有限流功能的可调稳压电源电路设计本科论文

1、密级： NANCHANG UNIVERSITY GONGQING COLLEGE学 士 学 位 论 文（设 计）THESIS OF BACHELOR（20092013年）中文题目：有限流功能的可调稳压电源电路设计英文题目：Limited flow function adjustable power supply circuit design学 院：南昌大学共青学院系 别：工程技术系专业班级：09电气本一班学生姓名：胡雪峰学 号：指导教师：皮小林 二 一 三 年 五 月学士学位论文原创性声本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外

2、，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。本人签名： 日期： 摘 要 在实践中和生产中，很多的大功率用电场合都要使用交流电源，但是电镀、电源以及直流电动机需要使用直流电源。但在自动控制装置和电子电器线路中，需要非常稳定的稳压直流电源。在一些需要直流供电的场所里，所广泛采用的是直流稳压电源。该论文设计十分的贴近我们的生活，并涉及滤波技术、电力电子器件、逆变技术、控制技术及整流技术等。用我们的专业知识,并且且需要我们熟练地使用绘图软件画电路图，并且能使用简单的仿真软件，来实现仿

3、真效果。这样可以让我们更加熟悉的掌握这些知识，也可以在实际生活中用知识提高应用能力。我们在设计的过程中要根据稳压电源的最大输出电流确定流过电源变压器二次绕组的功率和电源变压器二次绕组的电流；根据最大输出电流和稳压电源的输出电压确定集成稳压器的型号以及电路结构形式，稳压器的输入电压可确定电源变压器二次绕组电压的有效值；根据功率查出变压器的效率，以确定电源变压器原边的功率。然后根据所确定的参数选择电源变压器。确定整流二极管的正向平均电流，整流二极管所承受的滤波电容的耐压值和电容量和最大反向工作电压。根据所确定的有关参数，选择滤波电容和整流二极管。本次课题中我们所用到的稳压器的主要原件就是LM317

4、，因此了解LM317的特性也是很必要的。关键词：滤波；整流；电源；变压；限流；稳压器 ABSTRACTIn the production and practice, many large power electric field needed to use AC power, but power, electroplating and DC motor, DC power supply. In the electronic circuit and automatic control device, need DC regulated power supply voltage is very s

5、table. In the DC power supply occasions, is widely used in DC regulated power supply. This topic is very close to our daily life, and to the professional knowledge of power electronic devices, rectification, filtering technology, inverter technology and control technology for us, but we need to skil

6、lfully use the drawing software draw circuit diagrams, and can use the simulation software is simple, the simulation effect. This can make us more familiar with these knowledge. We are in the process of the design according to the power supply output voltage and the maximum output current to determi

7、ne the types and forms of circuits integrated voltage regulator. The input voltage of the regulator to determine power transformer two winding voltage effective value; based on the maximum output current stabilized power supply is determined through a power transformer two times two times winding cu

8、rrent and power transformer power transformer; according to the power found efficiency, so as to determine the power of the original side of the power transformer. Then according to choose the parameters determined power transformer. Determine the average forward current rectifier diode, rectifier d

9、iode maximum reverse voltage and filtering capacitance and voltage. According to the determined parameter, selection of rectifier diode and a filter capacitor. The main components in this paper we use the regulator is LM317, so the understanding of the characteristics of LM317 is very necessary.Key

10、words: filter；rectification；power supply； current limiting；pressure regulator目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 研究背景11.2 可调电源研究现状1第2章 可调电源的相关知识22.1 可调电源电路涉及到主要电路22.2 可调电源的发展趋势5第3章 可调电源电路设计的性能指标63.1 输出电流值，输出电压的范围63.2 稳压系数63.3 输出电阻63.4 纹波电压6第4章 可调电源电路设计中的技术要求和工作要求74.1 分析和设计电路图74.2 对可调电源器件进行选型74.3 电路的焊接和调试10总

11、 结15参考文献16致 谢17附 录18 第1章 绪论1.1 研究背景随着现代科技的发展，电子、电气设备已经广泛的应用在日常、学习、科研等等各个方面。可调电源作为电子、电气设备必不可少的能源供应部件，需求日渐增大，而且对电源的稳定性、安全性、功能等各项指标也提出了更高要求。对可调电源的开发和研究已经成为新设备、新技术开发的一个重要的环节，在推动我国科学技术发展中起着很大作用。近几年随着科学技术的发展，我们和西方的一些发达国家还是有着一定的差距；以美国为首的几个发达国家在这方面的研究已经转向高频下电源的建模分析、拓扑理论、工作原理等等各方面的技术领先；直流稳压电源的开发及应用在此方面与他们也存在

12、很大的差距。我们要不断开拓创新，不断的追赶世界先进水平，使本国的可调电源技术也要到达一定的高度，赶上并且超过世界的顶级水平。1.2 可调电源研究现状如今，可调直流稳压电源在各行各业中已经广泛应用，农业领域中也有应用，如农业环境如静电除尘，农业物料静电喷涂包裹，利用静电喷雾杀虫，农产品加农业生物静电效应、静电杀菌、农业种子静电处理、工中的静电植绒等。随着农业科技的不断发展进步，农业工程应用实践和农业科学研究对高压静电电源的需求逐年增大，对智能化、性能、规格、品种、稳定性、类型、体积、精度操作等方面都提出了更高的要求，现有的高压直流电源已不能满足农业领域中的许多需求，开发和研究适合农业领域所要求的

13、多种新型高压直流稳压电源成为一种客观需求，而且其经济效益和都社会效益比较显著，市场前景非常光明。 第2章 可调电源的相关知识2.1 可调电源电路涉及到主要电路2.1.1 可调电源涉及到的主要的几种技术 小功率稳压电源是由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图2.1所示。 + 电 源 + 整 流 + 滤 波 + 稳 压 + u1 u2 u3 uI U0 _ 变压器 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _（a）稳压电源组成框图 u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t （b）整流与稳压过程中的电压波形图图2.1稳压电源的组成框图及整流与稳压过程2.1

14、.2 可调电源中的电源变压器电源变压器是将来自电网中的220V交流电压u1转化为整流电路中所需要的交流电压u2。其电源变压器的效率为： (2.1)其中：是变压器二次绕组的功率，是变压器一次绕组的功率。一般小型变压器的效率如表格所示： 表2.1.2 小型变压器效率 副边功率 效率0.60.70.80.85所以根据上表的数据，如果知道变压器二次绕组的功率有公式（2.1）就知道变压器一次绕组的功率。2.1.3 电路中滤波电路和整流电路如图2.2整流滤波电路在稳压电源中作用一般是用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用则是将交流电压u2转换成脉动的直流电压u3。滤波电路一般是由电容组成，其作用是将

15、脉动直流电压u3中大部分的纹波加以滤除，可得到比较平滑的直流电压UI。UI和交流电压u2的有效值U2的关系为： (2.2)在整流电路当中，每只二极管所承受的最大反向电压为： (2.3)通过每只二极管的平均电流为： (2.4) FU C 图2.2 整流滤波电路 其中：R是滤波整流电路中的负载电阻，它给电容C提供放电的通路，放电的时间常数RC应该如下： (2.5)式中：T = 20ms是50Hz电压的周期。2.1.4稳压电路由于输入电压u1发生波动而且电路和负载中的温度发生变化时，滤波电路中输出的直流电压UI也会随着变化。因此，为了维持电压UI输出稳定不变，还需要加上稳压电路。稳压电路的作用就是当

16、外界因素（环境中温度、电压、负载）发生变化时，可使输出的直流电压不受外界影响，并且维持稳定的输出。稳压电路一般用集成稳压器和一些其他元器件所组成。利用集成稳压器所设计的稳压电源具有结构简单、性能稳定等优点。 稳压器 图2.3 稳压电路基本构成集成稳压器有很多种类，在小功率稳压电源中，广泛使用的是三端稳压器。按输出电压类型可分为可调式和固定式，此外又可分为负电压输出和正电压输出两种类型。第一种是固定的电压输出稳压器各种类型有：常见的有CW78系列三端固定式正电压输出集成稳压器；CW79系列三端固定式负电压输出集成稳压器。三端是指稳压电路只有输入、输出和接地三个接地端子。型号中最后两位数字表示输出

17、电压的稳定值。稳压器使用时，使得输入电压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。它们的引脚功能及组成的典型稳压电路见附录图A所示。第二种是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系列（LM317）三端稳压器；有输出负电压的CW337系列（LM337）三端稳压器。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围为Uo=1.1 38V，

18、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 = 4 50V。有关可调稳压器LM317的有关资料见论文附录。2.2 可调电源的发展趋势2.2.1 跟上时代的脚步绿色、体型小、功耗小、小污染、低电流、高效率、高合成已成为现代电源技术的主流，电源技术的发展同时也依赖于电子元器件和集成电路的发展。可调电源的发展也要随着当代的脚步不断前进，不断的进行改进，不断的完善。2.2.2 模块化、智能化可调电源电源技术模块化其中包括功率单元、模块化和输出单元模块化。新功能可调电源将其功率开关管和各种输出保护模块集成在一起，使可调电源的体积再次缩小。输出稳压电路模块化，使可调

19、电源电源在实际应用中更加灵活、方便、智能。2.2.3 数字化、多元化伴随数字技术的不断的发展和成熟，当代可调电源更多地向数字化方向进展。采用数字技术可降低电源高频谐波干扰和非线性失真，同时便于CPU数字化控制。现代电源具有良好的稳定特性，自身产生的高频谐波功率逐渐减小，降低了对环境的“污染”，同时增强了电源自身抗干扰性能。第3章 可调电源电路设计的性能指标3.1 输出电流值，输出电压的范围输出电压U0=（+3+12V）连续可调；最大输出电流Imax=1.0A3.2 稳压系数当连通电路后，输入电压时，测出稳压电源的输出电压U0 。然后调节自耦变压器使输入电压U1，测出稳压电源对应的输出电压Uo1

20、 ；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Sv0.01 （3.1） 3.3 输出电阻连通电路，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，然后接上负载电阻RL，测出输出电压Uo2和输出电流Io2，则输出电阻R0为： （3.2）3.4 纹波电压输出波纹电压在电路设计当中，波纹电压应该Up-op5mv用实验室示波器观察Uo的峰值即可得到相关数据（此时Y通道输入信号采用交流耦合AC的值约几mV）。第4章 可调电源电路设计中的技术要求和工作要求4.1 分析和设计电路图前一章中说到可调稳压电源中要用到稳压器，我们选用的稳压器是可调稳压器LM3

21、17，这样我们可以大致的设计出稳压电源的基本电路图。 D6 3 lm317 2 保险丝D1 D4 1 R1 C D5 u1 D2 D3 Co Uo 220V u2 C1 RW 图4.1可调的稳压电源电路图4.2 对可调电源器件进行选型稳压电源的设计中电源器件的选择，是根据稳压电源的输出电压Uo。输出电流Io、输出纹波电压Uop-p等性能标准要求，正确地确定出电源变压器、集成稳压器、整流二极管和滤波电容和电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择这些器件.4.2.1稳压器的型号根据稳压电源的输出电压Uo、最大输出电流Iomax，确定稳压器的型号.集成稳压器选用LM317，其输出电压范围为：，最大

22、输出电流为1A。4.2.2 电阻的大小根据稳压器的种类和输出电压的性能指标确定电阻和电位器性能指标：在图4.1电路中，和组成输出电压调节电路，输出电压 （4.1）取，流过的电流为。取，则由 （4.2）可求得：， 故取为的精密线绕电位器。4.2.3 电源变压器型号根据稳压器的输入电压，认定电源变压器副边电压u2的有效值U2再根据稳压电源的最大输出电流I0max，确定流过电源变压器副边的电流I2和电源变压器副边的功率P2；根据P2，从表2.1.2查出变压器的效率，从而查出电源变压器原边的功率P1。鉴于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

23、为： (4.3)即 （4.4）取 变压器副边电流： ，得，所以，变压器副边输出功率： 鉴于变压器的效率，所以变压器原边输入功率，为留一定的功率余地，选用功率大小为的变压器。4.2.4 二极管和电容的选择计算出整流二极管的正向平均电流ID、整流二极管的最大反向电压和滤波电容的电容值和耐压值。根据所确定的数据，选择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。根据 ，和公式 （4.5）可求得： 所得，滤波电容： （4.6）电容的耐压要大于，故滤波电容C取容量为，耐压为25V的电解电容。4.3 电路的焊接和调试 图 4.2 可调电源各原件 表4

24、.1 可调电源各元件清单名称规格数量电源变压器30W/12V1二极管INI40016电解电容4700F2电解电容1000F1稳压器Lm3171接线座2P1Pc板70x40mm1散热器1电位器2k1保险丝1.5A1电路焊接时注意不要出现虚焊现象或者电路板电路短路等情况，同点之前首先必须检查电路的可靠性。点焊时注意把锡丝大量融化在电路板上这样容易造成电路短路而且电路板看起来也不是很美观。电容的焊接必须是正负极的位置正确。二极管的正负极也必须判断清楚，要使用万用表测量二极管的正反向电阻的。 图 4.2 稳压器的装配 图 4.3电路板焊接按图4.1所示安装集成稳压电路，然后从稳压器的输入端加入交流电压

25、，调节RW，若输出电压也随着发生变化，说明稳压电路工作正常。万用表测量整流二极管的正、反向电阻，正确测出二极管的正负极，按图4.1所示先在变压器的副边接上额定电流为1.5A的保险丝，然后安装整流滤波电路。安装时要注意，二极管和电解电容的极性不要接反。经检查无误后，才将电源变压器与整流滤波电路连接，通电后，万用表检查整流后输出电压UI的极性，若UI的极性为负，则说明整流电路没有接对，此时若接入稳压电路，就会损坏集成稳压器。因此确定UI的极性为正后，断开电源，按图4.1所示将整流滤波电路与稳压电路连接起来。然后接通电源，调节RW的值，若输出电压满足设计指标，说明稳压电源中各级电路都能正常工作，此时

26、就可以进行各项指标的测试。 图 4.4 实测输入交流电压图 4.5 实测输出最低电压 图 4.4 实测输出最高电压 图 4.5 电位器可以调节 总 结对于本论文中可调电源的设计，我从中学到了很多东西，自己也从中这次的论文设计中得到不少快乐，并且锻炼了自己的动手能力，而且也锻炼了自己独立思考、画图、设计、查找、不断的积累自己的各方面的知识，增长了不少课本上没有的知识。掌握了小功率直流稳压电源的基本设计和调试方法，并且完成基本的小功率直流稳压电源有关参数的测试方法，根据直流稳压电源的技术指标要求，按照有关资料中介绍的方法，根据电路设计与设计中的计算的结果，圆满设计出满足技术指标要求的可调稳压电源。

27、 参考文献1 王兆安 , 黄 俊 。电力电子技术（第四版）。机械工业出版社，20002 童诗白 ，华成英。模拟电子技术基础（第四版）。 高等教育出版社，20063 邱关源 ，罗先觉。电路。高等教育出版社（第五版），20064 陈怡，万秋兰，高山。电力系统稳态分析（第三版），中国电力出版社，20075 Mohan, Undeland, and Robbins, Power Electronics Converters, Applications and Design 3rd edition, John Wiley & Sons, 2003. 6 P. Moy, EMC Related Issue

28、s for Power Electronics, IEEE, Automotive Power Electronics, 1989, 28-29 Aug. 1989 pp. 46 53. 7 M. J. Nave, Prediction of Conducted Interference in Switched Mode Power Supplies, Session 3B, IEEE International Symp. on EMC, 1986. 8 Henderson, R. D. and Rose, P. J., Harmonics and their Effects on Powe

29、r Quality and Transformers, IEEE Trans. On Ind. App., 1994, pp. 528-532. 9 I. Kasikci, A New Method for Power Factor Correction and Harmonic Elimination in Power System, Proceedings of IEEE Ninth International Conference on Harmonics and Quality of Power, Volume 3, pp. 810 815, Oct. 2000.10 M. J. Nave, Line Impedance Stabilization Networks: Theory and Applications, RFI/EMI Corner, April 1985, pp. 54-