电工-直流稳压电源设计报告

1、电工与电子技术基础课程设计报告 题 目 简易直流稳压电源 学院（部） 专 业 班 级 学生姓名 学 号 月 日至 / 月 / 日 共 / 周引言电源是各种电子、电器设备工作的动力，是自动化不可或缺的组成部分，直流稳压电源是应用极为广泛的一种电源。 自六十年代起，第一台开关电源问世以来，开关电源在世界各国迅速发展，直流稳压电源也顺势而生，但在初期价格较高，直到八十年代，随着元件工艺的成熟，直流稳压电源的价格也日益下降，应用也变的日益广泛。近几年随着科技的发展，直流稳压电源的工作频率有原来的几十千赫发展到现在的几百千赫，甚至更高。现在智能化的直流稳压电源也被广泛应用于生产领域，对此的研究开始向高频

2、方面发展。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拓扑理论、工作原理、建模分析方法和高频大功率开关器件，高性能集成控制器和功率模块的开发研制方面发展。 我国在此方面的起步较晚，1973年才开始这方面的研究工作，现在主要在小功率单端变换器方面发展较为迅速。在功率半导体器件及控制集成化方面，与国外同类产品有这很大的差距。因此，直流稳压电源的研制及应用在此方面与之也从在很大的差距。 近年来，随着微机，中小型计算机的普及和航空航天数据通信，交通邮电等事业的讯速发展，以及为了各种自动化仪器、仪表和设备配套的需要，当代对电源的需要不仅日益增大，而且对电源的性能、效率、重量、尺寸和可靠性以

3、及诸如程序控制、电源通/断、远距离操作和信息保护等功能提出了更高的要求。目录<一>课题名称与技术要求-4<二>摘要-4<三>设计思路-5<四>方案选择与论证-5<五>单元电路设计原理，主要器件选择及参数计算-8<六>结论与心得体会-12<七>参考文献-13<八>元器件明细表-14<一>课题名称与技术要求：设计课题：串联型晶体管稳压电源<1>输出直流电压Uo=12V,且连续可调，调节范围±2V；<2>最大输出电流Ilm200mA;<3>稳压系数

4、Sr<10%;<4>具有过流保护功能。<二>摘要：直流稳压电源一般由直流电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下。各部分的作用：（1）电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。变压器副边与原边的功率比为P2/ P1=，式中是变压器的效率。 （2）整流滤波电路：整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U0。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。（3）三端集成稳压器：常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。常用可调式正压集成稳压

5、器有CW317（LM317）系列，LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。317系列稳压块的型号很多：例如LM317HVH、W317L等。电子爱好者经常用317稳压块制作输出电压可变的稳压电源。稳压电源的输出电压可用下式计算，Vo1.25（1R2/R1）。仅仅从公式本身看，R1、R2的电阻值可以随意设定。然而作为稳压电源的输出电压计算公式，R1和R2的阻值是不能随意设定的。317稳压块的输出电压变化范围是Vo1.25V37V（高输出电压的317稳压块如LM317HVA、LM317HVK等，其输出电压变化范围是Vo1.25V45V），所以R2/R1的比值

6、范围只能是028.6。<三>设计思路：1.1整体思路直流稳压电源一般由电源变压器、整流滤波电路、及稳压电路组成，其基本原理框图如下图所示。（1）首先选用合适的电源变压器将电网电压降到所需要的交流电源。（2）降压后的交流电压，通过整流电路整流变成单项脉动直流电压。直流脉动电压经过滤波电路变成平滑的、脉动小的直流电压，即滤除交流成分，保留直流成分，滤波电路一般有电容组成，其作用是把脉动直流电压中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压。（3）稳压电路：稳压电路的作用适当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能是输出直流电压不受影响而维持稳定的输出。 1.2总体方案的设计该

7、系统总体方案设计主要在可调电压输出部分，其要求是输出电压从0V开始连续可调。由于时间、个人能力有限，固根据数字电子技术与模拟电子技术所学知识，设计出如下简单，方便，易懂的设计方案。首先将220V交流电压，通过变压器，降低电压值。然后交流电压经过整流滤波后,得到平滑的直流电压,作为稳压电路的输入电源从UI输入。由于平稳后的直流电压达不到所需12V直流电压，通过运用了比较放大电路,将电压放大，通过计算，将其放大至所需值。它的核心是调整管,输出电压的稳定是管的压降相应改变,使输出电压保持稳定<四>方案选择与论证（1） 整流电路：交流电压转变成单向脉动直流电a、单相半波整流电路（a）电路图

8、 U2 U0 Ud （b）滤波图工作原理：在变压器次级电压u2为正的半个周期内（如图（a）中所示上正下负），二极管导通，在RL上得到一个极性为上正下负的电压；而在u2为负的半个周期内，二极管反向偏置，电流基本上等于0。所以在负载上的电压的极性是单方向的（如图（b）所示）。正半周内Uo=U2，Ud=0；负半周内Uo=0。Ud=U2。由此可见，由于二极管的单向导电作用，把变压器次级的交流电压变换为单向脉动电压，达到了整流的目的。其优点是结构简单，使用的元件少，但也有明显的缺点：输出电压脉冲大，直流成分比较低；变压器有半个周期不导电，利用率低；变压器含有直流部分，容易饱和。只能用于输出功率较小，负载

9、要求不高的场合。所以不选用它。b、单相桥式整流（a）电路图U2 Io Uo O 0 0 (b)波形图工作原理：单相桥式整流电路如图（a）。由图可见，U2正半周时D1、D4导通，D3、D2截止，在负载电阻RL上形成上正下负的脉动电压；而在U2负半周时，D2、D3导通，D1、D4截止，在RL上仍形成上正下负的脉动电压。如果忽略二极管内阻，有UoU2。桥式整流电路波形如图（b）所示。正负半周均有电流流过负载，而且电路方向是一致的，因而输出电压的直流成分提高，脉动成分降低。单相桥式整流电路主要参数：输出直流电压,脉动系数S，二极管正向平均电流I,二极管最大反向峰值电压U。桥式整流电路解决了单相整流电路

10、存在的缺点，用一次级线圈的变压器，达到了全波整流的目的。然而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式一样的，并且还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点，因此在次设计中我选用单相桥式整流电路。 在调整管部分，既可以采用单管调整也可以采用复合管调整，但在此设计中要求额定电流lm200mA，因此在此设计中我选用单管做调整管。（2）滤波电路：经整流后的电压仍具有较大的交流分量，必须通过滤波电路将交流分量滤掉。尽量保留其输出中的直流分量，才能获得比较平滑的直流分量。可以利用电容两端电压不能突变或流经电感的电流不能突变的特点，将电容与负载并联，或将电感与负

11、载串联就能起来滤波作用。（3）稳压电路： 由于滤波后的直流电压Ui受电网电压的波动和负载电流变化的影响（T的影响）很难保证输出电流电压的稳定。所以必须在滤波电路和负载一直加上稳压电路，才能保证输出直流电压的进一步稳定。<五>单元电路设计原理，主要器件选择及参数计算： 5.1电源变压器电源变压器将来自电网的220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，由于变压器存在着铁损与铜损，所以它的输出功率永远小于输入功率2。实际电路中选

12、择一个中间带抽头的多路输出稳压器，其输出电压分别是（交流）12V、18V、20V。分别对应LM78XX、79XX系列和LM317稳压器。5.2 整流滤波电路单相桥式整流电路如图所示，四只整流二极管D1D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。单相桥式整流电路的工作原理为简单起见，二极管用理想模型来处理，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。 在v2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向RL，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止。在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。其电流通路可用图中实线箭头表示。在v2的负半周，其极性与图示相反，电

13、流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D2流向RL，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向导通。电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。其电流通路如图中虚线箭头所示。综上所述，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。单相桥式整流电路常画成图33所示的简化形式。图33 单相桥式整流电路简化图结合上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图3-4。图34 桥式整流电路的工作波

14、形由图可见，通过负载桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向RL的电流iL以及电压vL的波形都是单方向的全波脉动波形。电压较低，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。5.3稳压电路由于稳压电路发生波动、负载和温度发生变化，滤波电路输出的直流电压会随着变化。因此，为了维持输出电压稳定不变，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）等发生变化时，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外围元件组成。采用集成稳压器设计的电源具有性能稳定、结构简单等优点。集成稳压

15、器的种类很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按照输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可以分为正电压输出和负电压输出两种类型。按照设计要求本设计要用到可调式三端稳压器。其常见产品有CW317、CW337、LM317、LM337。其中317系列稳压器输出连续可调的正电压，337系列稳压器输出连续可调的负电压，可调范围为1.237V，最大输出电流为1.5A。5.4集成稳压器的选择选择集成稳压器：集成稳压器选用CW317，其输出电压范围为：U0=1.237V，最大输出电流I0max为1.5A。所确定的稳压电源电路如图4-1所示。 集成稳压器的输出电压应与稳压电源要求的输出电压的大小及

16、范围相同。稳压器的最大允许电流，稳压器的输入电压范围为：式中，最大输出电压； 最小输出电压；稳压器的最小输入电压差；稳压器的最大输入电压差；在电路中，取，二极管用IN4001在电路中，R1和Rw组成输出电压调节电路，输出电压 U0=1.25(1+Rw/R1)，R1取，流过R1的电流为510A。取R1 = 200，则由U0=1.25(1+Rw/R1)，可求得：Rwmin=1400欧，Rwmax=2040欧，故取为2500欧的精密线绕电位器。选择电源变压器：即 14V+3VUi10V+40V 取 17VUi50VU2Uimin/1.1=17/1.1=15.45V取变压器副边电流：I2Iomax=2

17、00mA取I2=200mA则变压器的副边输出功率为P2I2U2=3.09W为留有余地，故选用功率为10W的变压器所以变压器选用20V/10W的即可。5.5整流二极管及滤波电容的选择：由于 ，I0max=200mAIN4001的反向击穿电压，额定工作电流，故整流二极管选用IN4001。式中， 则则滤波电容C为由之前模电实验可知，在实际制作过程中采用比理论值小的电容同样能达到很好的滤波效果，因此采用4700F的电容。5.6总体电路图： 总体电路图 <六>结论与心得体会：一星期的课设终于到了尾声，通过本次设计,让我更进一步的了解到直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标.也让我们认识

18、到在此次设计电路中所存在的问题;而通过不断的努力去解决这些问题.在解决设计问题的同时自己也在其中有所收获。电路的设计要根据负载的需要，选取合适的元件，让其能满足负载的需求，而且，不会对电路和负载造成损害。所以，原件的参数值需要仔细计算，选取最接近的元件值，让电路满足其额定值，尤其是电容的耐压值更需要注意。这一星期的学习让我受益匪浅，让我更进一步的了解自己的不足之处，更进一步的巩固的所学过的知识，更懂得了做任何事情都要自己主动努力去做，学习到的理论知识只有在实践中，才会真正发挥作用，也只有通过实践才能把知识运用的现实中。3人的合作更让我意识到了团队的重要性。<七>参考文献：1.电路与模拟电子学（第二版） 王成华 潘双来 江爱华编著 科学出版社（2007）2.MuItisim7电路设计及仿真应用 熊伟 侯传教 梁青 孟涛编著 清华大学出版社（2005）3.电子技术基础实验与课程设计（第二版）高吉祥 主编 电子工