可调直流稳压电源1400810409黄健改资料.docx

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可调直流稳压电源1400810409黄健改资料

基础工程设计（论文）说明书

题目：

可调直流稳压电源

院（系）：

电子工程与自动化学院

专业：

测控技术与仪器

学生姓名：

黄健

学号：

1400810409

指导教师：

万春霆

2016年9月8日

摘要

随着科技的发展，电气、电子设备已经广泛的应用于日常、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。

本设计主要用串联型稳压电路设计直流稳压电源，通过相关知识计算出各电路中各个器件的参数，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：

电源；变压器；整流电路；滤波电路；稳压电路。

Abstract

Withthedevelopmentofscienceandtechnology,electricalandelectronicequipmenthasbeenwidelyusedindaily,scientificresearch,studyandotheraspects.Powersupplyasanindispensablepartoftheenergysupplyofelectricalandelectronicequipment,increasingdemand,andthepowerofthefunction,stabilityandotherindicatorsalsoputforwardhigherrequirements.Theresearchanddevelopmentofpowersupplyhasbecomeanimportantpartofnewtechnologyandnewequipmentdevelopment,andplaysanimportantroleinpromotingthedevelopmentofscienceandtechnology.ThemaindesignseriesregulatorcircuitdesignofDCpowersupply,calculatedbytheknowledgeofvariousdeviceparametersinthecircuits,voltageadjustmentcircuitperformancemeetthedesignrequirementsinthecurrentrate,regulation,loadregulation,ripplevoltageindicatorsetc.

Keywords:

Powersupply;transformer;rectifiercircuit;filtercircuit;voltagestabilizingcircuit.

目录

引言1

1方案论证2

1.1设计要求2

1.2方案对比2

2系统组成3

2.1设计思路3

2.2系统框架3

3硬件设计5

3.1选择电源变压器5

3.2选择整流电路中的整流桥5

3.3选择集成三端稳压器5

3.4确定R1、R2的阻值6

3.5滤波电路中滤波电容的选择7

4系统调试7

4.1选择电源变压器7

4.2组合硬件电路的调试及改进9

5结论10

谢辞12

参考文献13

引言

电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。

当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。

随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。

随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。

电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。

只有满足产品标准，才能够进入市场。

随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。

电源可分为交流电源和直流电源，它是任何电子设备都不可缺少的组成部分。

交流电源一般为220V、50Hz电源，但许多家用电器设备的内部电路都要采用直流电源作为供电能源，如收音机、电视机、带微处理器控制的家电设备等都离不开这种电源。

直流电源又分为两类：

一类是能直接供给直流电流或电压的，如电池、蓄电池、太阳能电池、硅光电池、生物电池等，本文不做具体介绍；另一类是将交流电变换成所需的稳定的直流电流或电压的，这类变换电路统称为直流稳压电源。

现在所使用的大多数电子设备中，几乎都必须用到直流稳压电源来使其正常工作，而最常用的是能将交流电网电压转换为稳定直流电压的直流电源，可见直流稳压电源在电子设备中起着主要作用，为设备能够稳定工作提供保证。

220V、50HZ的单向交流电源经电源变压器降压后，再经过整流滤波可获得低电压小功率直流电源。

然而，由于电网电压可以有±10%变化。

为此必须将整流滤波后的直流电压由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。

直流电源电压系统一般由四部分组成，它们分别是电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路。

1方案论证

1.1设计要求

1.两路输出电压为Vo1=5（v），Vo2=-5（v）；

2.一路输出可调，可调范围（1.5~12V）；

3.最大输出电流1A；

4.输出电压纹波Vo～<20mv。

1.2方案对比

方案一：

晶体管串联式直流稳压电路。

该电路中，输出电压UO经取样电路取样后得到取样电压，取样电压与基准电压进行比较得到误差电压，该误差电压对调整管的工作状态进行调整，从而使输出电压发生变化，该变化与由于供电电压UI发生变化引起的输出电压的变化正好相反，从而保证输出电压UO为恒定值（稳压值）。

然而单纯的串联式直流稳压电源电路很简单，但增加辅助电源后，电路比较复杂，由于都采用分立元件，电路的可靠性难以保证。

方案二：

用单片机制作的可调直流稳压电源。

该电路采用可控硅作为第一级调压元件，用稳压电源芯片LM317，LM337作为第二级调压元件，通过AT89CS51单片机控制继电器改变电阻网络的阻值，从而改变调压元件的外围参数，并加上软启动电路，获得0～24V，0.1V步长，驱动能力可达1A，同时可以显示电源电压值和输出电流值的大小。

该电源稳定性好、精度高，并且能够输出±24V范围内的可调直流电压，且其性能优于传统的可调直流稳压电源，但是电路比较复杂，成本较高，使用于要求较高的场合。

方案三：

采用三端集成稳压器电路。

他采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输出电压调整范围较宽，设计电路可实现输出电压从0V起连续可调。

满足1.5～12V可调直流稳压电源电路的设计要求。

根据实验要求，我综合考虑后决定选用第三种方案。

既能满足实验要求，电路也比较简单，成本低。

2系统组成

2.1设计思路

（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。

2.2系统框架

系统框架图就是系统整体功能设计图。

系统框图是由一个一个小框构成的。

一个一个小

框图,是把系统各部分,包括被控对象,控制装置用方框表示,而各信号写在信号线上,一般以

方框的左边为输入,右边为输出构成的；用这种系统框图可以让我们更好的理解本课题。

直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。

一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成。

如图2.1所示：

电源变压器（输入）

图2.1直流稳压电源系统框架图

其中，

（1）电源变压器：

是降压变压器，它的作用是将220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。

变压器的变比由变压器的副边按确定，变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n，式中n是变压器的效率。

（2）整流电路：

利用单向导电元件，将50HZ的正弦交流电变换成脉动的直流电。

图2.2变压整流电路及其波形图

（3）滤波电路：

可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分滤除。

滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压U1。

常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。

图2.3滤波电路及其波形图

（4）稳压电路:

稳压管稳压电路其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。

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LM7805和LM7905，电源变压器选用15Ｖ／25Ｗ。

由于输入电压u1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与固定式LM7805，LM7905。

3硬件设计

3.1选择电源变压器

（1）确定副边电压U2：

根据性能指标要求：

，

;

又

其中：

所以

此范围可任选：

根据

可得变压的副边电压：

（2）确定副边电流

：

又副边电流

取

则

（3）选择变压器的功率

变压器的输出功率：

故选择变压器15V/25W

3.2选择整流电路中的整流桥

因为变压器的伏变电压

桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：

桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为：

3.3选择集成三端稳压器

LM317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。

调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压高得多的纹波抑制比。

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%，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，标准三极管封装。

其电路如图3.1：

图3.1LM317输出特性图

LM317其特性参数：

可调范围为1.25V-37V；最大输出点流为1.5A；输入与输出工作压差为

：

3V-40V。

输出表达式为：

其中，

是集成稳压器件的输出电压，为1.25V。

如图所示，改变R2的值，Uo的值即可改变。

当R2短路时，Uo最小，为

即1.25V；当R2大于零时，Uo都大于

，最大可达37V,如右图所示。

所以选稳压器：

LM317。

LM7805输出为+5V。

LM7905输出为-5V。

3.4确定R0、R1、R2的阻值

LM317电路如图3.2所示：

图3.2LM317电路图

输出电压计算公式　　

（3-1）

带入数据可得

（3-2）

（3-3）

取滑动变阻器：

R2=2000Ω，则

有（3-2）（3-3）可得：

R0=47Ω，R1=240Ω，

3.5滤波电路中滤波电容的选择

（1）求

：

根据稳压电路的稳压系数的定义：

设计要求Vo1=5（v），Vo2=-5（v）Sv1=Sv2=0.5%

Vo～≤20mvUi=16v

代入上式，则可求得

；

（2）求滤波电容C

设定

所以滤波电容：

电路中滤波电容承受的最高电压为

所以所选电容器的耐压应大于20V。

4系统调试

4.1在Multisim中设计的电路图及其仿真图

（1）设计的电路图

图4.1仿真电路图

（2）正端输出仿真图（5V）

图4.2正端+5V电压输出图

（3）负端仿真效果图（-5V）

图4.3负端-5V电压输出图

（4）可调端仿真效果图（1.5-12V）

将滑动变阻器拨到最小阻值时，可以得到最小输出电压1.5V，如图4.4：

图4.4可调端1.5V电压输出图

将滑动变阻器拨到最大阻值2000Ω时，得到最大输出电压12V如下图4.5：

图4.5可调端12V电压输出图

4.2组合硬件电路的调试及改进

安装时，先安装比较小的原件，所以先安装整流电路，在安装稳压电路，最后再装上电路（电容）。

安装时要注意，二极管和电解电容的极性不要接反。

检查无误后，才将电源变压器与整流滤波电路连接，通电后，用万用表检查整流后输出LM317输入端电压Ui的极性，若Ui的极性为负，则说明整流电路没有接对，此时若接入稳压电路，就会损坏集成稳压器。

然后接通电源，调节Rw的值，若输出电压满足设计指标，说明稳压电源中各级电路都能正常工作，此时就可以进行各项指标的测试。

（1）输出电压测试：

可调端输出电压的测量，将万用表打到直流电压档，接到电路的正端输出端，然后给该电路通电,通过调节滑动变阻器的旋钮改变其阻值可改变输出电压，册得可调范围为1.46V~11.3V,与实验要求1.5~12V的设计要求存在较大的误差，随后多次更换电阻使其趋于理论值但仍不理想，最后测得原来是LM317最低输出电压为1.23V与理论值1.25存在误差，苦于元器件有限最终改进结果仅为可调输出1.486V~11.56V。

通过同样的方法可测得正端输出也同样满足设计要求：

+5V。

通过同样的方法可测得负端输出也同样满足设计要求：

-5V。

（2）纹波电压的测试：

纹波电压即叠加在输出电压上的交流电压分量。

用示波器观测器峰峰值，一般为毫伏级；也可用交流毫伏表测器有效值，但因纹波电压不是正弦波，所以又一定误差。

将示波器接到输出端，并将示波器打到毫伏档，观察其纹波电压，通过观察示波器知纹波电压约为2mv,符合设计要求。

（3）过流保护测试：

我在输出端负载上一个阻值为47欧姆电阻测得电流为0.1A，电路正常工作；但当我负载上一条阻值为0.256Ω的长导线时输出电压为0V稳压管短路，具有过流保护作用。

5结论

经过两个星期的学习与实践，我还是把我的课程设计报告完成了。

通过这一次的学习与实践，让我对模电知识更近一步的了解，对模电课程中直流稳压电源这一章所涉及的部分元件有了一定的认识；掌握了选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源，学会了用Multisim仿真软件对直流稳压电源进行调试及各部件主要技术指标的测试。

从选题到画图这个过程并没有发费我太多的时间，因为上学期我才学过DXP画电路板和PCB板，其中老师也教过我们如何画原件封装，所以，这个过程没有给我造成困难。

但是画PCB板关系到之后的印版，所以画PCB板的时候我特意向在行的同学寻求帮助，问他们哪些地方需要改进的。

但仍存在不足的是，容值较大的电容与稳压管的距离靠得太近，导致散热片不能正常接上去，影响了稳压管的散热。

硬件的制作按流程操作并不是很难，我只用了一个晚上的时间，但是由于买不到与仿真等值的元件，难免造成误差，而且由于仿真软件本身的原因也可能造成误差，所以在完成硬件之后，我用万用表测得的正端输出电压是+4.9965V负端输出-5.0226V，与要求的输出电压值存在一定的误差，但是误差不大满足实验要求。

然而在测量可调端时却出现了几个问题，由于电阻发热而造成的输出值出现极小范围内的变小，虽然最后都趋于稳定但这毕竟是我设计上的不足之处，只能先预热后使用。

可调范围为1.486~11.58V与实验要求存在较大的误差，经过我的反复测量，发现LM317芯片的最小输出值为1.23而并非理论值的1.25。

同时可调电阻最大阻值也低于理论值2000Ω仅为1970Ω，这就导致了我在可调端的完成存在较大的误差。

虽然我在后期想尽力补救，但是苦于元器件的缺乏最后也没能完善。

通过这次的基础工程设计，我意识到我们要不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。

最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。

在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！

本次课程设计，培养了我运用互联网查找资料和综合应用课本理论知识解决实际问题的能力。

启发了我，在今后的学习过程中不能懒懒散散，学的要懂不懂，要把课本上的知识学精通，同时也要多学习课外知识来扩张自己的知识面；在计算和动手方面要更加的耐心加细心，才能把事情做得更好；在生活和学习中，要和身边的人团结互助，能帮的就要尽力帮。

相信以后我会以更加积极地态度对待我的学习、对待我的生活。

我的激情永远不会结束，相反，我会更加努力，努力的去弥补自己的缺点，发展自己的优点，去充实自己，只有在了解了自己的长短之后，我们会更加珍惜拥有的，更加努力的去完善它，增进它。

只有不断的测试自己，挑战自己，才能拥有更多的成功和快乐！

Tous,happinessequalssuccess!

快乐至上，享受过程，而不是结果！

认真对待每一个实验，珍惜每一分一秒，学到最多的知识和方法，锻炼自己的能力，这个是我在课程设计中学到的最重要的东西，也是以后都将受益匪浅的！

通过这次课程设计，使我受益很多。

我了解到了理论知识的重要，在今后的学习中一定要加强对理论知识的学习。

但同时我也了解到了实践的重要性，我以后也要多多实践。

巩固了课堂上学到的理论知识，又掌握了常用的硬件使用，并在实践中应用。

在实践中也出现了很多问题，比如焊接有些虚焊，有些短路。

这些都是可以避免的，都是由于不够严谨造成的。

和其他同学经过讨论都得到了解决，也培养了我们解决问题的能力和我们严谨的研究态度。

课程设计进一步锻炼我们在实践课题方面的实际工作能力。

科学技术在应用上得到飞速发展，因此，学习这方面的知识必须紧密联系实际，掌握这方面的知识更要强调解决实际问题的能力。

自己亲自设计一个系统从仿真到编程，让我们学会面对一个实际问题，如何去自己收集资料，如何自己去学习新的知识，并且能够自己去制定解决问题的方案并通过实践不断地去分析和解决前进道路上的一切问题。

谢辞

在本课设的学习过程中，我的导师万春霆老师给了我极大的帮助，从选题到开始设计，从写论文到完成，老师付出了巨大的心力，在此我衷心感谢老师。

同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。

写课设论文是一次再系统学习的过程，课设论文的完成，同样也意味着新的学习生活的开始。

从论文选题到搜集资料，从写稿到反复修改，期间经历了喜悦、聒噪、痛苦和彷徨，在写作论文的过程中心情是如此复杂。

如今，伴随着这篇课设论文的最终成稿，复杂的心情烟消云散，自己甚至还有一点成就感。

我要感谢，非常感谢我的导师万春霆老师。

他为人随和热情，治学严谨细心。

在闲聊中他总是能像知心朋友一样鼓励你，在论文的写作和措辞等方面他也总会以“专业标准”严格要求你，从选题、定题开始，一直到最后论文的反复修改、润色，万老师始终认真负责地给予我深刻而细致地指导，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。

正是万老师的无私帮助与热忱鼓励，我的课设论文才能够得以顺利完成，谢谢万老师。

参考文献

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