串联型连续可调直流稳压正电源电路要点

1、钦州学院模拟电子技术课程设计报告串联型连续可调直流稳压正电源设计院系专业学生班级姓名学号指导教师单位物理与电子工程学院指导教师姓名 指导教师职称讲师2013年10月串联型连续可调直流稳压正电源电子信息工程专业 2010 级指导教师摘要：根据设计的指标和要求，以集成三端稳压管为核心，构成稳压电路，加上 电源变压、整流滤波网络，设计出集成直流稳压电源。市电220V 由电源变压器变压为 24V 后，经桥式整流电路整流和电容滤波， 便可接三端稳压管的稳压电路得到所需 的连续可调直流稳压正电源。 本系统工作可靠， 性能稳定，电路简单， 还具有防反接、 过流保护功能。经测试，本系统动能完善，很好的实现了各

2、项设计指标。关键词 ：串联，电源，可调，稳压设计目的 :（1）进一步掌握模电电子技术课程所学的理论知识。（2）熟悉几种常用稳压电源芯片，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行 电路设计。（ 3）掌握 Multisim 仿真软件的使用。（4）学习Altium Designer基本知识，并运用其绘制电源 sch原理图和PCB图;（ 5）掌握电子电路板制作的全过程，实现电源的制作；（ 6）懂得测量电源相关各项技术指标，完成系统调试。设计技术指标与要求 :（ 1）基本功能设计制作一串联型连续可调直流稳压正电源电路。（ 2）基本要求 输出直流电压1.5 s 10V可调； 输出电流lOm=300mA（有电

3、流扩展功能） 稳压系数Sr < 0.05 ;目录前言 11串联型连续可调直流稳压正电源11.1 设计方案 11.2 设计所需要元件 22设计原理 22.1 电源变压部分 32.2 桥式整流电路部分 32.3 电容滤波电路部分 42.4 直流稳压电路部分 52.5 原理及计算 53 电路仿真 63.1 电路仿真 64 电路连接测试 74.1 安装焊接 74.2 测试 94.2.1 使用仪器 94.2.2 测试结果 95 设计体会 9参考文献 10钦州学院本科课程设计刖言在电子系统（如电视接收机、VC机、组合音响等）都要求用稳定的直流电源，而日常生活中使用的都是220V交流电源，因此，需将交

4、流电变换成直流电.将交流电压变换成直流电压并使之稳定的设备就是直流稳压电源.直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成，基本框图如图1所示。在很多场合，都需要具有足够调压范围和带负载能力的直流稳压电源电路，要求输出电压连续可调；所选器件和电路必须达到在较宽范围内输出电压可调； 输出电压应能够适应所带负载的 启动性能；此外，电路须简单可靠，能够输出较大电流。图1直流稳压电源1设计思想及原理1.1 设计方案方案一 晶体管串联式直流稳压电路。电路框图如图1.1a所示，该类电路中，输 出电压Uo经取样电路取样后得到取样电压，取样电压与基准电压进行比较得到误差电 压，该误差电压对调整

5、管的工作状态进行调整， 从而使输出电压发生变化，该变化与 由于供电电压uI发生变化引起的输出电压的变化正好相反， 从而保证输出电压Uo为恒 定值（稳压值）。在基准电压处设计辅助电源，用于控制输出电压能够从 0 V开始调节。 单纯的串联式直流稳压电源电路很简单，但增加辅助电源后，电路比较复杂，由于都采用分立元件，电路的可靠性难以保证。图1.1a 串联式稳压电源电路方案二开关稳压电源电路。功耗小，效率高，但电路复杂，纹波较大，存在开 关干扰，它产生的交流电压和电流通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干 扰，此外由于开关稳压电源振荡器没有工频变压器的隔离，这些干扰就会串入工频电网，使附近的其他电

6、子仪器、设备和家用电器受到干扰。方案三 采用三端集成稳压器电路。电路框图如图1.1b所示，一般采用输出电 压可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，稳定性高， 纹波小，可靠性高，易做成多路，且电路所用器件较少，成本低，电路简单，组装 方便。综上所述，采用方案三1.2 设计所需的元件(1) LM117/LM317可调式集成三端稳压管 LM117/LM317有三条引脚输出，分别是调节端、输出端和输入端，采用 TO- 220的标准封装，外部引脚图如图 1.2a所示。调节1脚调节端电压，其输出端电压范围为：1. 2V37V可调，其芯片内有过渡、过热和安全工作区保护，最大输出电流为

7、值改变输出电压。1. 5A。典型电路如图4.2所示，通过改变R2的图1.2a LM117/LM317外部引脚图图1.2b LM317/LM317 外部电路典型图2设计原理220V交流市电先被引入变压器中进行变压，本系统中采用的是24V变压器，故得到24V交流电接入图中，经D、D2、D3、D4组成的桥式整流电路后可得到只有正 半周期的连续波形，经C1、C2大电容滤波，可得到纹波较大的直流电压，在经过小 电容滤去高频噪声后就可分别送至各个三端稳压管的输入，在三端稳压管的输出端即 可得到对应所需的稳定直流电压，同理在三端稳压管的输出端接入两个电容分别是为了滤去高频噪声和减小纹波，最后在三端稳压管的输

8、出端得到电压稳定，波纹、噪声很小的直流电。可调式集成三端稳压管LM317T调节变阻器R1的值阻即可改变输出的 电压值。串联型连续可调直流稳压正电源电路图如图2.2a所示。图2.2a 串联型连续可调直流稳压正电源电路图2.1 电源变压部分电源变压器的作用是将电网220V的交流电压Vi变换成整流滤波电路所需要的交流电压V 2 ,如图11。见公式(1.1)变压器副边P2与原边的功率P,比为巴三(1.1)P1式中，n为变压器的效率。一般小型变压器的效率如表1所示。表1小型变压器的效率副边功率P2 NA<1010 3030 8080 200效率n0.60.70.80.852.2 整流电路部分半波整

9、流电路的利用率低，一般不采用。全波整流电路由于变压器副线圈的接线较复杂，在实际中叶一般不采用。桥式整流电路电路工作原理：利用二极管正向导通反向截止的工作原理，当 U2 为正半周时二极管 D1、D3导通,D2、D4截止当U2为负半周时二极管D2、D4导通,D1、 D3截止。而流过负载的电流的方向是一致的，在负载形成单方向的全波脉动电压。从而实现将交流的电压变为直流电压。主要参数：Uo=0.9*Ui脉动系数：S=0.67选管原则：If > 1/2lo、Ur> 1.414U2结构简单性能优越，绝大多数整流电路采用桥式整 流电路，所以本次工程训练采用桥式整流。整流电路将交流电压U变成脉动的

10、直流电压。再经滤波电路滤除较大的文波成分，输出文波较小的直流电压。常用的整流滤波电路有全正波整流滤波、桥式整流滤波。我们采用的是桥式整流电路。四个整流二极管组成单相桥式整流电路，将交流电压V 2变成脉动直流电压，如图2.2a所示，得到输出电压Ud，波形图如图2.2c所示。再经过滤波电容 C滤除波纹，输出直流电压 V3。V3与直流电压V 2的有效值V2的关系如下公式（1. 2）(1. 2)每只二极管承受的最大反向电压Vrm如下公式（1. 3）所示V3=(1.1 1.2) V22.3 电容滤波电路部分整流滤波的电路的输出电压是单一方向的，但是含有较大的交流成分，不能适 应大多数电子电路及设备的需要

11、。 因此在整流后，还需要用滤波电路将脉动的直流电 压变为平滑的直流电压，需要滤波电路。滤波电路主要有：电容滤波、RC-n型滤波、LV-n型滤波、L滤波，LC滤波, 其中最简单的滤波电路是电容器，其优点：电路简单，负载直流电压较高，纹波也较 小，适用于小电流。用大电容电解电容并联即可实现， 所以我们采用的就是电容滤波 电路。电容滤波电路如图2.2d所示，其功能已经能满足本系统的需求。UGUo图2.2d电容滤波电路2.4 直流稳压电路部分经过滤波后的输出电流电压仍然存在较大的波纹，而且交流电网电压容许有起伏，随着电网电压的起伏输出电压也会随之变动。此外，经过滤波后输出的直流电压也负载的大小有关，当

12、负载加重的时候，由于输出的电流能力有限，使得输出的电流电压下级。因此，当需要稳定的直流电压的时候，在整流、滤波电路后通常需要配有稳压电路。稳压是该设计方案的主要，也是关键部分。根据设计要求的性能指标，选择可调试三端稳压器。可调式三端稳压管LM117T,外部典型电路如图7所示，其中电阻R2与电位器R1组成输出电压调节器，输出电压 Uo的表达式如下公式(1. 4)所示：U0=1. 25(1+ Ri/F2)(1. 4)式中2 般取120240，R1为精密可调电位器。改变 R1的值即可改变输出电 压。电容G可进一步消除纹波，还可起到相位补偿的作用，以防止自激振荡.D5用IN4148。2.5 原理及计算

13、选择变压器时，根据变压器副边输出的功率 P2来选取变压器。由公式(1. 2) 可得变压器副边的输出电压 V 与稳压器输入电压V3的关系。V 的值不能取大，V 越大，稳压器的压差越大，功耗也就越大。一般取 V XV3min/行，I 2 > I omax。本 系统中输入电压的范围是 13W V3乞42V。副边电压 V2 -13/1.1V，取V2 =12V,副 边电流I 2 >Iomax=1A,则变压器副边输出功率P2 _ V2 I 2 =12W由表1可知变压器 效率为 沪0.7，贝U原边输入P P2 / n =17.1W。选用的变压器的功率大于此值即可。整流二极管 D选用1N4007其

14、承受的最大反向电压为1000V, I f=1A。满足o max条件滤波电容C的容量可由纹波电压 AVop_p和稳压系数Sv来确定。已知，V =11V,V3=13V, AVop =5m A Sv=3X 1Q-,由式（1. 5）计算稳压器的输入电压变化量 也V(1. 5)(1. 6)'-Vop _pV3V3 =Vo Sv代入计算得 V3 = 1.97V,由下式（1. 6）可得电容C的容量C=Ic t.V3其中，t电容C放电时间，t= T =0.01s , Ic 电容C放电电流，可取Ic=Iomax=1A, 2则C=5O70F，电容的耐压值应大于2 V2 =16.92V。故取2只3300诉/

15、50V电容并联。通过前面的计算，已经得到了所有元件的参数。这样就得到完整的连续可调稳压 电源电路图。这里计算的其实都还只是初步的参数，实际组装完毕后应该仔细测量电 源的各项指标是否符合要求，各部分元件工作是否正常。如果发现问题，应该根据实 际情况作出调整。根据调整的结果来修正原理图中的电路参数， 最终完成稳压电源的 设计。3 电路仿真与PCB3.1 电路仿真在计算机上使用multisim对设计的直流稳压电源进行仿真，仿真的结果为能实 现最初的设计目标，仿真电路如图 3.1a , 3.1b , 3.1c所示。图3.1a串联型连续可调直流稳压正电源最大输出电压仿真图图3.1b串联型连续可调直流稳压

16、正电源最小输出电压仿真图图3.1c串联型连续可调直流稳压正电源最大输出电流仿真图4电路连接测试4.1 安装焊接按图2.2a连接好线路，检查电路的电气连通性能正常。把元器件焊接好。设计 实物的正、反面图如图4.1a、图4.2b所示。图4.1a设计实物正面图图4.2b设计实物反面图4.2 测试4.2.1 使用仪器使用的仪器有：VC9808数字万用表，直流散热小风扇。4.2.2 测试结果使用数字万用表+20V档测量可得的输出电压从1.73V到10.15V连续可调。 使 用散热风扇测试。测试结果为：当风扇两端电压为1.73V时，流过风扇的电流为0.01mA当风扇两端的电压为4.83V时，流过风扇的电流

17、为0.03mA当风扇两端的 电压为6.68V时，流过风扇的电流为0.03mA当风扇两端的电压为8.03V时，流过 风扇的电流为0.04mA当风扇两端的电压为9.04V时，流过风扇的电流为0.05mA 当风扇两端的电压为10.15V时，流过风扇的电流为0.05mA测试结果均满足设计的 基本要求。5设计体会本次课程设计，我们分工合作，快速的完成了这次任务，蒋聪负责查资料，画图； 潘倩玲负责焊电路板；毛平凤负责论文、在期间我们有相互讨论方案和向他人指教。从这次设计中我感到自己提高了电路应用方面的实践技能，对于模电知识有了更深的了解，尤其是对连续可调直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标方面 的知识有了进一步的研究。，加深了我对模拟电路设计方面的知识理论的认识与理解， 使我有效的结合所学知识，把理论应用于实际。同时实物的制作也提升了我的动手能 力，实践能力，熟练掌握了焊接技术。通过此次课程设计对该电路的设计、组装与调试，使我们加深了对桥堆整流电路， 电容滤波电路的了解，学会运用了用选择器整流二极管、 滤波器、滤波电容及集成稳 压器来设计直流稳压电源。虽然在在设计过程遇到一些困难，比如在滤波电容的容量、电阻的阻值选择上， 但是经过查阅的资料，认真思考，分析数据，总结经验最后终于解决了各种各样的困 难。，终于把这个串联可调直流稳压电