直流稳压电源课程设计报告要点

1、直流稳压电源课程设计报告设计任务及要求1 设计任务设计一直流稳压电源，满足：(1) 当输入电压在220V交流时，输出直流电压为 69 V;( 2)输出纹波电压不于 5mv( 3)， 稳压系数 <=0.01；( 4)具 有短路保护功能；( 5)最大输出电流为： Imax=0.8A2 要求通过设计学会；( 1) 如何选择变压器、整流二极管、滤波电容及调整三极管或集成稳压块；( 2) 合理选择电路结构，并完成全电路元器件参数设计、绘制电路图；( 3) 短 路保护实现方法( 4) 掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测试方法( 5) 撰写设计报告。3 设计注意：(1) 电源变压器、整流二极管、

2、滤波电容、调整三极管或集成稳压块等元件 只做选择性设计；(2) 完成全电路元器件参数设计、绘制出整体电路图；( 3) 撰写设计报告要符合下列格式并按时上交，逾期将延与下届。书写要求上交时间要求上交书面及电子稿发至邮箱：撰写设计报告格式：（仅供参考，不要全部抄龚）见附录一集成直流稳压电源的设计与制作姓名1绪言随着半导体工艺的发展，稳压电路也制成了集成器件。由于集成稳压器具 有体积小，外接线路简单、使用方便、工作可靠和通用性等优点，因此在各种 电子设备中应用十分普遍，基本上取代了由分立元件构成的稳压电路。集成稳 压器的种类很多，应根据设备对直流电源的要求来进行选择。对于大多数电子 仪器、设备和电子

3、电路来说，通常是选用串联线性集成稳压器。而在这种类型 的器件中，又以三端式稳压器应用最为广泛。2设计要求1.初始条件:(1) 集成稳压器选用LM317与LM337或其他芯片，性能参数和引脚排列请 查阅集成稳压器手册。(2) 电源变压器为双15V/25W。(3) 其参考电路之一如图1所示图1±1.25V- ±5V连续可调直流稳压器参考电路原理图2. 主要性能指标：(1)输出电压Vo： 士 1.25 - 士 12V连续可调。(2) 最大输出电流lomax=800mA(3) 纹波电压 Vop-p < 5mV(4) 稳压系数Sv> 3X1033. 设计要求：(1)依据已

4、知设计条件确定电路形式。(2) 计算电源变压器的效率和功率。(3) 选择整流二极管及计算滤波电容(4) 安装调试与测量电路性能，画出实际电路原理图。(5) 按规定的格式，写出课程设计报告。3总体设计思路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与LM337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

5、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。本课程设计中采用三端可调稳压器LM317与LM337图2 LM337外观图3.1 LM317与LM337集成稳压器的特性简介三端可调稳压器的输出电压可调，稳压精度高，输出波纹小。其一般的输出 电压为1.2535V或-1.25-35V。比较典型的产品有 LM317和LM337等。其中 LM317 的输出电压范围是 1.2V 至 37V ， LM337 的输出电压范围 是 -

6、1.2V 至 -37V ，负载电流最大为 1.5A 。它的使用非常简单， 仅需两个外接电 阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器 好。 LM317/LM337 内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。 特性简介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%。典型负载调整率0.1%。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。 标准三端晶体管封装。电压范围输入输出最小压差降为 0.2VLM317/LM337 1.25V 至 37V 连续可调。LM317与LM337集成稳压器的特性满足设计要求的输出电

7、压Vo： 士 1.25 -士 12V连续可调。封装形式TO-220 塑料封装， TO-3 铝壳封装， TO-202 塑料封装， TO-39 金属封装TO 202塑料封装OUTPUT1 INPUT:i OUTPUT: ADJ顶视图图3 TO-220 塑料封装图图4 TO-3铝壳封装图论铝壳封装TO 39金属封装INPUT直DJOUTPUT底视图图5 TO-39金属封装图一般应用电路图6是三端可调输出集成稳压器的一般应用电路。电路中的R1、R2组成可调输出的电阻网络。为了能使电路中的偏置电流和调整管的漏电流被吸收，所以设定R1为120240欧姆。通过R1泻放的电流为510mA。输入电容器C1用于抑

8、制纹波电压，输出电容器 C2用于消震，缓冲冲击性负载，保证电路 工作稳定。由于加外接保护电路C2的存在，容易发生电容器发电而损坏稳压器。若 有外接保护二极管D2,电容器C2放电时，D1导通钳位，使稳压器得到保护。 D1是为了防止调节端旁路电容器 C3放电时而损坏稳压器的保护二极管。旁路 电容器C3也是为了抑制波纹电压而设置的。当 C3为10uF时，能提高纹波抑 制比15dB。LM317D2 -w 4001¥111LM317TVout+VautR1200ClELECTRO2C3|DIj 4001R2 P0T2GND图6 LM317应用电路图LM337D2M4JUiLM337T-V ou

9、tVm-VautR1200ClELDI4001ECTRQ2t=n=>ELECTRO2R2 POT2GND图7 LM337应用电路图1, 2脚之间为1.25V电压基准。为保证稳压器的输出性能，R1应小于240欧姆。改变R2阻值即可调整稳压电压值。D1, D2用于保护LM317/337。这类稳压器是依靠外接电阻来调节输出电压的，为保证输出电压的精度和稳定性，要选择精度高的电阻，同时电阻要紧靠稳压器，防止输出电流在连线上产生误差电压。三端可调式稳压器的典型应用电路的输出电压为：LM317的 VreF=1.2V, ladj=50mA 由于 ladj«li,所以3.2稳压电源的技术指标稳

10、压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，如输出电压、输出电滤及电压调节范围；另一类是质量指标，反映一个稳压电源的优劣，包括 稳定度、等效内阻（输出电阻）、纹波电压及温度系数等。3.3串联型稳压电路的主要特点 1稳定性好当输入电压Usr （整流、滤波的输出电压）在规定范围内变动时，输出电压Use的变化应该很小一般要求S<I%。 -由于输入电压变化而引起输出电压变化的程度，称为稳定度指标，常用稳 压系数S来表示：S的大小，反映一个稳压电源克服输入电压变化的能力。在 同样的输入电压变化条件下，S越小，输出电压的变化越小，电源的稳定度越阳 高。通常S约为10 TO 。八Mr _皿于辰Us

11、r2. 输出电阻小负载变化时（从空载到满载），输出电压 Use，应基本保持不变。稳压电 源这方面的性能可用输出电阻表征。输出电阻（又叫等效内阻）用rn表示，它等于输出电压变化量和负载电流%变化量之比。rn反映负载变动时，输出电压维持恒定的能力，rn越小，则Ifz 变化 时输出电压的变化也越小。性能优良的稳压电源，输出电阻可小到1欧，甚至0. 01 欧。3. 电压温度系数小当环境温度变化时，会引起输出电压的漂移。良好的稳压电源，应在环境 温度变化时，有效地抑制输出电压的漂移，保持输出电压稳定，输出电压的漂 移用温度系数KT来表示.4. 输出电压纹波小所谓纹波电压，是指输出电压中50赫或100赫的

12、交流分量，通常用有效值 或峰值表示。经过稳压作用，可以使整流滤波后的纹波电压大大降低，降低的 倍数反比于稳压系数S。3.4设计的主要思路上一小节介绍的串联型稳压电路，用做一种简单的稳压电源，可以满足一般 无线电爱好者的需要。但是，这种电源还有许多“天生的”缺陷，要提高对性 能的要求，就必须再做一些改进。从以下四个方面对它的性能加以改善，便可 做成一台有实用价值的稳压电源了。这就是：增加放大环节，提高稳定性，使 输出电压可调；用复合管做调整管，使输出电流增大；增加保护电路，使电源 工作安全可靠。直流稳压电源主要由四部分组成：电源变压器、整流电路、滤波电路和稳 压电路。如图8所示：1. 电源变压器

13、：将电网交流电压变为整流电路所需的交流电压，一般次级电压u2较小。2. 整流电路：将变压器次级交流电压u2变成单向的直流电压u3,它包含直流成份和许多谐波分量3. 滤波电路:滤除脉动电压u3中的谐波分量，输出比较平滑的直流电压u4。该电压往往 随电网电压和负载电流的变化而变化4. 稳压电路：它能在电网电压和负载电流的变化时，保持输出直流电压的稳定。它是直流稳压电源的重要组成部分，决定着直流电源的重要性能指标。图8直流稳压电源4单元电路的设计串联式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所组成，各部分电路的形式与作用如下。4.1电源变压器电源变压器的作用是将来自电网的 220V

14、交流电压ui变换为整流电路所需要的交流电压U2。电源变压器的效率为:丄R其中：P2是变压器副边的功率，Ri是变压器原边的功率。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R2<10VA10 30VA30 80VA80 200VA效率H0.60.70.80.85因此，当算出了副边功率R2后，就可以根据上表算出原边功率 Ri设计要求的电源变压器为双15 V/ 25W。原边输入功率为R = 25w。副边输出功率为2_12丄=0.8 15=12w因为所选电源变压器为双15V/25W,由表中数据可知=0.7，贝SR =巳/歸=12/0.7=17.1w，所选 25W符合要求。电源变压

15、器的实际效率为=E = 12 100% = 48%R 254.2桥式整流电路桥式整流属于全波整流，它不是利用副边带有中心抽头的变压器，而是用四 个二极管接成电桥形式，使在电压V2的正负半周均有电流流过负载，在负载形成单方向的全波脉动电压。VLi图9 桥式整流电路主要参数:4.3滤波电路整流电路输出波形中含有较多的纹波成分，与所要求的波形相去甚远。所 以通常在整流电路后接滤波电路以滤去整流输出电压的纹波。滤波电路常有电 容滤波，电感滤波和RC滤波等。本设计中采用电容滤波电路VD0-7 11_图10电容滤波电路图10分别是桥式整流电容滤波电路和它的部分波形。这里假设t<0时，电容器C已经充电

16、到交流电压V2的最大值(如波形图所示)。整流二极管VL1VL4组成单相桥式整流电路，将交流电压U2变成脉动的直流电压。再经滤波电容滤除波纹 Ui.Ui与交流电压U2的关系为Ui=(1.11.2)U2每支整流二极管的最大反向电压Urm= 2 U2。通过每支整流二极管的平均电流,0.45U2I D -R式中R为整流滤波电路的负载电阻，为电容提供放电回路，RC放电时间常数应该满足 RC (35)T/2.式中T=20ms4.4电路参数设计(1)确定R1、R2的阻值。以LM317为例说明电路图如下所示:C1ELECTRO2输出电压计算公式带入数据可得有(1) (2)可得:取滑动变阻器:D2M4001LM

17、WTViii+VautR1200D14001GNDVoutR2 PQT2图11LM317电路图U0 : 1.25(1r2)R11.251.25(1)R1121.25(1 邑)R1R2 =8.6RjR =1kC，则 R =1160(1)(2)=1161的阻值不是标称值，取标称阻值 2001。(2)整流二极管及滤波电容的选择整流二极管选1N4001,其极限参数为Urm -50v而2u2=21.21v,因为 S/ = UU°"UU'，而Uo =12v,Ui =15v, Uop_p =5mv，S/ =3 10U opU i 515所以 Ui-p -2.08VUoSv 123

18、滤波电容为C二旦 二血 = 3846F，电容C的耐压应大于2U 2 = 21.21v 心5也Uj故取2只2200F /25V的电解电容相并联作为滤波电容。同理LM337的参数为R3=1k、R, =120门。5总体电路图与工作原理图12总体电路原理图5.2电路工作原理LM317三端可调稳压器的工作原理如下。输出电压取决于外接电阻 R1、可调电阻R2的分压比。LM317输出端与 调整端之间的电位差恒等于1.25V，调整端1的电流极小，所以流过 R1、R2的 电流几乎相等（约几毫安电流），通过改变电位器的阻值就能改变输出电压。LM317三端可调稳压器为了保持输出电压的稳定性，要求流经R1的电流要小于

19、5mA，这就限制了电阻R1的取值。此外，还应注意：LM317在不加散 热片时的最大允许功耗为 2W。在加200mm x 200mm x 4mm散热板后，其最 大允许功耗可达 15W。6 电路的安装与调试6.1 整流滤波电路的安装首先应在变压器的副边电压接入保险丝FU,以防电源输出端短路损坏变压器或其他元件，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。6.2 稳压部分的安装集成稳压器要安装适当的散热器， 根据散热器的安装的位置决定是否需要集成稳压器与散热器之间绝

20、缘，输入端加直流电压（可用直流电源作输入，也 可用调试好的整流滤波电路作输入） ，滑线变阻器作等效负载，调节电位器，输 出电压随之变化，说明稳压电路正常工作。注意检查在额定负载电流下的稳压 器的发热情况。6.3 组装及指标测试将整流滤波电路和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：（1）Ui为最高值，Uo为最小值，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）。（2）Ui 为最小值， Uo 为最大值，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，便可以进行质量指标测试。7元器件列表表2元器件列表元器件名称型号数量电阻12002滑动变阻器1KQ2电容2200UF4电容0 1uF2电容10uF2电容1.0uF2集成稳压器LM3171集成稳压器LM3371二极管1N400188课程设计体会在这次模拟电子技术基础课程设计中，我在收获知识的同时，还收获了阅 历，收获了成熟，在此过程中，