可调稳压电源课程设计

1、课程设计(论文)摘要 本文根据串联型稳压电路设计了一个直流稳压电源的电路，主要采用了LM317、 LM337芯片，该芯片具有输出电压可变、内藏保护功能、体积小、性价比高、工作稳定可靠等特点。该电路利用单向交流电源经由电源变压器的降压后，经过整流电路获得低电压小功率直流电源。整流滤波后的直流电压经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，再通过滑动变阻器使输出电压可调的原理，实现了把交流电网电压转换为可调的稳定直流电压的直流电源的功能。最后，通过仿真验证结果直流稳压电路可以进行一定范围内的稳定调节，说明了该电路可行、稳定。关键字：电源变压器；整流电路；滤波；稳

2、压电路 目录摘要1.概述.1 1.1课题背景.11.2主要设计思想.11.3设计的研究和意义.11.4设计的任务及其要求.22. 系统方案设计.32.1设计思路.32.2系统方案的论证及选择.33.硬件电路设计.63.1降压电路部分.63.2整流电路部分.63.3滤波电路部分.73.4稳压电路部分.94.仿真及其结果分析.104.1 Proteus仿真电路图.104.2 仿真结果及其分析.115.总结.126.参考文献.13 1.概述 1.1课题背景 电源技术尤其是电子电源技术是一门实践性很强的技术，服务于各行各业。电子稳压电源与传统稳压电源电路相比，具有操作方便、电压稳定度高的特点。目前，电

3、子式直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛应用于我们生活、工作、科研及各个领域。可调直流稳压电源是采用当前国际先进的高频调制技术，其工作原理是将开关电源的电压和电流展宽，实现了电压和电流的大范围调节，同时扩大了目前直流电源供应器的应用。直流稳压电源的控制芯片是采用目前比较成熟的进口元件，功率部件采用现国际上最新研制的大功率器件，可调直流稳压电源设计方案省去了传统直流电源因工频变压器而体积笨重。与传统电源相比高频直流电源就较具有体积小、重量轻、效率高等优点，同时也为大功率直流电源减小体积创造了条件，此电源又称高频可调式开关电源。可调直流稳压电源保护功能齐全，过压、过流点可连续设置并可预视，输

4、出电压可通过触控开关控制。1.2主要设计思想（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。 1.3设计的研究和意义可调直流稳压电源是采用当前国际先进的高频调制技术，其工作原理是将开关电源的电压和电流展宽，实现了电压和电流的大范围调节，同时扩大了

5、目前直流电源供应器的应用。直流稳压电源的控制芯片是采用目前比较成熟的进口元件，功率部件采用现国际上最新研制的大功率器件，可调直流稳压电源设计方案省去了传统直流电源因工频变压器而体积笨重。与传统电源相比高频直流电源就较具有体积小、重量轻、效率高等优点，同时也为大功率直流电源减小体积创造了条件，此电源又称高频可调式开关电源。可调直流稳压电源保护功能齐全，过压、过流点可连续设置并可预视，输出电压可通过触控开关控制。1.4设计的任务及其要求 1.输出电压连续可调 2.电源内阻Ro1=Ro210 3.电压稳定系数Sv1=Sv2=0.5% 4.输出纹波Vo3mv 5.电路还必须简单可靠，有过流保护电路，能

6、够输出足够大的电流2.系统方案设计2.1设计思路直流稳压电源一般由电源变压器、整流滤波电路、稳压电路组成，其基本原理框图如图2.1所示。稳压电路整流电路波电路图2.1直流稳压电源基本原理框图（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

7、而维持稳定的输出。2.2总体方案论证与选择 该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。因此，以下主要对三种方案进行论证与选择。方案1： 晶体管串联式直流稳压电路。交流电压经整流滤波后,得到平滑的直流电压,作为稳压电路的输入电源从UI输入。同时运用了比较放大电路,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。稳压电路变压器变压整流电路 输出电压比较反馈取样电压 图2. 2方案1的框图方案2：采用三端可调集成稳压器电路。它采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输出电压调整范围宽，此稳压器的基准电压是1.25V，而要求电压从0

8、V起连续可调，因此需要设计电压补偿电路才可实现输出。可调式集成稳压器电压补偿电路整流滤波电路输出电压 图2. 3 方案2的框图方案3：此方案的控制部分采用单片机，输出部分不再采用调整管或稳压方式，二十载D/A转换之后，经过问低昂的功率放大得到输出电压。采用单片机编程，一定程度上增加了系统的灵活性。该电源稳定性好、精度高，且能够输出可调的直流电压，其性能由于传统的可调直流稳压电源，此方案框图如图2.4所示。显示键盘键盘显示接口RAM 单 片 机A/DROMD/A功放图2.4 方案3的框图分析：方案一电路比较简单，功能实现单一；方案二的电路不仅输出稳定而且可以调节；方案三电路比较复杂，成本较高，适

9、用于要求较高的场合。在实际中，多为对电路要求比较高的情况，故采用第二种设计方案。3.系统的电路设计3.1降压电路部分本电路使用的降压电路是单相交流变压器，选用电压和功率依照后级电路的设计需求而定。变压器电路原理图及其波形变换如图3.1所示，变压器的功能是交流电压变换部分，作用将电网电压变为所需的交流电压，即将直流电源和交流电网隔离。 图3.1 变压器及其波形变换变压器工作原理电路示意框图如图3.2 所示。 图3.2 变压器工作原理电路示意框图3.2 整流电路部分整流电路的主要作用是把经过变压器降压后的交流电通过整流变成单个方向的直流电，但是这种直流电的幅值变化很大。它主要是通过二极管的截止和导

10、通来实现的，其电路原理图及其波形变换如图3.3所示。常见的整流电路主要有全波整流电路、桥式整流电路、倍压整流电路，而本设计选取单相桥式整流电路实现设计中的整流功能。 图3.3 整流电路原理图及其波形变换图 （1）电路图：如图3.4所示，二极管D1、D2、D3、D4四只二极管接成电桥的形式，名称由此而来。 （2）工作原理：在V2的正半周,D1、D3导通，D2、D4截止，通过D1、D3给R提供电流，方向由上向下（图中虚线)； 图3.4 桥式整流电路电路图在V2 的负半周，D2、D4 导通，D1、D3 截止，通过D2、D4给R提供电流，方向仍然是由上向下（图中虚线）由此得到图示的整流波形。 （3）波

11、形图:图3.5 桥式整流电路波形图3.3 滤波电路部分尽管整流后的电压为直流电压，但波动较大，仍然不能直接作为电源使用，还需进一步滤波，将其中的交流成份滤掉。在小功率整流滤波电路中，电容滤波是最常用的一种。电容在电路中有储能的作用，并联的电容器在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压比较平滑，效果较好。而且本电路后级是稳压电路，因此可以使用电容滤波电路进行简单滤波。 （1）电路组成：电容滤波电路如图3.6所示。图3.6 电容滤波电路图 （2）工作原理： 负载未接入（开关S 断开）时：设电容两端初始电压为零，接入交流电源后，当V为正半周时，V

12、通过D1、D3向电容C 充电；V为负半周时，经D2、D4向电容C充电。充电时间常数为：t=RintC。其中Rint包括变压器副绕组的直流电阻和二极管的正向电阻。由于Rint一般很小，电容器很快就充电到交流电压V的最大值V，由于电容无放电回路，故输出电压（电容C 两端的电压)保持在V不变。 、接入负载R（开关S合上）时：设变压器副边电压V从0开始上升时接入R，由于电容已到V，故刚接入负载时，VV，二极管在反向电压作用下而截止，电容C 经R放电，放电时间常数为：t=RLC。因t一般较大，故电容两端电压V(即V)按指数规律慢下降（图中a,b段）。、当V升至VV时，二极管D1、D3 在正向电压作用下而

13、导通，此时V经D1、D3 一方面向R提供电流，一方面向C充电（接入R后充电时间常数变为t=R/RintCRintC ）。V将如图中b、c 段所示。、当V又降至VV时，二极管又截止，电容C又向R放电，如图中c、d段所示。电容如此周而复始充放电，就得到了一个如图所示的锯齿波电压V= V，由此可见输出电压的波动大大减小。、为了得到平滑的负载电压，一般取t=RLC(3 5)T/2 (T 为交流电周期20ms)此时：V = (1.1 1.2)V。图3.7 电容滤波电路波形图3.4 稳压电路部分因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器。LM317系列三端集成稳压器，其输出电压调节范围可达1.25

14、37 V，输出电流可达1.5 A，内部带有过载保护电路，具有稳压精度高、工作可靠等特点。其输出电压的调节原理如图3.8所示。图3.8 输出电压调节原理 由于LM317的2、3脚之间的电压U为一稳定的基准电压(1.25V)，故有：式中，1.25V是集成稳压器输出端与调整端之间的固定参考电压U；R取值120240（此值保证稳压器在空载时也能正常工作），调节Rp可改变输出电压的大小（Rp取值视R和输出电压的大小而确定）。4.仿真及其结果4.1仿真电路图 图4.1 仿真图4.2仿真结果及其分析 图4.2 仿真结果 图4.3 仿真结果 仿真结果分析：图4.2为负端仿真结果，图4.3为正端仿真结果，交流电

15、压通过整流电路、滤波电路、稳压电路，输出稳定的直流电压，然后通过改变滑动变阻器的阻值来达到调节输出电压的大小，使电路达到可以在一定范围内可调的功能，通过仿真结果可以看出设计的电路基本上是成功的，但是仍有误差存在，需要进一步的改进。5.总结经过这次的课程设计我收获了很多，也学习到了很多有关专业方面的知识！通过自己预先设计的电路，然后再参考一些书籍上的电路并经过修改和创造，设计成了最终符合要求的电路原理图，并进一步了解和学习了整个电路的各个部分的具体工作原理，达到了理想的要求，最后我用Proteus软件对电路图进行了部分仿真，经过对前面部分电路的仿真我掌握了仿真的具体方法，总的来说我对仿真的结果还

16、是比较满意。在电路设计过程中，我了解了稳压直流电源的组成部分和各部分的具体的作用，并且通过专研和实际的调试、测试，掌握了各级输出级的电压值的具体测量方法和误差分析。学会了电路各部分元件参数的计算和确定，以及通过对实验参数指标的要求和各部分电路各个元件之间的关系来准确的确定具体的电路和元件的实际参数。通过对电路的理论分析从而在一定程度上大致分析所得的试验结果进行分析和确定正确与否，也通过实际的操作和对各元件的实际参数与理论值之间的差别了解了各影响因素对电路和试验结果的影响。以及采取怎样的措施来有效的减小以致消除外界不稳定因素对试验参数的影响，从而使测量的结果尽量准确，尽量与理论值之间的差别缩小到最小。 虽然在这次的实验设计和参数的确定以及试验结果的测试的过程当中也遇到了一些困难和迷惑，但是通过查阅相关的资料和书籍，并且跟同学互相探讨和研究，基本上解决了所遇到的问题。在设计电路过程中难免会存在一定的差错，而且由于自己目前对很多电子器件的实际性能和型号的了解