小功率可调直流稳压电源的课程设计.docx
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小功率可调直流稳压电源的课程设计
苏州市职业大学
课程设计说明书
名称小功率可调直流稳压电源
2010年6月28日至2010年7月2日共1周
院 系电子信息工程系
班级09微电子
（2）
姓名郑友园
学号097305241
系 主 任曹丰文
教研室主任陈伟元
指导教师陈光红
2.1.5集成稳压器选用时的注意事项………………………………………………………………………11
第一章绪论
1.1电路基本知识
在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流稳压电源供电，小功率的稳压电源是由电源变压器，整流电路，滤波电路和稳压电路等四部分组成。
在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流稳压电源供电，小功率的稳压电源是由电源变压器，整流电路，滤波电路和稳压电路等四部分组成。
功率较小的直流电源大多数都是将50Hz的交流电经过整流、滤波和稳压后获得。
整流电路用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压；滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分，使之成为平滑的直流电压；稳压电路的作用是当输入交流电源电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。
1.2电源变压器
1.2.1电源变压器概述
过整流电路将交流变为脉动的直流电压。
由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤波，从而得到平滑的直流电压。
电源变压器的作用是将交流220V的电压变为所需的电压值，然后同样的电压还随电网电压波动、负载何温度的变化而变化。
1.2.2电源变压器功能
电源变压器的功能是功率传送、电压变换和绝缘隔离，作为一种主要的软磁电磁元件，在电源技术中和电力电子技术中得到广泛的应用。
变压器的功能主要有：
电压变换；阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等。
1.2.3电源变压器的分类
根据传送功率的大小，电源变压器可以分为几档：
10kVA以上为大功率，10kVA～0.5kVA为中功率，0.5kVA～25VA为小功率，25VA以下为微功率。
1.2.4变压器的型式
变压器的最基本型式，包括两组绕有导线之线圈，并且彼此以电感方式称合一起。
当一交流电流（具有某一已知频率）流于其中之一组线圈时，于另一组线圈中将感应出具有相同频率之交流电压，而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链之程度。
一般指连接交流电源的线圈称之为「一次线圈」（Primarycoil）;而跨于此线圈的电压称之为「一次电压.」。
在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压，是由一次线圈与二次线圈问的「匝数比」所决定的。
因此，变压器区分为升压与降压变压器两种。
1.3整流电路的基本知识
1.3.1单相桥式整流电路的工作原理
单相桥式整流电路如图1.3.1（a）所示，图中Tr为电源变压器，它的作用是将交流电网电压vI变成整流电路要求的交流电压，RL是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管D1～D4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可分析如下。
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1.3.1（a）中实线箭头表示。
在v2的负半周，其极性与图示相反，电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1.3.1（a）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。
根据上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如1.3.1（c）。
由图可见，通过负载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。
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。
因此，这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的应用。
电路的缺点是二极管用得较多，但目前市场上已有整流桥堆出售，如QL51A～G、QL62A～L等，其中QL62A～L的额定电流为2A，最大反向电压为25V～1000V。
故单相桥式整流电路常画成图1.3.1（b）所示的简化形式。
图1.3.1（a）图1.3.1（b）
图1.3.1（c）
1.4直流稳压电路工作的原理
实用的串联型稳压电源至少包含调整管、基准电压电路、取样电路和比较放大电路四个部分组成。
此外，为使电路安全工作，还常在电路中加保护电路，如图所示。
图1.4串联型稳压电路方框图
1.4.1串联型稳压电路的工作原理
基本调整管电路：
如下图1.4.1（a）所示为稳压管稳压电路，负载电流最大变化范围等于稳压管的最大稳定电流和最小稳定电流之差，即（IZM-IZ）。
扩大负载电流的最简单方法是：
利用晶体管的电流放大作用，将稳压管稳定电路的输出电流放大后，再作为负载电流。
电路采用射极输出形式，因而引入了电压负反馈，可以稳定输出电压，如图1.4.1（b）所示，常见画法如图1.4.1（c）所示。
（a）稳压管稳压电路（b）加晶体管扩大负载电流的变化范围（c）常见画法
图1.4.1基本调整管稳压电路
扩大负载电流的最简单方法是：
利用晶体管的电流放大作用，将稳压管稳定电路的输出电流放大后，再作为负载电流。
电路采用射极输出形式，因而引入了电压负反馈，可以稳定输出电压，如图（b）所示，常见画法如图（c）所示。
调整管：
晶体管的调节作用使UO稳定，晶体管称为调整管。
要使调整管起到调整作用，必须使它工作在放大状态。
串联稳压电源：
由于调整管与负载相串联，故称这类电路为串联型稳压电源。
线性稳压电源：
由于调整管工作在线性区，故称这类电路为线性稳压电源。
1.4.2具有放大环节的串联稳压电路
★电路构成
基本调整管稳压电路的输出电压不可调，且输出电压因UBE的变化而变，稳定性较差。
为了使输出电压可调，加深电压负反馈，可在基本调整管稳压电路的基础上引入放大环节。
电路如下图所示，由调整管、基准电压电路、取样电路和比较放大电路组成。
图1.4.2具有放大环节的串联稳压电路
★稳压原理
当电网电压波动（或负载电阻的变化）使输出电压UO上升时，取样电压UN增大，由于稳压管的电压UZ不变，运放的输入电压UNP（=UN-UP=UN-UZ）增大，使A的输出减小（即调整管的基极电位降低），而使调整管T的c-e压降低增大，从而调节输出电压UO（=UI-Uce）减小。
使输出电压得到稳定。
可见，电路是靠引入深度电压负反馈来稳定输出电压
★输出电压的可调范围
当电位器R2的滑动端在最上端时，输出电压最小为
当电位器R2的滑动端在最下端时，输出电压最大为
若R1=R2=R3=300Ω，UZ=6V，则输出电压9V≤UO≤18V。
★调整管的选择
在串联型稳压电路中，调整管是核心元件，它的安全工作是电路正常工作的保证。
调整管一般为大功率管，因而选用原则与功率放大电路中的功放管相同，主要考虑其极限参数ICM、U（BR）CEO和PCM。
◆ICM的选取
调整管中流过的最大集电极电流为
ICmax=ILmax+IR1
其中ILmax为负载电流最大额定值，IR1为取样、比较放大和基准环节所消耗的电流，通常R1上的电流可忽略，所以
ICMILmax
◆击穿电压的选取
当电网电压波动±10%时，稳压电路输入电压UI到最大值UImax，同时输出电压又最低时，调整管承受的管压降最大，所以要求调整管击穿电压为
U（BR）CEOUImax-UOmin
◆功率PCM的选取
调整管可能承受的最大集电极功耗为。
PCmax=UCEmaxICmax=（UImax-UOmin）ICmax
UImax是考虑到电网电压波动±10%时，稳压电路输入电压的最大值，UOmin是输出电压的最小额定值。
所以要求
PCM（UImax-UOmin）ILmax
第二章元器件介绍
2.1三段可调稳压器
三端可调输出集成稳压器是在三端固定输出集成稳压器的基础上发展起来的，机成片的输入电流几乎全部流到输出端，流到公共端的电流非常小，因此可以用少量的外部元件方便的组成机密可调的稳压电路，应用更为灵活。
典型产品CW117、CW217、CW317系列为正电压输出，负电源系列有CW117、CW217、CW317等。
2.1.1LM317的介绍
LM317 是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。
我国和世界各大集成电路生产商均有同类产品可供选用，是使用极为广泛的一类串连集成稳压器。
LM317 的输出电压范围是1.2V至37V，负载电流最大为1.5A。
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。
LM317 内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。
通常 LM317 不需要外接电容，除非输入滤波电容到LM317 输入端的连线超过 6 英寸（约 15 厘米）。
使用输出电容能改变瞬态响应。
调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。
LM317系列由于其输出电压可调，同时其有较高的稳压精度、较高的纹波抑制比和较好的输出电压温度特性，而得到了广泛的应用。
特性简介：
*可调整输出电压1.2V~37V
*最大输出电流1.5A
*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。
图2.1.1（a）引脚的分布
1，2脚之间为1.25V电压基准。
保证稳压器的输出性能，R1应小于240欧姆。
改变R2阻值即可调整稳压电压值。
D1，D2用于保护LM317。
电源板尺寸:
10CM*5.5CM
电压范围:
LM317可 1.25V 至 37V 连续高精度微调
变压器要求:
12V~24V AC
电路应用
对电源要求实现高精度供电的电路，其内阻小，电压稳定，噪音极低，输出纹波小（输出端仅用100uf），能有效的保证NE5532、NE5535等音响电路的高度稳定工作，提高瞬态特性和高频特性。
图2.1.1（b）LM317内部结构示意图
2.1.2LM317的测试方法
在直流稳压电源通电测试之前，必须认真对安装电路进行下列事项的检查。
（1）在电源变压器的绝缘电阻进行检测，以防止变压器漏电，危及人身和设备的安全。
一般采用兆欧表测量一，二次绕线组之间，各绕组与接地屏蔽层之间，以及绕组与铁心之间的绝缘电阻，其值不应小于1000M欧，如果用万用表高电阻挡检测，则其指示电阻均应为无穷大。
（2）电源变压器的一次和二次绕组不能搞错，否则将会造成变压器的损坏和电源故障。
（3）二极管的引脚（或整流硅管的引脚）和滤波电容器的极性不能接反，否则将会损坏元器件。
（4）三端稳压器的输入，输出和公共端一定要识别清楚，不能接错。
特别是公共端不能开路，一旦开路。
输出端U。
很可能接近U1，导致负载损坏。
（5）检查负载端不应该有短路现象。
直流稳压电源的调整测试一般分三步进行，即空载检查测试，外载检查测试和质量指标测量。
下面以图2.1.2所示电路为例说明如下。
图2.1.2固定输出集成电路直流稳压电源电路
2.1.3空载检查测试
将图2.2.1中的A点断开。
接通220V交流电压，用万用表交流电压挡测量变压器两次交流电压值，其值符合设计值。
若偏高或偏低，则可通过改变电源变压器的二次绕组的抽头进行调整。
然后检查变压器的温升，若变压器短期通电后温度明显升高，甚至发烫，则说明变压器质量较差，不能使用。
这是由于一次侧绕组过少（或铁心叠厚不够）致使变压器一次侧空在电流过大而引起的。
若变压器性能正常，则可以进行下一步测试。
将图2.2.1中的A点接通，B点断开，并接通220V交流电压，观察电路有无异常现象（如整流二极管是否发烫等），然后用万用表直流电压挡测整流滤波电路输出的直流电压U1，其值应接近于1。
4U2（U2为电源变压器二次测交流电压的有效值）。
否则应断开220V交流电压，检查电路，消除故障后再进行通电测试。
电压测量正常后，应断开负载RL，，接通B点后再接通220V交流电压，测量集成稳压器的输出电压U。
，其值应为设计值。
若集成稳压电路采用三端固定输出集成稳压器，则U。
应为集成稳压器的额定输出电压；若采用三端可调输出集成稳压器，则调节取样电路可变电阻时，U。
应跟随变化，且其变化范围应符合设计值。
否则应切断电源进行检查，消除故障后再进行测试。
最后检查稳压器输入，输出端之间的电压差，其值应大于最小电压差。
2.1.4加载检查测试
上述检查符合要求后，则稳压电路工作基本正常，此时可接上额定负载RL并调节输出电压，使其为额定值（固定输出稳压器不需调节），测量U2，U1，U。
的大小，观察其是否符合设计值（此时U2，U1的测量值要比空载测量值略小，且U1≈1．4U2，而U。
基本不变），并根据U1，U。
及负载电流I。
核算集成稳压电路的功率是否小于规定值。
然后用示波器观察B点和C点的纹波电压，若纹波电压过大，则应检查滤波电容是否接好，容量是否偏小或电解电容是否已失效。
此外，还可检查桥式整流电路四只二极管特性是否一致。
如有干扰或自激振荡（其频率与50HZ，100HZ不同），则应设法消除。
2.1.5集成稳压器选用时的注意事项
①在选择集成稳压器时，应该兼顾性能、使用和价格几个方面。
性能指标主要根据负载电压电流的大小、调整率的高低以及工作稳定范围的宽窄来选。
②对电源精度要求较高的电子产品（例如通信设备、航空设备、高档仪器仪表等）的稳压电源电路及使用电池供电的稳压电路，可选用低压差、低功耗的集成稳压器。
对输出电压需要关断控制的稳压电源电路，应选用多端可控式集成稳压器，五端集成稳压器。
对需要同时生产+5V输出电压和复位电压的电源电路，可选用L78LR05、L78MR05等集成稳压器。
对需要多组不同输出电压的电源电路，可选用八端集成稳压器。
③选择集成稳压器的主要参数确定集成稳压器的类型后，还应根据负载电路选择集成稳压器的主要参数，包括输入电压、输出电压、输出电流、压差、电压调整率、电流调整率等。
所选集成稳压器的输入电压应与整流滤波电路的输出电压（或电池的电压）相适应，其输出电压应与负载电路的工作电压值相同，其输出电流应大于负载电路的最大工作电流（要留有一定的功率余量）。
要根据应用电路的电压极性选择正确的输出电压，即集成稳压器的输出电压极性应与应用电路的的电压极性相同。
2.1.6所用元器件
名称
参数
数量
C1
3300uF/50v
1
C2
0.01uF
1
C3、C5
220uF/50v
2
C4
0.1uF
1
D1—D4
1N4007
4
D5-D6
1N4001
2
LED
1
R1
2K
1
电位器R2
2.2K
1
R3
120欧姆
1
R4
2.2K
1
R5
200K
1
U1
LM317
1
焊板
60mm*80mm
1
保险丝插座
2A
1
第三章稳压源的技术指标及稳压电源的要求
3.1小功率可调直流稳压电源电路的布线图及原理图
小功率可调直流稳压电源电路布线图
小功率可调直流稳压电源电路原理图
第四章实验总结
这次的小功率可调直流稳压电源的课程设计是我们大学以来的首次课程设计，因此对于这个，我是很感到陌生的，但是经过这几天的时间我们都已经对此有了一个较为深刻的理解。
当然，通过这次的课程设计我们也对小功率可调直流稳压电路有了很深的理解，对于一些元器件比如二极管、三端集成稳压器有了一种由抽象文字的理解到了一种应用的实体认识，从中我们得到了实践的乐趣。
课程设计是理论和实践的结合，从设计原理图，到对原理图的理解，再到电路板的布线设计，接着是电路板的焊接，最后是电路板的调试，这中间都有一定的跨度的，我们要做的就是把中间环节连接起来，把原理图变为实物图。
然后在此基础上还要注意到实体的美观性，注意整体的布局，使其协调美观。
焊接电路板的过程是检查我们焊功的过程，首先我先按照在电路板上用铅笔画的电路图，把元器件先放上去，然后是将元器件的脚全部放倒焊接，虽然是焊接的十分牢固但是在焊点的美观上做不到十分的完美。
但是，先将元器件焊好一可以防止元器件在焊接的过程中脱落，二则可以再布线的过程中免去很多不必要的麻烦可以将电路布置的十分美观，避免交差的的出现。
而且，相对于布置电路板而言，对于焊接还要考虑焊接时间的长短，因为烙铁温度的极高，如果焊接时间较长，一则可能导致焊盘直接脱落，二则导致元器件烧坏，因而在焊接的时候应该注意焊接时间的长短。
再则是焊接的时候，应该将烙铁头先镀上一层锡，因为在焊接的过程中我发现，有的时候因为焊接时间比较长，镀上的锡在刮的过程中脱落而导致焊点不够圆润。
不够美观，同时还会浪费大量的锡。
而焊接之前最好用松香过下焊头，否则焊出来的焊点会变得十分尖锐，一则不够美观，二则会刺伤自己。
所以在焊接的过程中一定要注意。
调试这一环节是检验我们之前所有阶段成果的时候，所以在调试之前我们的心里都非常的忐忑，大家都在祈祷，希望自己的板子能调试成功，所以此时的大家比之焊接电路的时候更为紧张，在此过程中我就出了一些状况，可能是布线的时候比较粗心，我把一个两千欧的电阻和一个一百二十欧电阻的位置给颠倒了，所以，很不幸，在调试的时候一百二十欧的电阻就被烧了，幸亏还可以弄到一百二十欧的电阻，使我的电路板得到挽救。
所以在前期的准备工作中一定要细致。
这次的课程设计使我锻炼了理论与实践相结合的能力，在焊功上我也有很大的提升。
当然在此过程中我也发现了许多的不足，不论是在专业知识上还是在习惯问题上，所以我会认真总结，不断自省，以期做到不断完善！
参考文献
1、胡宴如《模拟电子技术》高等教育出版社
2、《变压器原理和常识》
3、《单相桥式整流工作原理》
:
81/course/hep/monidianzijishujichu/Ch10/1010102/1010102XX_01.htm
4、《CW317》
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