直流稳压电源的设计

1、模拟电子技术直流稳压电源的设计课 程设计学生姓名专业班级2008机电一体化2班指导教师设计地本班教室设计题目直流稳压电源的设计设计任务与要求1.电路设计原始数据、技术参数：输入交流电压：220V+10%,50HZ(2)输出直流电压：U0=310V(3) 输出电流：800mA(4) 电压调整率小于等于10mV(5)电源内阻R0小于10欧。(6)输出端的纹波电压峰值小于 5mV(有效值)(7)工作温度：-200C+400C(8)电源稳定度 Ku<10%2.电路设计要求：(1) 根据要求的输出直流电压和负载电流合理选择电路形式，画出原理电路图。(2) 选择电路元器件的型号及参数，确定对电源变压

2、器的要求。选择整流二极管的型号。确定滤波电容的容量及耐压。确定稳压电路中晶体管、稳压管、取样电阻等参数。(3) 列出元件、器件明细表。(4) 撰写设计报告，(5) 用A3图纸按标准画出整体电路图。(6) 对设计成果作出评价，说明本设计特点和存在的问题，提出改进意见，心得体会。进度安排第一天：布置设计任务，学生选择题目，查找资料，初步确定方案。第二天：确定设计方案，绘制原理电路图。第三天:计算元件参数，选择元器件的型号及参数。列出元器件明细表。第四天：撰写课程设计总结报告。第五天：答辩，评分。系(或教研室)审核意见：审核人签名及系公章：年 月曰任务下达人(签字)陈健巍年 月曰任务接受人(签字)马

3、冬华错误！未定义书签。348一、引言二、设计步骤三、总体设计思路四、实验设备及元器件 五、总结一.弓I言直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。变压器把市电交流电压变为所 需要的低压交流电。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为稳 定的直流电压输出。本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过 程将220V交流电，变为稳定的直流电，并实现电压可在 6-13V可调。二、设计步骤1. 电路图设计(1) 确定目标：设计整个系统是由那些模块组成，各个模块之间的信号传输， 并画出直流稳压 电源方框图。(2) 系统分析：根据系统功能，

4、选择各模块所用电路形式。(3) 参数选择：根据系统指标的要求，确定各模块电路中元件的参数。(4) 总电路图：连接各模块电路。2. 电路安装、调试(1) 为提高学生的动手能力，学生自行设计印刷电路板，并焊接。11(2) 在每个模块电路的输入端加一信号，测试输出端信号，以验证每个模块能否达到所规定的 指标。(3) 重点测试稳压电路的稳压系数。(4) 将各模块电路连起来，整机调试，并测量该系统的各项指标。二、总体设计思路1. 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

5、，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RL。2. 直流稳压电源原理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，见图1。负载工频交流脉动直流直流图1直流稳压电源方框图其中：(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

6、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。整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图2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3所示。应 2 4图2整流电路在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每

7、个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即If =； lol。电路中的每只二极管承受的最大反向电压为，启U2(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Io1(I 2是变压器副边电流的有效值。后，直流输出电压：U0i=(1.11.2)U 2,直流输出电流: 稳压电路可选集成三端稳压器电路。总体原理电路见图4。2200uF/25V图4稳庄电路原理图3. 设计方法简介(1) 根据设计所要求的性能指标，选择集成三端稳压器。因为要求输出电压

8、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系列稳压器输出连可调的负电压，可调范围为1.2V37V，最大输出电流I。为1.5A。稳压内部含有过流、过热保o max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4和图5.图4管脚图U1O1OT+Uo图5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v，此

9、电压加于给定电阻R两REF1端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器RP1 ,电阻R1常取值120Q 240Q, RP1 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10 F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=U-Uo: 340V能满足设计要求，故选用LM317组成稳压电路。(2) 选择电源变压器1)确定副边电压 U：根据性能指标要求：Umin =3V U omax =9V又 Ui-Uomax > (Ui-Uo)minLTU

10、oin < (Ui-Uo)max其中：(U-Uoin ) min =3V, (Ui -Uo) max=40V此范围中可任选：U=14V=U根据 U oi=(1.1 1.2)U2可得变压的副边电压：U=2! .12 V1.152)确定变压器副边电流I 2I o1 =I o又副边电流 I2=(1.5 2)I O1 取 IO=IOmax=800mA贝U I 2=1.5 火 0.8A=1.2A3)选择变压器的功率变压器的输出功率：Po>I2U2=14.4W(3) 选择整流电路中的二极管-变压器的副边电压 U2=12V桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为:.2U 2 ：-17V桥式整流

11、电路中二极管承受的最高平均电流为:0.8-0.4A2查手册选整流二极管IN4001 ,其参数为：反向击穿电压UBr=50V>17V最大整流电流I f=1A>0.4A(4) 滤波电路中滤波电容的选择滤波电容的大小可用式C= I求得。1)求 U:根据稳压电路的的稳压系数的定义:设计要求 U < 15mV , SvV 0.003.WoS -土V 卫o=+3V +9VU=14V代入上式，则可求得 U2)滤波电容C设定 I o = | omax = 0.8A , t=0.01S则可求得C。电路中滤波电容承受的最高电压为2U:、17V,所以所选电容器的耐压应大于17V。注意： 因为大容量

12、电解电容有一定的绕制电感分布电感，易引起自激振荡，形成高频干扰,所以稳压器的输入、输出端常并入瓷介质小容量电容用来抵消电感效应，抑制高频干扰。五、实验设备及元器件1. 万用表2.示波器3.交流毫伏表4.三端可调的稳压器 LM317 一片六、数据处理输出电压可调：有载UninUax10V1.53V12.85V10V1.53V13.06V2、测试结果(1)、输出电压调节范围：a、空载：U0=1.24V12.9Vb、有载：阻值输出电压调节范围R=200欧U0=1.24V 11.88V电压和电流变化范围为:阻值电压电流200欧10.64V50mA250欧10.61V40mA(2) 、输出电阻：输出电阻R0定义为：当输入电压 Vi保持不变，由于负载变化而引起的输出电压变化量与输出电流 变化量之比，即：R0A U0/ io所以 R0= (10.64-10.61 ) /(0.05-0.04)=3 欧.(3) 、输出纹波电压：测试得纹波电压为：0.3m