可调的直流稳压电源电路设计111112

1、可调的直流稳压电源电路所在学院：信控学院专业班级：电子1301 组号：第九组 组员：王新健 吕冰 潘庆耀可调的直流稳压电源电路（11题）目录 摘要···························31.设计任务及要求·········&

2、#183;···········42系统方案························43理论分析与计算···········

3、3;·········94电路设计·······················115组合硬件电路的调试及改进··············&

4、#183;116设计心得体会·····················177.参考文献························128.附件1：

5、LM317详细资料·················139.附件2：系统总体电路连接图···············1410.附件3：仿真结果···········

6、83;·······15摘要： 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，本文不做具体介绍；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

7、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。然而，由于电网电压可以有±10%变化。为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。关键词：交流与直流、变压器、整流、滤波、稳压。 Abstract: the power can be divided into

8、ac power and dc power supply, it is indispensable to any electronic equipment components. Ac power generally is 220 v, 50 hz power supply, but many household electrical appliances circuit inside the dc power supply are used as the power supply energy, such as radio, TV, with the microprocessor contr

9、ol of home appliance equipment is inseparable from the power supply. Dc power is divided into two kinds: one kind is can directly supply dc current or voltage, such as batteries, battery, solar cells, silicon photocell, biological cells, etc., this paper does not make specific; Another kind is the a

10、lternating current into the stability of the dc current or voltage, this type of transform circuit are collectively referred to as dc regulated power supply. Now used in most electronic devices, dc regulated power supply must be used to make almost all its normal work, and the most common is to conv

11、ert ac power grid voltage to a stable dc voltage of the dc power supply, dc regulated power supply is plays a main role in the electronic equipment, provide guarantee for equipment can stable work. 220 v, 50 hz ac power in one direction after power transformer step-down, again through rectifier filt

12、er can obtain small power low voltage dc power supply. However, due to the power grid voltage changes can have a plus or minus 10%. Therefore must be stable dc voltage by the voltage regulator circuit after rectifying filtering and then provided to the load, the load on the dc power supply voltage l

13、evel of the influence of these factors. Dc power supply voltage system generally consists of four parts, they are respectively the power transformer, rectifier circuit, filter circuit, voltage regulator circuit.Key words: ac and dc, transformer, rectifier, filter, voltage regulator.1 设计任务及要求1.1设计任务用

14、LM137设计一个输出1A的恒压源,输出电压为-3-10V1.2设计要求1）画出系统电路图，并画出变压器输出、滤波电路输出及稳压输出的电压波形；画出变压器副边电流的波形。2）输入工频220V交流电的情况下，确定变压器变比；3）在满载情况下选择滤波电容的大小（取5倍工频半周期）；4）求滤波电路的输出最大电压；5）求电路中固定电阻阻值、可调电阻调节范围。2 系统方案 采用三端集成稳压器电路，用输出电压调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输出电压调整范围较宽，设计一电压补偿电路可实现输出电压从0V起连续可调，因要求电路具有很强的带负载能力，需设计一款启动电路以适应所带负载的启动性能。该电路所用器件较

15、少，成本低且组装方便，可靠性高。2.1 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，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，供给电压表。如何提高精度和稳定性是系统设计的关键。设计思路如图 220V家庭 电源 整流 滤波 照明电路 变压器 电路 电路 LM137 稳压 负载 电路 电路

16、2.2 方案论证与比较选择 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的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下：2.2.1 电压变压模块电源变压器：是降压变压器，它的作用是将220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。变压器的变比由变压器的副边确定，变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n，式中n是变压器的效率。2.2.2 整流模块 整流电路即将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。常用的整流滤波电路有半波整流、全波整流、桥式整流等。单相半波整流电路简单易行，所用二极管数量少。但是由于它只是利

17、用了交流电压的半个周期，所以输出电压低，交流分量大，效率低。因此，这种电路仅适用于整流电流较小，对脉动要求不高的场合。全波桥式整流电路为了克服单相半波整流电路的特点，在使用电路中多采用单相全波整流电路，最常用的是单相桥式整流电路。如图（1）所示图（1） 全波桥式整流电路设变压器次级电压U2=U2msinwt=U2sinwt，其中U2m为其幅值，U2为有效值。在电压U2的正半周期时，二极管D1、D3因受正向偏压而导通，D2、D4因承受反向电压而截止；在电压U2的负半周期时，二极管因受D2、D4正向偏压而导通，D1、D3因承受反向电压而截止。U2和UL的波形如图（2）所示，显然，输入电压是双极性，

18、而输出电压是单极性，且是全波波形，输出电压与输入电压的幅值基本相等。由理论分析可得，输出全波单向脉冲电压的平均值即直流分量为图（2） 全波整流电路的波形UOL=2U2m/p=U20.9U2 全波整流电路中的二极管安全工作条件为：a）二极管的最大整流电流必须大于实际流过二极管平均电。由于4个二极管是两两轮流导通的，因此有IFIDO=0.5ULO/RL =0.45U2/RLb）二极管的最大反向工作电压UR必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压URM，即URURM =U2单相桥式整流电路与半波整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求是一样的，并且还具有输出电压高、变压器利用高、

19、脉动小等优点，因此得到广泛的应用。它的主要缺点是所需二极管的数量比较多，由于实际上二极管的正向电阻不为零，必然使得整流电路内阻较大，当然损耗也就比较大。2.2.3 滤波模块 从信号角度分析的角度而言，任何一个信号都可以从频率角度划分成众多的频谱，而我们所需的实际信号的频谱只占其中的一小部分，其余部分即为干扰频谱，应当尽量去除。 在本系统中，重量信号的频谱主要集中在 40Hz 以内，所以我们要设计截止频率约 40Hz 的低通滤波器。滤波方式可分为硬件和软件滤波，硬件滤波效果好，软件滤波成本低，在这里采用单向桥式整流滤波电容滤波，减小了纹波和电路间的电磁干扰。 该电路工作原理：设U2= U2msi

20、nwt=U2sinwt，由于是全波整流，因此不管是在正半周期还是在负半周期，电源电压U2一方面向RL供电，另一方面对电容C进行充电，由于充电时间常数很小（二极管导通电阻和变压器内阻很小），所以，很快充满电荷，使电容两端电压UC基本接近U2m，而电容上的电压是不会突变的。现假设某一时刻U2的正半周期由零开始上升，因为此时电容上电压UC基本接近U2m，因此U2UC，D1、D2、D3、D4管均截止，电容C通过RL放电，由于放电时常数td=RLC很大（RL较大时），因此放电速度很慢，UC下降很少。与此同时，U2仍按 U2sinwt的规律上升，一旦当U2UC 时，D1、D3导通，U2对C充电。然后，U2

21、又按 U2sinwt的规律下降，当U2UC 时，二极管均截止，故C又经RL放电。同样，在U2的负半周期也会出现与上述基本相同的结果。这样在U2的不断作用下，电容上的电压不断进行充放电，周而复始，从而得到一近似于锯齿波的电压UL= UC，使负载电压的纹波大为减小。由以上分析可知，电容滤波电路有如下特点：a）RLC越大，电容放电速度越慢，负载电压中的纹波成分越小，负载平均电压越高。为了得到平滑的负载电压，一般取 RLC(35)T/2 式中，T为交流电源电压的周期。b）RL越小输出电压越小。若C值一定，当RL®，即空载时有ULO= U21.4 U2。当C=0，即无电容时有ULO0.9 U2

22、。当整流电路的内阻不太大（几W）和电阻RL电容C取值满足上式时，有ULO(1.11.2) U2 总之，电容滤波适用于负载电压较高、负载变化不大的场合2.2.4 稳压模块 虽然整流滤波电路能将正弦交流电压变换为较为平滑的直流电压，但是，一方面，由于输出电压平均值取决于变压器副边电压有效值，所以当电网电压波动时，输出电压平均值将随之产生相应的波动；另一方面，由于整流滤波电路内阻的存在，当负载变化时，内阻上的电压将产生相反的变化，于是输出电压平均值也将随之产生相反的变化。因此，整流滤波电路输出电压会随着电网电压的波动而波动，随着负载电阻的变化而变化。为了获得稳定性好的直流电压，必须采取稳压措施。简单

23、稳压电源直接用稳压二极管进行稳压。稳压管稳压电路的优点是电路简单，所用元器件少；但是，因为受稳压管自身参数的限制，其输出电流较小，输出电压不可调，因此只适用于负载电流较小，负载电压不变的场合。三端集成稳压器电路集成稳压器与简单稳压电路相比其电路结构简单，它可以通过外接元件使输出电压得到很宽的调节范围。并且内部有过热保护、过流保护等保护电路，可以很安全的保护电路的正常工作。图（3）时由LM137组成的基准电压源电路，电容C9用于防止产生自激震荡，其值一般介于0.1-0.33F，这里取0.2F。输入端和调整端之间的电压时非常稳定的电压，其值为1.25V。输出电流可达1.5A。图（3） 由LM137

24、组成的稳压电路由于调整端的电流可忽略不计，输出电压为Uo=(1+（R2+R3）/R1)×1.25V由于设计要求电压从零开始调起，LM137集成稳压器不能直接满足要求，需要设计一个电压补偿电路来抵消LM317的1.25V最小输出电压，如图（3）所示，电压补偿电路由R1、R2和电位器R3组成。当调节R3减少至0,输出电压即为-3V。之后,当调节R3逐渐增大时, U0即由-3V开始减小至-10V。负载电流的最大工作电流应能适应负载电流的要求。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。3

25、理论分析与计算 3.1 电源变压器选择1）确定稳压电路的最低输入直流电压UImin :UImin(UOmax+(UI-UO)min)/0.9式中：(UI-UO)min为稳压器的最小输入、输出电压差，而LM137的允许输入、输出电压差为340V，现取为3V；系数0.9是考虑电网电压可能波动±10%。代入数据，计算得：UImin(10+3)÷0.9=14.4V这里取15V。2）选择电源变压器： 确定电源变压器副边电压及电流： U2 UImin/1.1,I2IImin因为输出电流最大为1A,所以取I2为1.1A,U2 15/1.1=13.6V。输入的交流电压：U1=220v,所以

26、变压器的变比为：n=220/13.6=16.18, 1/n=0.062.3.2 整流二极管的选择 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3.3 滤波电容的选择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。此次设计采用单向桥式整流滤波电容滤波。题目要求是5倍工频半周期，由于要求不是很精确，则可根据负载来算。所以 C1=5*T*/2Uimin=2.1mF 所以应选择2.2mF的电解电容电

27、路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19V.3.4 各电容的选择 C1为输入端滤波电容，可抵消电路的电感效应和滤波输入线窜入的干扰脉冲。一般取2.2mF瓷介电容。C4为保护电容，一般取10F。C8是为减小R4两端纹波电压而设置的，一般取10pF。C5是消振电容，防止输出端负载呈电容性时可能出现的阻尼振荡。根据经验一般取100pF。3.5 集成三端稳压器的选择LM137内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。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

28、流、过热保护，调整管安全工作区保护，标准三极管封装。LM137其特性参数：可调范围为-1.25V-37V最大输出点流为1.5A输入与输出工作压差为<=2.7V。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(3)所示，改变R3的值，Uo的值即可改变。当R2短路时，Uo最大，为-3V；当R3大于零时，Uo小于-3V。3.6 确定R1、R2的阻值稳压电路图如下所示：图4 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： 解得： 4 电路设计 系统的总体电路连接图（见附件2）5 输出电压与电流的仿真调试将万用表打到直流电压档，接到电路的输出端，然后给该电路通电,通过调节滑动变阻器的旋钮改变其阻值可改变输出电压，还有电压表读数知，该电路输出电压完全符合-3V到-10V的设计要求，且满足输出电流为1A的恒压源。6 结束语 经过学习与实践，我们还是把课程设计报告完成了。通过这一次的学习与实践，让我们对模电知识更近一步的了解，对模电课程中直流稳压电源这一章所涉及的部分元件有了一定的认识；掌握了选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源，学