3、通过集成直流稳压电源的设计、安装和调试，要求学会： (1)选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源； (2)掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。(3)通过电路的设计可以加深对该课程知识的理解以及对知识的综合运用。1.2 设计内容设计一波形直流稳压电源，满足：当输入电压在220V10%时，输出直流电压为312V。1.3 设计要求(1)电源变压器做理论设计；(2)合理选择集成稳压器；(3)完成全电路理论设计、计算机辅助分析与仿真、安装调试、绘制电路图，PCB板；(4)撰写设计报告、调试总结报告。2 设计方法与步骤2.1 设计方法单元电路设计、PCB板设计、电路的组装与调试。2.2 设计步骤（1）功能和性能指标分析：对题目的各项要求进行分析，整理出系统和具体电路设计所需的更具体、更详细的功能要求和技术性指标数据，以求得设计的原始依据。（2）画出总体电路图，要求按相关规定，布局合理，图面清晰，便于对图的理解和阅读，为组装、调试和维修时做好准备。（3）按总电路图安装电路，调试并改进。3 电路的设计图3 整体电路图3.1 电源变压器 过整流电路将交流变为脉动的直流电压。由于此脉动的直流压含有较的纹波，必须通过滤波电路加以滤波，从而得到平滑的直流电压。电源变压器的作用是将交流220V的电压变为所需的电压值，然后通过的电压还随电网电压波动、负载何温度的变化而变化。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、负载何温度变化时，维持输出直流电压稳定。3.2 整流电路 利用二极管的单向导电性，将交流电压变成单向脉动电压的电路，称为整流电路。交流电分为三相交流电和单相交流电，在小功率电路中一般采用单相半波、桥式整流电路。 简化分析，假定二极管是理想器件，即当二极管承受正向电压时，将其作为短路处理；当承受反向电压时，将其作为开路处理。（1）输出电流电压U0 由桥式整流电路的可知，其输出电压及流过二极管的电流与全波整流的波形相同： U0=0.9U2 （2）整流二极管的选择 由桥式整流电路的可知，每只二极管截止时所承受的反向电压为变压器副边电压峰值，因此，各二极管所承受的最大反向电压为 URM=U23.3 滤波电路 经过整流后，输出电压在正负方向上没有变化，但输出电压波形仍然保持正弦波的形状，起伏很大。为了能够得到平滑的直流电压波形，需要有滤波的措施。在直流电源上多是利用电抗元件对交流信号的电抗性质，将电容器或电感器与负载电阻恰当连接而构成滤波电路。3.3输出直流电压在有滤波电容的整流电路中，要对其输出直流电压进行准确的计算是很困难的，工程上一般按下列经验公式进行估算。当电容的容量足够大，满足RLC（35）T/2（T为电网电压的周期）时，对于半波整流电容滤波： U0 U2 （3）滤波电容的选择 为了得到比较好的滤波效果，在实际工作中常根据下式选择滤波电容的容量。 对于半波整流： RLC（35）T（4）整流二极管的选择 对于半波整流滤波电路：ID=I0 ，URM=1.4U2 对于桥式整流电容滤波电路：ID=I0/2 ，桥式整流URM=U2。3.4 稳压电路常见的有固定式和可调式两类集成三端稳压器，内部多以串联型稳压电源为主，还有适当的过流、过热等保护电路。故本次设计采用LM317稳压器。3.5 仿真电路3.5.1 仿真电路电路图 在仿真软件中连接电路，检查并进行仿真。并进行调整使其输出3-12V。3.5.1仿真电路图3.5.2仿真电路最大输出电压 3.5.2最大输出电压3.5.3仿真电路最小输出电压 3.5.3最小输出电压3.6 PCB板制作3.6.1 protel下制作PCB板 3.6.1 PCB板3.6.2对PCB板进行铺铜3.6.2PCB板铺铜3.6.3PCB板3D图3.6.3 PCB板3D仿真4制作与检测4.1安装与检查对电路进行组装：按照自己设计的电路，在面包版上组装。组装完毕后，应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接的现象。对安装完成的电路板的参数及工作状态进行测量，以便提供调整电路的依据。经过反复的调整和测量，使电路的性能达到要求。4.1.1 最后结果没有出来的原因主要有以下情况：(1) 操作不当（如布线错误等）(2) 设计不当（如电路出现险象等）(3) 元器件使用不当或功能不正常(4) 仪器（主要指数字电路实验箱）和集成元件本身出现故障。4.1.2 检查故障的方法主要有以下一些：（1）查线法：由于在实验中大部分故障都是由于布线错误引起的，因此，在故障发生时，复查电路连线为排除故障的有效方法。应着重注意：有无漏线、错线，导线与插孔接触是否可靠。(2) 观察法：用万用表直接测量各集成块的Vcc端是否加上电源电压；输入信号，时钟脉冲等是否加到实验电路上，观察输出端有无反应。重复测试观察故障现象，然后对某一故障状态，用万用表测试各输入/输出端的直流电平，从而判断出是否是插座板、连接线等原因造成的故障。(3) 信号注入法在电路的每一级输入端加上特定信号，观察该级输出响应，从而确定该级是否有故障，必要时可以切断周围连线，避免相互影响。(4) 替换法对于多输入端器件，如有多余端则可调换另一输入端试用。必要时可更换电路板，以检查器件功能不正常所引起的故障。4.2 稳压电源各项性能指标的测试4.2.1电路的调试与检测(1) 静态调试 当连好电路板的线路时，先不要急着通电，而因该从以下几个方面进行检测：A、对照原理图，用万用表一一检查线路的各个接口是否接通，是否有短路、断路或漏接的现象，如果有，因该及时改好电路连线。B、对照原理图，检查各元件是否接正确。(2) 动态调试接通220V的电源，用数字万用表对所设计的电路实物进行测试,看电压是否在正常的范围内变化5 结论和心得 本设计主要利用电源变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器固定式来设计同时输出3-12V电压直流稳压电源。其结构简单，使用元器件较少；系统的可靠性好，其精度高，成本低，且可作为一个独立的模块为其他电子设备提供电能。 在设计的过程，遇到了不少的问题，但是我们努力克服，并且通过讨论来解决问题。试验过程中，我们多次失败，又重新连接电路，虽然不太麻烦，可也下了好大的功夫。在这中间，我们要对导线进行测量，检查是否导通，各个电路功能的测试，进行组装，整体电路调试，最终取得成功。在此过程中，增强了我们的动手能力，让我们对课本知识进行了一次温故，加强了对课本的掌握。 通过这次设计，了解了书本上没有的知识，更加巩固了所学的知识，也增强了自己灵活运用所学知识到实践中的能力。这次的课程设计