直流稳定电源课程设计书

1、武汉理模拟电子电路课程设计说明书课程设计任务书学生姓名： 陈玲指导教师： 艾青松题 目: 直流稳定电源初始条件：专业班级： 通信0804工作单位：信息工程学院集成芯片 LM317,protel 软件，模拟电子技术基础要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1.设计并制作交流变换为直流的稳定电源。2绘制具有一定规模、一定复杂程度的电路原理图。3.对电路原理图进行仿真，给出仿真结果并说明是否达到设计意图。45.撰写课程设计报告时间安排：1.安排任务第 19 周第 19 周第 20 周第 20 周第 21 周2.电路选择与绘制3.制作实物4.撰写课程设计报告5

2、.答辩指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理模拟电子电路课程设计说明书摘 要随着现代科技的不断发展，各种各样的电气、电子设备已经广泛的应用于日常工作、科研、学习等各个方面。电源作为电气、电子设备必不可少的能源供应部件，需求日益增加，而且对电源的功能、稳定性等各项指标也提出了更高的要求。对电源的研究和开发已经成为新技术、新设备开发的重要环节，在推动科技发展中起着重要作用。本设计分别用LM317 三端稳压芯片稳压电路，LM317 三端稳压芯片稳流电路和反馈式逆变电路设计直流 DC-DC 使电路性能达到设计要求中的电压调整率，电流调整率，负载调整率，纹波电压等各项指标。.关键词：

3、电源；LM317 三端稳压芯片稳压电路；LM317 三端稳压芯片稳流电路；反馈式逆变电路。武汉理模拟电子电路课程设计说明书AbstractWith the continuous development of modern science and technology, a variety of electrical,electronic equipment has been widely used in daily work, research, and learning aspects. Power,as electric and electronic equipment component

4、s essential for energy supply, increasing demand,but also for the power function, stability, and other indicators have also put forward higherrequirements. The power of research and development has become the new technology, newequipment, development of an important part in promoting scientific and

5、technologicaldevelopment plays an important role. This design were used to LM317 three-terminal regulatorchip voltage regulator circuit, LM317 three-terminal regulator chip steady flow circuit and thefeedback inverter circuit design DC power supply, DC-stabilized power supply and DC-DCconverter. Thr

6、ough the relevant knowledge to calculate the circuit parameters of each device, sothat the circuit performance to meet the design requirements for voltage regulation, currentregulation, load regulation, ripple voltage indicators.Keywords: power supply; LM317 three-terminal regulator chip voltage reg

7、ulator circuit; LM317three-terminal regulator chip steady flow circuit; feedback inverter circuit.武汉理模拟电子电路课程设计说明书目 录摘 要215558 889 99 9稳压模块工作原理稳流模块工作原理23 数据分析：4 元器件清单武汉理模拟电子电路课程设计说明书1 原理电路的设计1.1 直流稳压电源的电路设计1.1.1 可行的直流稳压电源电路设计方案经过多方查找资料，我认为直流稳压电源电路的设计可以采用两种大思路：采用分立元件设计或采用集成稳压芯片设计。分立元件的设计方案我查找到以下几种：1.

8、1.1.1 由运算放大器和晶体管构成的稳压电路： 1 如图 、b 是由运算放大器和晶体管构成的稳压电路。如图是采用运算放大器的高稳定性基准电压电路，A1输出采用 VDZ1VDZ2是温度补偿型稳压二极管，温度特性非常好。由于该二极管的电流恒定，因此电压变动非常小。VT1的发射极电压约为 因此,VDZ2的电流也恒定,输出电压非常稳定。如图是误差放大器采用 TA7502 的稳压电路。其中，如图是输出电压高于稳是输出电压低于稳压二极管稳定电压的电路。 为了增大输出电流，采用 VT1 作为射随电路，输出电流为 10mA 左右时;只用 TA7502 已足够。VT2 为限流晶体管，R1 为电流检测电阻，当电

9、路输出电流超过设定值时，R1 上电压降增武汉理模拟电子电路课程设计说明书大使 VT2 导通，从而限制输出电流。如图(d)是负输出电压电路，其工作原理与如图电路基本相同。1.1.1.2 分立元件制作的带限流保护可调稳压电源: 2 P1 是用来设置限制最大输出电流，调整它可以在相应的输出电压时，给出 50mA-2A的电流限制。 P2 用做输出电压调节。这里必须注意的是要求用对数型的电位器。这样输出电压的可调性和线性会更好些。 电源变压器的输出电压和容量应根据你所需要的输出电压和电流来选区。最佳的方案是：变压器次级电压为 36、40、48V或带中间抽头的 50、75、80V。容量为 。 电容 C1

10、可以从 2200-6800uF/35-50V 之间选择。BC182 为50V/100mA/NPN 三极管；BD139为 80V/1.5A/NPN 三极管；BC212 为 50V/100mA/PNP 三极管；2N3055 为 60V/15A/NPN 三极管。 Q4必需使用散热器，另外它可以由 TIP3055 替代。1.1.1.3 LM317集成稳压芯片构成的可调式稳压电源这里介绍的可调稳压电源可以实现从 1.25V30V 连续可调，输出电流可到 4A 左右。采用最常见的可调稳压集成电路 LM317组成电路的核心，关于 LM317的详细指标参数可参阅用 LM317制作简易电源电路。下面简单介绍一下

11、该电路的特点。本电路中，由 T2、D5、VW1、R5、R6、C10及继电器 K构成自适应切换动作电路。当输出电路低于 14V 时，VW1 T2 截止，K不吸合，其触点 K在常态位置，电路输入电流14V交流电。反之当输出电压高于14VVW1 击穿导通，T2 亦导通，继电器 K 吸合，28V 交流电接入电路。这样可以保证输入电压与输出电压差不会大于 15V，此时，LM317 输出电流典型值为 2.2A。图中采用了两块 LM317武汉理模拟电子电路课程设计说明书 4A LM317 LM317输出端串接了小阻值电阻 R3、R4，用以均分电流。3输出电压调整由 RP1RP2 完成。附加晶体管T1 的目的

12、在于避免电位器 RP1 滑动端接触不良，使 W317 调整公共端对地开路，造成输出电压突然变化，损坏电源及负载常时，两只发光二极管均加有正向电压，红、绿发光二极管均发光，形成橙色光。当保险丝 FU2 断开时，仅红色发光管加有正向电压，故此时只发红光。为保证稳压准确，设计电路板时主电流回路应足够宽，并焊上1mm 以上的铜导线或涂C6C8 尽量靠近 LM317 的输入、输出端，并优先采用无感电容。C5如无合适容量，可用几只电容并联。R3、R4 可用锰丝自制。调试时，调整 RP1、RP2 应使继电器在电源输出 14V 左右时吸合，否则可调换稳压二极管再试。武汉理模拟电子电路课程设计说明书1.1.2最

13、终决定的直流稳压电源电路设计方案最终，我决定采用第三种LM317三端集成稳压芯片设计直流稳压源，主要因为它的使用非常简单，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。LM117/LM317 内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。通常LM117/LM317 不需要外接电容，除非输入滤波电容到 LM117/LM317 输入端的连线超过 6英寸（约 15 三端稳压器高的多的纹波抑制比。1.2 直流稳流电源电路设计1.2.1可行的直流稳流电源电路设计方案LM317 6 1.2.1.1 高精度恒压恒流直流稳压电源电路该电路可以实现稳流输出，但毫无疑问的是过于

14、复杂，精度极高，超出题目要求及制作条件，故不予考虑。1.2.1.2 开关电源式高压恒流源电路图研制仪器需要一个能在 0 到 3 兆欧姆电阻上产生 1MA 电流的恒流源,用 UC3845 结合12V蓄电池设计了一个,变压器采用彩色电视机高压包,其中L1用漆包线在原高压包磁心上绕 24 匝,L3 借助原来高压包的一个线圈,L2 借助高压包的高压部分.L3 和 LM393 构成限压电路,限制输出电压过高,调节 R10 可以调节开路输出电压1.2.1.3 三端固定输出集成稳压器组成的输出电流可调的恒流源电路此种电路结构简单，稳流效果比较好，但由于 7805 的 23 端之间电压比较大，导致R1、R2

15、上分得电压和消耗功率较多，影响电路效率。1.2.1.4 改进方案武汉理模拟电子电路课程设计说明书同样是采用的 LM317集成三端稳压器，用12V供电，依靠317 的 23 两端带隙电压恒定的特点，用 R3 与 RS2 的阻值控制输出电流的大小，达到输出稳定可调电流的目的。41.2.2 最终决定的直流稳流电源电路设计方案最终我决定采用第四种设计方案，原因基本与稳压源的选择想通。而且用 LM317 制作这一电路简单易行，在性能上又能达到设计要求指标，是最合理和最理想的方案之一。1.3 DC-DC转换电路设计1.3.1 可行的DC-DC转换电路设计方案1.3.1.1PWM DC/DC变换器武汉理模拟

16、电子电路课程设计说明书 5 1MHz 电流型 PWM DC/DC UC3843 为核心，开关频率为 1MHz；变换器采用推挽式3主电路 ；同步整流采用功率 MOSFET 可控 12V稳压管组成也可采用自举电路 UC3843 提供+12V电源；电流采样是取变压器初级串联电阻上的电压见图 2 中电阻 R)。UC3843 的限流和占空比控制变压器初级电流流过取样电阻 R R RC 滤波加到 UC3843 的 9 脚，从而实现逐周限流。正常工作状态下，UC3825 的 9 脚输入电压必须低于 1V 门限电压。9 脚输入电压超过 1V 9 脚输入电压超过 1.4V时，输出电流中断，并且 UC3843 开

17、始软启动程序。利用斜坡 RAMP 脚(7 脚)输入信号， UC3843 可以实现电流型控制或常规的占空比控制。当该脚接定时电容器时，UC3843 可以实现占空比控制。当 RAMP 脚接电流取样电阻时，UC3843 RC滤波网络后，产生斜坡波形。RC 网络的作用是斜率补偿。该输入信号的动态范围为1.3V，通常用来产生 PWM 斜率补偿。同步整流电路过去低电压输出的 DC/DC 开关变换器采用肖特基二级管作为同步整流管，其正向压降约为 0.4 0.65V，低电压、大电流时通态功耗很大。因功率 MOSFET 管的正向压降很 MOSFET MOSFET 管的优点除了正向压降很小外，还有阻断电压高，反向

18、电流小等优点。图2 所示为输出全波武汉理模拟电子电路课程设计说明书同步整流电路。功率 MOSFET管 VT1、VT2 为两个整流管、VD2 分别为 VT1、VT2内部反并联二极管VT2VD2VT1VD1阻断 ，在L1VT1VT2VD1VD2同时导通续流；反之，当变压器次级绕组同名端为负时，VT1、VD1 同时导通，VT2、VD2 阻断，在 L1 续流期间，VT1、VT2截止，VD1、VD2 同时导通续流。采取此功率 MOSFET 管整流电路，可以大大提高整流效率。输出+5V/20A，采取导通电阻 10m 的功率 MOSFET 管，则导通损耗为：PON=10m(20A)2=4103mW=4w如果

19、采取肖特基二极管整流电路，肖特基二极管的导通压降取 0.6V，则导通损耗为：PON=0.6V20A=12w可见仅整流管损耗就减小 8W，效率约能提高。变压器的制造初级绕组 N2与次级绕组 N4 N1到初级绕组 N2之间的耦合不很严格。高频设计需要特别注意外部导体和元件的布置，减小不必要的电感和电容影响。所有的导线长度必须尽可能地短。印制电路板应仔细地布置元件及其连接。功率 MOSFET 管栅极的电阻应选碳成分的电阻，以降低串联电感.1.3.1.2 NE555芯片的升压电路 6 武汉理模拟电子电路课程设计说明书E555R7R8C6 NE555 的引脚 3 输出振荡波形；R9、C8 Q5Q6 组成

20、电流开关电路，L1R14C9 是阻尼元件；D9、C10、C11组成输出整流滤波电路；、R15 为输出电压指示电路。上电时，VCC 通过 RW2R7R8 给C6 充电，NE555 C6的电压2/3VCC时，NE555 输出翻转，开始输出低电平，引脚 7 对地短路，此时 C6 通过 R8 对地放电，当 C6 上电压1/3VCC 时，NE555 7 对地呈现断路，VCC再次向 C6 充电，如此周而复始，在 NE555的输出端输出周期矩形波。当 NE555 输出低电平时，Q5 截至，Q6 导通，电源 VCC 经 、Q6 形成回路，电能 NE555 输出高电平时，Q5导通，Q6此时 L1上储存的磁能转换

21、为电能，在L1串联起来一起经 D9 向 C10 为一升压式开关电源。通过调节 ，可以改变 NE555 的振荡周期，同时也改变了输出波形的占空比，从而改变 L1的储能大小，最终改变了输出电压值。1.3.1.3 集成运算放大器的升压电路不过此电路只能由 5V升至 30V，达不到设计要求。1.3.1.4 DC-AC-DC转换升压电路如图表 7 所示，这一电路依靠 Q1、Q2、Q3 组成的自激震荡电路，将直流电源输入的电能转化为交流电压，经变压器升压后再恢复为直流。此种电路结构简单，设计合理，且升压范围比较大，能够达到设计要求。缺点在于输出的电压不稳定，有较大波动，而且交流纹波电压比较大。武汉理模拟电

22、子电路课程设计说明书7 1.3.2 最终决定的DC-DC转换电路设计方案鉴于制作难度、电路性能、工作效率、元器件取得的难易程度等多方面考虑，我最后选择了第四种设计方案，至于是否能制作成功，还要看电路的仿真结果。1.4 电路图与主要工作原理经过仔细研究，我决定采用如下电路制作稳定电源实物。1.4.1 稳压模块工作原理本电路的稳压电源模块采用了LM31722V-15V变压器变出的 15V 交流电压，经过全波桥式整流后得到直流脉动电压，在经过滤波电容的调整成为一近似恒压的直流电压，最终经过LM317 稳压后得到稳定的 1.25V 带隙电压。再依靠 R1 电阻固定电流，经 R2 与 RS1 调整输出端

23、的电压。达到输出稳定可调电压的要求。武汉理模拟电子电路课程设计说明书1.4.2 稳流模块工作原理本电路的稳流电源模块采用了 LM317 集成稳压电源构成的可调式稳流电路，将上一级产生的12V稳定电压转换为输出端的4-20mA LM317 R3 与 RS2 要求。8 1.4.3DC-DC转换器模块工作原理同样是依靠第一级的稳定电压输出供电，依靠 Q1、Q2、Q3 和 R7R8、C5 构成的自激振荡电路，由上一级的直流供电产生一个交流电信号，在经过变压器升压，再度转换为直流信号输出，同时达到升压的目的。武汉理模拟电子电路课程设计说明书1.5 主要参数的选择与计算u U t)22（公式一）1 )d(

24、 ) 0.45U ttU2UO2（公式二）（公式三）20URI I 0.452DOLU U（公式四）RM2选二极管UU 12.5VO（公式五）1.2 1.22电流平均值：111 15UI I 0.375AOL22 R2 20DO（公式六）（公式七）（公式八）承受最高反压：U U V2RM2选二极管应满足：IF (2 3) IDU URM2可选：2CZ55C(IF = 1 ，URM = 100 V)或 1 、100 V整流桥，此电路中选择 2A、100V整流桥，满足要求。2. 选滤波电容11TT 0.02s（公式九）（公式十）取R C 4 sf502LsC 1F可选： 1 000 F，耐压 50

25、 V 的电解电容武汉理模拟电子电路课程设计说明书根据输出直流电压 UO = 15（V）的要求，由式(7-8)稳定电压U U 15(V)（公式十一）Zo由输出电压 VO = 15（v）及最小负载电阻 RL = 3K 的要求,负载电流最大值U 15（公式十二）I 5mAo3omaxRL由式(7-8)计算15mAomaxI3IZmax查半导体器件手册，选择稳压管 2CW20，其稳定电压 UZ = (13.517) (V)，稳定电5流ImA，ImA。ZZmax武汉理模拟电子电路课程设计说明书2 安装、调试、仿真过程本设计方案采用实物与仿真共同采用的方式：稳压、稳流模块和DC-DC转换器，制作还算简单，

26、易于调试，虽然所购买的元器件与实验原理图中元器件的计算值有差异，但是对实验结果和仿真影响不大，最后得出的实验结果还是与实验要求相符合。2.1 电路实物的安装与调试焊接过程省略。完成电路板后，将电源与变压器接至电路的输入端口，闭合开关s1，用万用表在电压输出端测量，得到输出电压为 11.73V,调节电位器 RS1，输出电压可以实现 9-12V的稳定输出变化，证明原理正确，电路图绘制正确，且电路板此模块制作无误。闭合开关 s2，用万用表测量电流输出端，得到电流12.3mA。调节电位器RS2，电流输出端可以实现 4-20 mA的稳定输出变化，证明恒流部分原理正确，电路图绘制正确，且电路板此模块制作无

27、误。2.2DC-DC 转换器的仿真与参数分析在仿真软件 MULTISIM里按设计原理图绘制好电路图，并设置好参数（由于没有合适的变压器，故采用TS_PQ4_10 8所示结果。升压之后的值达到了 400V左右，远远超过题目要求的100V的直流电压，从这个角度看似乎是超额完成了任务，但仔细分析之后发现，电压升至 400V左右后并不能稳定的停留在某一定值上，而是不停地小幅变动。并且由于电容的选择导致时间常数过大，需要较长时间才能达到较稳定的值，证明这一设计不够稳定，容易收到干扰，并没有达到题目的要求。应想办法改变这一模块的设计。武汉理模拟电子电路课程设计说明书2.3 针对问题的调试针对 2DC-DC

28、 转换器模块存在的问题，我对电路作了如下调整：在输出端的两边串联两个电阻，阻值分别为 10M 欧和 30M 欧，再将一 10nF 的瓷片电容与 10M 欧电阻并联，并以瓷片电容的两端作为电压的最终输出端。再次仿真测试后得到如下图表 9 所示结果。9 1武汉理模拟电子电路课程设计说明书 2武汉理模拟电子电路课程设计说明书3 数据整理及最终分析3.1 稳压模块的数据结果如图 10 在输入电压 220V50Hz15%20%条件下：a输出电压可调范围为+9.019V+13.663Vb最大输出电流为 1.537Ac电压调整率为 0.172%（输入电压 220V 变化范围15%20%下，空载到满载）d负载

29、调整率 0.79%（最低输入电压下，满载）e纹波电压（峰-峰值）2.37mV（最低输入电压下，满载）f效率 43.36%（输出电压 9V、输入电压 220V 下，满载） 武汉理模拟电子电路课程设计说明书3.2 稳流模块的数据结果如图 11 所示，稳流电源 在输入电压固定为12V 的条件下：a输出电流：3.11220.26mA 可调b负载调整率为8.32%（输入电压12V、负载电阻由 200 300 变化时，输出电流为 20mA 时的相对变化率） 3.3 DC-DC变换器的数据结果：DC-DC 变换器 在输入电压为+9V+12V 条件下：a输出电压为+101.104V，输出电流为 44.796uAb电压调整率 3.7%（输入电压变化范围+9V+12V）c负载调整率 6.1%（输入电压+12V 下，空载到满载）d纹波电压（峰-峰值）0mV （输入电压+9V 下，满载）3.4 数据分析：由以上数据可见，稳压模块、稳流模块以基本完成题目要求，达到了各项要求指标，说明设计合理，制作正确。而 DC-DC 变换器变换器模块的各项数值没有明显达到题目要求，我分析原因有以下几武汉理模拟电子电路课程设计说明书点：1） 电路图本身的问题：电路图本身的稳定性不够好，没有稳定电压的电路模块，所以输出的电压极其不稳定，波