直流稳压电源课程设计

1、吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计目 录摘要 abstract 目录 1第1章 绪论21.1 设计概述及原理框图21.2 设计方案的选择和确定31.3 设计主要性能指标及要求4第2 章 单元电路原理52.1 电源变压器 52.2 整流电路 62.3 滤波电路 82.4 稳压电路10第3章 参数计算及元器件的选择123.1 集成稳压器的选择123.2 整流二极管及滤波电容的选择133.3 变压器的选择14第 4 章 直流稳压电源的安装和调试154.1 安装整流滤波电路154.2 安装稳压电路部分154.3 总装及指标测试15总结 17致谢 18参考文献 19附录（） 20附录（） 21第

2、1章 绪论1.1 设计概述及原理框图电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。电源可分为交流电源和直流电源，它是任何电子设备都不可缺少的组成部分。交流电源一般为220v、50hz电源，但许多家用

3、电器设备的内部电路都要采用直流电源作为供电能源，如收音机、电视机、带微处理器控制的家电设备等都离不开这种电源。直流电源又分为两类：一类是能直接供给直流电流或电压的，如电池、蓄电池、太阳能电池、硅光电池、生物电池等；另一类是将交流电变换成所需的稳定的直流电流或电压的，这类变换电路统称为直流稳压电源。现在所使用的大多数电子设备中，几乎都必须用到直流稳压电源来使其正常工作，而最常用的是能将交流电网电压转换为稳定直流电压的直流电源。可见直流稳压电源在电子设备中起着主要作用，为设备能够稳定工作提供保证。220v、50hz的单向交流电源经电源变压器降压后，再经过整流滤波可获得低电压小功率直流电源。由于电网

4、电压可以有10%变化，对此必须将整流滤波后的直流电压由稳压电路稳定后再提供给负载，使负载上直流电源电压受上述因素的影响程度达到最小。直流电源电压系统一般由四部分组成，它们分别是电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路。首先，交流电网220v的电压通过电源变压器将变为我们需要的电压值，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波，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还是会随电网电压波动、负载和温度等的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还须接稳压电路，以保证输出的直流电压稳定。此次课程设计，要求输出5 、12v以及9v的电压，全部

5、过程都将由我们自行完成，这就需要我们不仅熟悉了解课本上的知识，还要学会将理论知识应用到我们的实践中，并学会利用书籍资料来帮助自己。因此，动手参与设计直流稳压电源能巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能，为以后的专业学习打下坚实的基础。通过此次课程设计，培养学生综合运用所学知识分析和解决工程实际问题的能力，培养学生正确的设计思想，理论联系实际的工作作风，严肃认真、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。图1.1 直流稳压电源方框图（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）整流滤波电路：整流电

6、路将交流电压ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压u1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。（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，各滤波电容c满足，或中t为输入交流信号周期，rl为整流滤波电路的等效负载电阻。（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。常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。常用可调式正压集成稳压器有lm317系列，它们的输出电压从1.25v37伏可调，最简的电路外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内

7、有过渡、过热和安全工作区保护，最大输出电流为1.5a。其典型电路如下图，其中电阻r1与电位器r2组成输出电压调节器，输出电压uo的表达式为：uo1.25（1r2/r1）式中r1一般取120240欧姆，输出端与调整端的压差为稳压器的基准电压（典型值为1.25v）。1.2 设计方案选择和确定小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，其中最重要的就时选好稳压器，方案如下：方案一：采用lm317可调式三端稳压器以及78、79系列稳压电源lm317可以输出的正相电压且稳压器内部含有过流，过热保护电路，而7805可以输出稳定的+5v电压、7812和7912可以分别输出+12和-

8、12v的电压，将三路电路并联连接即可。相较方案一而言，此电路在制作上难度有所下降而且原理结构简单，所以该电源电路应采用lm317以及78、79系列集成稳压器。它分为三档输出，可以输出12v、1.25v、15v的电压。方案二：采用lm317及lm337分别组成独立的可调电压源lm317可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压，不过它只能允许可调的正电压，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，它的输入电压vi= 15v，输出电路为一定值，输出电压为：vo=1.25(1+rp/r)。lm337输出为负的可调电压，采用两个独立的变压器分别和lm3

9、17及lm337组装，正输出可调集成稳压器的输出电压范围为1.237v，输出电流可调范围为0.11.5a。，它可以连续输出1.25v12v的电压。这种方法的连线组成比较简单，它适用于输出连续可调的电压，但调节的时候不容易控制输出电压。因此，对方案一是一个相对综合的电路。它分为三档输出，可以输出12v、1.25v、15v的电压。方案二，适用于输出连续可调的电压，但是调节不容易控制；从手工操作及可行性上考虑，我们选择方案一比较合理。1.3 设计主要性能指标及要求1输出电压vo及最大输出电流：i档对称输出，； 挡，； 2.纹波电压：； 3.稳压系数：； 要求：1. 在选择器件时，应考虑成本。2. 电

10、源变压器只做理论设计。3. 合理选择集成稳压器及扩流三极管。第2章 单元电路原理2.1 电源变压器电源变压器将来自电网的220v交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，由于变压器存在着铁损与铜损，所以它的输出功率永远小于输入功率。电源变压器的效率为： （2.1）表2-1 小型变压器的效率其中：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2-1所示：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

11、据上表算出原边功率。对于本设计： 输出电压uo为根据本实验应用的变压器的各个参数，已知输入电压ui=220v，可以求出副边功率p2。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cw317的输入电压范围为： 即 即 取 因为变压器副边电流： ，所以取因此，由p1推到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，保证电路安全运行，应选用功率为的变压器。综上所述，实验应采用型号为12v/20w的电源变压器。实际电路中我们选择一个中间带抽头的多路输出稳压器，其输出电压分别是（交流）12v、5v、20v。分别对应78系列，79系列和317稳压器。2

12、.2 整流电路整流电路将交流电压ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压u1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。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。在直流稳压电路中利用二极管的单向导电性，将方向变化的交流电镇流为直流电。整流电路的种类如下：（1） 半波整流电路半波整流电路中只利用电源半周，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。单相半波整流简单，使用器件少，它只对交流电的一半波形整流，只要横轴上面的半波或者只要下面的半波。但由于只利用

13、了交流电的一半波形，所以整流效率不高，而且整流电压的脉动较大，无滤波电路时，整流电压的直流分量较小，vo=0.45vi，变压器的利用率低。图2-1 半波整流电路 （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仅是负载电流的一半，比半波整流电路小一倍，由于全波整流电路需要特质的变压器，制作起来比较麻烦，所以在实际应用中很少使用。图2-2 全波整流电路（3） 桥式整流电路桥式整流电路使用普通的变压器，每个整流二极管上流过的负载电流的一半，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。桥式整流电路的工作原理如下

14、：v2为正半周时，对ut1、ut3加正向电压，ut1、ut3导通；对ut2、ut4加反向电压，ut2、ut4截止。电路成u2、utl、r、vt3通电回路，在r上形成上正下负的半波整流电压，u2为负半周时，对ut2、ut4加正向电压，ut2、ut4导通。对ut1、ut3加反向电压，ut1、ut3截止。电路中构成u2、ut2、r 、ut4通电回路，同样在r上形成上正下负的另外半波的整流电压。如此重复下去，结果在r上便得到全波整流电压。图2-3 桥式整流电路2.3 滤波电路以将整流电路输出电压中的交流成分大部分滤除。滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压u1。常用的整流滤波电路有全波整流

15、滤波、桥式整流滤波等。 图2-4 桥式整流滤波电路图2-5 桥式整流滤波电路曲线经过整流后得到的脉冲直流纹波还是很大的，所以要经过滤波电路的滤波，滤波电路通常有电容滤波，电感滤波，rc型滤波等。滤波电路的特性参数：滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压u3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压ui、ui与交流电压u2的有效值u2的关系为：在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压urm为： 流过每只二极管的平均电流id为：其中,r为整流滤波电路的负载电阻，它为电容c提供放电通路，放电时间常数rc应满足：其中，t = 20ms是50hz交流电压的周期。滤波电容的计算：由于 in

16、4001的反向击穿电压，额定工作电流，故流二极管选用in4001。根据 以及公式可求得： 所以，滤波电容： 电容的耐压要大于 综上所述，滤波电容c取容量为，耐压为的电解电容即适用。2.4 稳压电路稳压管稳压电路其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。在本次课程设计中我准备采用串联型稳压电路，集成稳压器选用lm317，电源变压器选用双15v/25w。由于输入电压ui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

17、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。（1）固定式电压输出稳压器图2-6 固定式集成稳压器常见的有cw78（lm78）系列三端固定式正电压输出集成稳压器；cw79（lm79）系列三端固定式负电压输出集成稳压器，如图2-6所示。三端是指稳压电路只有输入、输出和接地三个接地端子。型号中最后

18、两位数字表示输出电压的稳定值，有5v、6v、9v、15v、18v和24v。稳压器使用时，要求输入电压ui与输出电压uo的电压差ui - uo 2v。稳压器的静态电流io = 8ma。当uo = 5 18v时，ui的最大值uimax= 35v；当uo=18 24v时，ui的最大值uimax = 40v。（2） 可调式三端集成稳压器 可调式三端集成稳压器是指输出电压可以连续调节的稳压器，有输出正电压的cw317（lm317）系列三端稳压器，有输出负电压的cw337（lm337）系列三端稳压器，如图2-7所示。在可调式三端集成稳压器中，稳压器的三个端是指输入端、输出端和调节端。稳压器输出电压的可调范

19、围为uo=1.2 37v，最大输出电流iomax =1.5a。输入电压与输出电压差的允许范围为：ui -uo = 3 40v。 综合考虑，本设计采用lw317集成稳压器。lw317集成稳压器是可调式三端稳压器,能输出连续可调的直流电压。图2-7 可调式三端集成稳压器第3章 参数计算及元器件选择3.1 集成稳压器的选择lm317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路，如图3-1所示。调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压高得多的纹波抑制比。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%，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，标准三极

20、管封装。lm317其特性参数：可调范围为1.25v-37v图3-1 lm317电路图最大输出点流为1.5a输入与输出工作压差为：3v-40v。输出表达式为：其中，是集成稳压器件的输出电压，为1.25v。如图所示，改变r2的值，uo的值即可改变。当r2短路时，uo最小，为即1.25v；当r2大于零时，uo都大于，最大可达37v,如右图所示。所以选稳压器：lm317、lm337确定r1、r2的阻值。以lm317为例说明。电路图如下图3-2所示：图3-2 lm317电路图输出电压计算公式 带入数据可得 （1） （2）有（1）（2）可得： 取滑动变阻器： ， 则的阻值不是标称值，取标称阻值。3.2 整

21、流二极管及滤波电容的选择因为变压器的伏变电压 桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：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 最大整流电流 ，故选择二极管in4001作为整流二极管。滤波电路中滤波电容的选择求： 根据稳压电路的稳压系数的定义：设计要求代入上式，则可求得：求滤波电容c设定 所以滤波电容： 。电路中滤波电容承受的最高电压为,所以所选电容器的耐压应大于17v。3.3 变压器的选择（1）确定副边电压：根据性能指标要求：，又 ，其中： 此范围可任选： 根据 可得变压的副边电压： （2）确定副边电流： 又副边电流 取则 （3)选

22、择变压器的功率 变压器的输出功率：故选择变压器12v/15w。第4章 直流稳压电源的安装和调试4.1 安装整流滤波电路 首先应在变压器的副边接入保险丝fu，以防电源输出端短路损坏变压器或其他器件，整流滤波电路主要检查整流二极管是否接反，否则会损坏变压器。检查无误后，通电测试（可用调压器逐渐将输入交流电压升到220v），用滑线变阻器作等效负载，用示波器观察输出是否正常。4.2 安装稳压电路部分 集成稳压器要安装适当散热器，根据散热器安装的位置决定是否需要集成稳压器与散热器之间绝缘，输入端加直流电压ui，滑线变阻器作等效负载，调节电位器rp，输出电压应随之变化，说明稳压电路正常工作。4.3 总装及

23、指标测试 将整流滤波电路与稳压电路相连接并接上等效负载，测量下列各值是否满足设计要求：ui为最高值（电网电压为242v），uo为最小值（此例为+5v），测稳压器输入、输出端压差是否小于额定值，并检查散热器的温升是否满足要求（此时应使输出电流为最大负载电流）。ui为最低值（电网电压为198v），uo为最大值（此例为+12v），测稳压器输入、输出端压差是否大于3v，并检查输出稳压情况。如果上述结果符合设计要求，便可按照前面介绍的测试方法，进行质量指标测试。图4-1 稳压器测试电路对输出电压与最大输出电流的测试，测试电路如图4-1所示。 一般情况下，稳压器正常工作时，其输出电流要小于最大输出电流：取

24、，可算出rl=18，工作时上消耗的功率为：故取额定功率为5w，阻值为18的电位器。测试时，先使，交流输入电压为220v，用数字电压表测量的电压值就是uo。然后慢慢调小，直到uo的值下降5%，此时流经的电流就是，记下后，要马上调大的值，以减小稳压器的功耗。图4-2 稳压系数测量电路图稳压系数的测量，按图4-2 所示连接电路，在时，测出稳压电源的输出电压uo。然后调节自耦变压器使输入电压，测出稳压电源对应的输出电压uo1 ；再调节自耦变压器使输入电压，测出稳压电源的输出电压uo2。则稳压系数为：输出电阻的测量，保持稳压电源的输入电压，在不接负载rl时测出开路电压uo1，此时io1=0，然后接上负载

25、rl，测出输出电压uo2和输出电流io2，则输出电阻为： 纹波电压的测试用示波器观察uo的峰峰值，（此时y通道输入信号采用交流耦合ac），测量uop-p的值（约几mv）。纹波因数的测量，用交流毫伏表测出稳压电源输出电压交流分量的有效值，用万用表（或数字万用表）的直流电压档测量稳压电源输出电压的直流分量。则纹波因数为：总 结经过这段时间学习与实践中的不懈努力，一个实用的连续可调的直流稳压电源已经制作完毕，同时也将我的课程设计报告顺利完成。然而，在这段时间里，我真的学到了很多很多很实用的东西，也是我以前所没有学到的东西。从对元器件的认识、对元器件的选择、认识电路图，再对电路板进行焊接等一系列的过程

26、都需要带着认真细心的态度，都不可有半点疏忽，这都会影响最后对电路板的调试过程的进行。在这过程中，我们不断地发现错误，改正错误，领悟其中的原理。而这过程本身就是在践行着“过而能改，善莫大焉”的知行观。其中蕴涵的道理就是，在社会的发展和学习实践的过程中，要通过不懈的努力，遇到问题不能退缩，要不厌其烦的发现问题，解决问题，只有这样才成功的做成想做的事情，才能在今后的道路上勇往直前，而不是知难而退。同样，本次课程设计培养了我运用互联网查找资料和综合应用课本理论知识解决实际问题的能力。让我懂得，当下的我们一定要好好努力，好好学习，注重培养自己的能力。在计算和动手方面要有耐心和细心，才能把事情做得更好；在

27、生活和学习中，要和身边的人团结互助，能帮的就要尽力帮。相信以后的我会以更加积极地态度对待学习、对待生活，我的激情永远不会结束。相反，我会更加努力，努力的去弥补自己的缺点，发展自己的优点，去充实自己。只有在了解了自己的长短之后，我们会更加珍惜拥有的，更加努力的去完善它，增进它。只有不断的测试自己，挑战自己，才能拥有更多的成功和快乐！认真的对待每一个实验，珍惜每一分每一秒，从中学到更多的知识和方法，锻炼自己的能力，这个是我在课程设计中学到的最重要的东西，也是以后都将受益匪浅的！致 谢在这里十分感谢盛桂珍老师对我们的细心指导，为我们不思厌倦的修改设计让我们的设计更加完善，是您让我们懂得了更多地关于这方面的知识。通过这次的课程设计，不仅提高了我解决问题的能力