可调直流稳压电源设计.docx
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可调直流稳压电源设计
课程设计说明书
题目：
可调直流稳压电源设计
课程名称：
模拟电子技术基础
学院：
电子信息与电气工程学院
设计题目
可调直流稳压电源设计
学生姓名
所在学院
电子信息与电气工程学院
专业、年级、班
设计要求：
1、设计制作一个可调直流稳压电源电路；
2、输入电压为220V的交流电压，频率为50Hz；
3、输出直流电压为1.25V~15V可调；
4、最大输出电流为Iomax=1A；
5、纹波电压小于10mV，稳压系数Sr小于5％。
学生应完成的任务：
设计可调直流稳压电源的工作原理，并利用Multisim软件进行电路仿真。
利用DXP软件绘制电路原理图，并设计制作电路的PCB板。
根据设计原理对电路进行安装调试，完成课程设计工作，并提交课程设计报告。
参考文献：
[1]童诗白.模拟电子技术基础[M].北京：
高等教育出版社，2006.
[2]谷树忠.AltiumDesigner教程[M].北京:
电子工业出版社，2012.
[3]邱关源.电路[M].北京：
高等教育出版社，2006.
[4]张新喜.Multisim10电路仿真及应用[M].北京:
机械工业出版社，2011.
工作计划：
5月27日—28日完成原理图的设计；
5月29日—31日进行PCB设计；
6月3日—4日制作PCB板；
6月5日—7日电路板安装与调试，提交课程设计报告。
任务下达日期：
2013年5月27日
任务完成日期：
2013年6月7日
指导教师（签名）：
学生（签名）：
可调直流稳压电源的设计
摘要：
设计制作一个可调直流稳压电源电路，该电路可以满足以下条件。
变压器把家用照明电交流电压220V变为所需要的48V低压交流电。
桥式整流器把交流电变为直流电。
经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。
本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并实现电压可在1.25V-15V可调，最大输出电流为Iomax=1A；纹波电压小于10mV，稳压系数Sr小于5％。
关键词：
Lm317稳压管；电位器；直流电源；电路仿真；PCB制作
目录
1.设计背景…………………………………………….………………………1
1.1了解电源电路的定义与组成………………………………………………1
1.2掌握稳压电路的作用及基本构成…………………………………………1
2.设计方案……………………………………………………………………1
2.1任务分析……………………………………………………………………1
2.2方案论证……………………………………………………………………2
3.方案实施…………………………….………………………………………2
3.1电路仿真…………….………………………………………………………2
3.2原理图设计…………….……………………………………………………7
3.3PCB制作……………………………………………………………………7
3.4安装与调试…………………………………………………………………7
4.结果与结论…………………………………………………………………8
5.收获与致谢…………………………………………………………………8
6.参考文献……………………………………………………………………9
7.附件………………………………………………..…………………………9
7.1电路原理图…………………………………………………………………9
7.2PCB布线图……………………………………….………………………9
7.3元器件清单…………………………………………………………………10
1.设计背景
1.1了解电源电路的定义与组成
电子电路要正常工作,电源的作用是不可忽视的,电源性能的好坏,对电路、电子仪器和电子设备的使用寿命、使用性能等影响很大,尤其在带有感性负载的电路和设备（如电机）中,对电源的性能要求更高。
在很多应用直流电机的场合中,要求为电机驱动电路提供一个其输出能从0V开始连续可调0V～24V的直流电源,并且要求电源有保护功能。
实际上就是要求设计一个具有足够的调压范围和带负载能力的直流稳压电源电路。
这样一个电路的设计,其关键在于稳压电路的设计,要求:
一输出电压从0V开始连续可调,二所选器件和电路必须达到在较宽范围内输出电压可调;三输出电压应能够适应所带负载的启动性能。
此外,电路还必须简单可靠,能够输出足够的电流。
1.2掌握稳压电路的作用及基本构成
稳压电路是电源电路系统中的关键，它属于一种稳定电压的电路，整个系统在它的作用下才能输出稳定电压。
稳压电路分为稳压管稳压电路，串联型稳压电路，开关型稳压电路。
稳压管稳压电路由二极管和限流电阻组成，是一种最简单的直流稳压电路。
串联型稳压电路以稳压管稳压电路为基础，利用晶体管的电流放大作用，增大负载电流，在电路中引入深度电压负反馈使输出电压稳定。
开关型稳压电路中的调整管工作在开关状态，使得电路效率大大提高。
而本次设计我们采用Lm317三端稳压电路。
Lm317是可调节3端电压稳压器，此稳压器非常易于使用，只需要两个外部电阻来设置输出电压，此外还使用内部限流，热关断和安全工作区补偿使之基本能防止烧断保险丝。
2.设计方案
2.1任务分析
可调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所组成。
变压器把家用照明电交流电压220V变为所需要的低压交流电。
桥式整流器把交流电变为直流电。
经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。
本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并实现电压可在1.25V-37V可调。
根据课程设计要求，分析可知，可调直流稳压电源是由桥式整流管，lm317稳压器，一个470uf的滤波电容，一个10uf电解电容，一个1uf电解电容，一个330nf的普通电容，一个240Ω的电阻和一个5KΩ电位器组成。
2.2方案论证
根据设计指标要求，我们进行了多次论证，讨论了直流稳压电源应采用的电路结构，通过多次试验，我们最终决定了该电源的结构组成。
该直流稳压电源由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路等组成，其方框图如下图2.1。
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。
在本次课程设计中，实验室为我们提供了变压器，输入220V交流电，输出48V电。
整流电路起的作用就是把交流电整流成直流电。
滤波电路的作用是变不稳定的直流电为更稳定的直流电。
稳压电路的作用是输出稳定的电压。
通过方案的论证，我们建立了所要设计电源的基本结构。
2.1直流稳压电源基本框架图
3.方案实施
3.1电路仿真
1、整流滤波电路
在设计整流电路时，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U1。
常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。
但本次设计我们用的是桥式整流电路。
桥式整流滤波电路图如图3.1。
在整流滤波电路中，滤波电容C满足RL-C＝（3~5）T/2，式中T为输入交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。
图3.1整流滤波图
由于我们实验室提供输入220V交流输出48V交流电变压器，故仿真时我们用48V50HZ交流电压源提供输入电压。
在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压u2变换成脉动的直流电压u3。
滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压u3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压UI。
UI与交流电压u2的有效值U2的关系为
Ui=（1.1~1.2）*U2
2、稳压电路
三端可调稳压器因具有稳定度高、适应性强、使用方便的优点，得到广泛应用。
最大输出电流1.5A以下的三端可调稳压器，正电压输出的国产型号为CW117、CW217、CW317,他们的输出电压均为1.2~37V,最大输出电流IoM用后缀加以区别，标L为0.1A，M为0.5A,不标字母为1.5A。
在本次课程设计中，我们用的稳压器是Lm317，LM317是应用最为广泛的电源集成电路之一，它不仅具有固定式三端稳压电路的最简单形式，又具备输出电压可调的特点。
此外，还具有调压范围宽、稳压性能好、噪声低、纹波抑制比高等优点。
lm317是可调节3端正电压稳压器，在输出电压范围1.2伏到37伏时能够提供超过1.5安的电流，此稳压器非常易于使用。
Lm317特性为：
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。
LM317电压范围1.25V至37V连续可调。
如图3.2为Lm317引脚图，Lm317主要参数如下。
输出电压：
1.25~37VDC；输出电流：
5Ma~1.5A；芯片内部具有过热、过流、短路保护电路；最大输入输出电压差：
40VDC，最小输入输出电压差：
3VDC；使用环境温度：
-10~+85℃。
存储环境温度：
-65~+150℃。
图3.2LM317引脚图
三端可调稳压器的输出端与调整端（ADJ）间的
是固定不变的，lm317为+1.25V。
调整端的电流十分稳定且很小（
=50uA），故
=1.2（1+
）V
图中
跨接在输出端与调整端之间，为保证负载开路时
>
，
的最大值为
=
/
本电路中取
=5mA，
=1.2/5mA=240Ω。
用下式求得
>=
W
本例中，
>=0.006W选1/4W、240Ω金属膜电阻。
要求最大输出电压为15V，根据以上式求得
=2650Ω，取标称值3KΩ。
但由于实验室没有3KΩ的电位器，故用5KΩ的电位器。
额定功率由下式估算，并取标称值
>=
本例中，
=
W=0.188W，在要求较高场合选用WX105型5KΩ精密线绕电位器（额定功率为1W）。
为输入端滤波电容，可抵消电路的电感效应和滤波输入线窜入的干扰脉冲。
取0.33uF瓷介电容。
是为减小
两端纹波电压而设置的，一般取10uF。
是消振电容，防止输出端负载程电容性时可能出现的阻尼振荡。
根据经验一般取1uF，本例中选1uF、50V的电解电容。
图3.3中D2、为保护二极管，防止反向电压击穿稳压器，其原理与图中D相同。
可选开关二极管IN4148。
图3.3稳压电路
3、整体电路
根据实验要求和以上的分析，按照总体电路图在仿真软件Multisim上一一选择相应的原件并进行连接，然后启动观察。
将电路在Multisim上连接好后，为各个电阻和电容选取适当值，检查无误后，然后打开Multisim的开关，滑动电位器滑片调节输出电压。
通过仿真，得到了我们所要的结果，因此我们得出电路原理图无误，可以制板。
则可得仿真图如图3.4。
仿真结果如图3.5（a）和（b）。
图3.4电路仿真图
（a）
（b）
图3.5电路仿真结果
（a）最小值仿真结果图（b）最大值仿真结果图
3.2原理图设计
通过以上的分析和电路仿真结果可知，电路仿真图已经确认无误，现在可以制作原理图和PCB了，通过对各元件的导入并修改各个元器件的值，可以制的原理图如附件图7.1。
3.3PCB制作
在布线前要在DXP中完成对电路图各个元件的封装。
在封装时，要注意封装的选择，因为对于同一个元件可能有多种封装方式。
封装时根据所给元件的类型选择合适的封装然后对各个元件进行封装。
封装完成后，把原理图导入PCB板。
导入PCB板后，再对元件的位置重新手动摆放，使尽量少的线重叠，以减少布线时的跳线出现。
PCB原件分布已经做好，下面我们就要布线了，布线需要遵守布线规则。
总之，制作好的PCB应满足以下条件：
1、电源线和地线要求采用0.8mm或是0.6mm,如果从两个焊盘中间穿过时用0.4mm或0.3mm。
2、信号线采用0.5mm。
如果从两个焊盘中间穿过时用0.4mm或0.3mm。
3、焊盘的内径用0.9mm或0.85mm。
外径根据需要进行修改，一般为X方向1.6mm，Y方向2.0mm，或是X方向2.0mm，Y方向1.6mm。
但由于我们做的是直流电源，按老师的要求，我们的信号线都采用0.8mm。
制作好的PCB如附件图7.2。
3.4安装与调试
在安装时，我们要注意电解电容以及二极管的极性，耐心的按照PCB图安装好所有的原件，安装好后，按照电路图逐一检查电路有没有差错原件的问题，检查无误后，然后焊接，焊接时要小心不得使焊点短路，不得焊同一个点时间过长以免烧掉原件，焊好后，要用万用表逐一检查有没有虚焊、线路断路或线路短路问题。
在确定线路没有问题的情况下连接电源调试，之后交给老师测试其功能，调节电位器测输出电压值，观察电压是否在要求范围之内，通过测试，达到了预期效果。
4.结果与结论
利用4个1N4001二极管组成的桥式整流管，一个Lm317和一个470uF、一个10uF，一个1uF，一个330nF的电容和一个5KΩ来设计稳压电路，经过仿真，并利用示波器观察波形，得到了一个随着电位器的调节电压随着改变的可调直流稳压电源。
本课程设计的目的要求是设计一种输出电压连续可调的集成稳压电源，输出电压在1.25---15V之间连续可调，输出最大电流可达1A，实物经调试后能在1.25~~15V间连续可调，最大
电流可达1A,满足课程设计要求。
5.收获与致谢
经过两个星期的电子技术课程设计，我收获了很多。
我了解了平时理论学习与实际操作之间的差距。
比如，在焊接时，我都分不清二极管和电解电容的正负极性，通过翻看书籍才清楚。
通过这两周的课程设计，我初步懂得了如何准备课程设计，懂得了怎样设计满足要求的原理图。
在参照参考书设计电路图到完成实物中，我们遇到了许多问题，我们也学到了许多东西，知道选材料时注意电容的最大耐压，知道LM317的使用及其引脚的正确接法，这远比理论学习获得的要实用。
在制作PCB时，要注意很多细节，比如元件的封装，焊盘的内径大小和外径大小，还有线的宽度，这就很大的考验我们仔细认真地态度了，通过本次课程设计，培养了我们认真负责的态度和独立解决问题的能力。
通过本次课程设计，我们学到了很多课本上没有的知识，锻炼了我们动手操作的能力，加深了同学间的友谊，学会了相互合作精神，提高了我们的团体意识，这些都让我们获益匪浅。
毕竟第一次做课程设计，在做设计的过程中难免遇到这样那样的问题，这就要求我们具有不怕困难，迎难而上的勇气。
通过这次课程设计，我发现了自己的不足之处，感觉对以前学过的知识理解不够深刻，不够牢固，这极大地激发了我们的学习兴趣，提高了我们学习的动力。
总之，通过本次课程设计，锻炼了我们动手操作能力，提高了我们的思维能力，培养了我们独立思考的能力。
这次设计过程中我要感谢敬爱的李琪老师，是李琪老师给予我们很大的帮助和指导，感谢老师在本次课程设计过程中给出的宝贵意见和建议，这些在很大程度上避免了我们少走弯路。
在这里，我还要感谢我的搭档们，感谢他们在课程设计中对我所做的帮助。
6.参考文献
[1]童诗白.模拟电子技术基础[M].北京：
高等教育出版社，2006.
[2]谷树忠.AltiumDesigner教程[M].北京:
电子工业出版社，2012.
[3]邱关源.电路[M].北京：
高等教育出版社，2006.
[4]张新喜.Multisim10电路仿真及应用[M].北京:
机械工业出版社，2011.
7.附件
7.1电路原理图
直流稳压电源电路原理图如图7.1所示。
图7.1电路原理图
7.2PCB布线图
PCB布线图如图7.2所示。
7.2PCB布线图
7.3元器件清单
元器件清单如表7.3所示。
表7.3元器件清单
元器件名称
数量
类型
Lm317
1个
二极管
4个
1N4001
二极管
1个
1N4148
电解电容
1个
470uF
电解电容
1个
10uF
电解电容
1个
1uF
电解电容
1个
330nF
电阻
1个
240Ω
输入插座
2个
精密电位器
1个
5K
指导教师评语：
课程设计报告成绩：
，占总成绩比例：
40％
课程设计其它环节成绩：
环节名称：
原理设计，成绩：
，占总成绩比例：
20％
环节名称：
PCB设计，成绩：
，占总成绩比例：
20％
环节名称：
安装调试，成绩：
，占总成绩比例：
20％
总成绩：
指导教师签字：
年月日
本次课程设计负责人意见：
负责人签字：
年月日
升级会员 