12V简易直流稳压电源设计.docx
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12V简易直流稳压电源设计
电工与电子技术课程设计
直流稳压电源设计
专业
班级
姓名
指导教师
日期___
前言
主要内容:
课题名称与技术要求：
设计课题：
串联型晶体管稳压电源
<1>输出直流电压Uo=12V,且连续可调，调节范围±2V
<2>最大输出电流Ilm≤200mA
<3>稳压系数Sr<10%
<4>具有过流保护功能
资料收集与工作过程简介:
在这次课程设计的过程中，我仔细看了课程设计的要求，去逸夫图书馆借了相关的资料，查阅了设计论文的格式样本，比较了各种设计方案的优劣，最终把自己觉得最好的方案的相关参数计算出来。
自从上个学期开始，我们就开始学电工，这学期的模电在实际生活中十分有用，在设计过程中我也发现了许多问题，正如参加飞思卡尔设计电路焊板子一样，我还有很多不足之处。
通过了对该电路的设计，调试，我学会了用整流变压器，整流二极管，滤波电容以及集成稳压器等元件设计直流稳压电源。
这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
摘要---------------------------------------------------------------------4
设计要求---------------------------------------------------------------6
主要器件选择---------------------------------------------------------9
单元电路设计原理，参数计算------------------------------------12
结论与心得体会-----------------------------------------------------17
参考文献--------------------------------------------------------------18
元器件明细表--------------------------------------------------------19
摘要：
直流稳压电源一般由整流变压器、整流、滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下。
变压整流滤波稳压
直流稳压电源一般由直流电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下。
各部分的作用：
（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。
变压器副边与原边的功率比为P2/P1=η，式中η是变压器的效率。
（2）整流滤波电路：
整流电路将交流电压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U0。
常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。
（3）三端集成稳压器：
常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。
常用可调式正压集成稳压器有CW317（LM317）系列，LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。
317系列稳压块的型号很多：
例如LM317HVH、W317L等。
电子爱好者经常用317稳压块制作输出电压可变的稳压电源。
稳压电源的输出电压可用下式计算，Vo＝1.25（1＋R2/R1）。
仅仅从公式本身看，R1、R2的电阻值可以随意设定。
然而作为稳压电源的输出电压计算公式，R1和R2的阻值是不能随意设定的。
317稳压块的输出电压变化范围是Vo＝1.25V—37V（高输出电压的317稳压块如LM317HVA、LM317HVK等，其输出电压变化范围是Vo＝1.25V—45V），所以R2/R1的比值范围只能是0—28.6。
关键字:
变压器整流滤波稳压桥式整流稳压块二极管
设计要求
方案选择
方案1：
可调式三端稳压电源设计
图3.2.1三端可调式稳压器电路原理图
三端稳压电源构成直流可调原理框图如3.2.1所示。
该方案需使用三端稳压芯片CW317作为稳压电路可调部分，其输出电压调整范围宽。
优点：
该方案结构简单，使用方便，干扰和噪音小
缺点：
数字电位器误差较大，控制精度不够高。
方案2：
采用A/D或D/A
采用A/D和D/A构成直流电源的电路如图3.2.2和所示。
采用单片机构成直流电源的电路如图1.3所示，利用AVR单片机自带的D/A口DAC0输出0－2.5V的电压，然后经一级反相放大器和跟随器，此时可以输出0到－5V电压。
但是因为A/D变换器只能采集0到+2.56V的电压，所以再在跟随器后面加一级反相放大器器然后送回到A/D采样，MCU比较发现DAC0输出为正确电压时，则从跟随器后直接输出电压，这样就可以输出0到-5V的电压了。
当需要正相电压时从DAC1口输出电压，这时就不需要反相，其它原理与DAC0相似。
图3.2.2采用D/A和A/D方案的电路原理图
优点：
精确度高，纹波小，效率和密度比较高，可靠性也不错。
缺点：
电路相对复杂，AVR单片机的IO口不能容忍负电压，否则会被损坏。
方案3：
晶体管串联式直流稳压电路
晶体管串联式直流稳压电路。
电路框图如图3.2.3所示，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）。
图3.2.3晶体管串联式直流稳压电路框图
优点：
单纯的电路很简单，易于连接
缺点：
增加辅助电源后电路结构复杂，多采用分立式原件，电路可靠性低
方案4：
采用7805构成直流电源
采用7805构成直流电源的电路如图3.3.4所示，改变RP阻值使7805的公共端的电压在0到－10V之间可调，则7805的输出端电压就可实现-5V－+5V之间可调了。
这种方案是利用了7805的输出端与公共端的电压固定为+5的特性来设计的。
图3.3.47805构成的直流电源电路图
优点：
简单快捷，精确度高
缺点：
存在不好数控的问题
直流稳压电源是电子设备能量的提供者，对直流电源要求是：
输出电压的幅值稳定，平滑，变换频率高，负载能力强，温度稳定性好。
综合以上四种方案，得出结论，第1种方案最可行。
总体设计应该简单耐用。
主要器件选择
直流稳压电源包括变压器，整流，滤波，稳压电路，负载组成。
（1）整流电路：
交流电压转变成单向脉动直流电
a、半波整流
U0=
=
=
U2=0.45U2
b、桥式整流
然而单相桥式整流电路与半波整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求式一样的，并且还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点，因此在次设计中我选用单相桥式整流电路。
在调整管部分，既可以采用单管调整也可以采用复合管调整，但在此设计中要求额定电流lm≤200mA，因此在此设计中我选用单管做调整管。
（2）滤波电路：
经整流后的电压仍具有较大的交流分量，必须通过滤波电路将交流分量滤掉。
尽量保留其输出中的直流分量，才能获得比较平滑的直流分量。
可以利用电容两端电压不能突变或流经电感的电流不能突变的特点，将电容与负载并联，或将电感与负载串联就能起来滤波作用。
（3）稳压电路：
由于滤波后的直流电压Ui受电网电压的波动和负载电流变化的影响（T的影响）很难保证输出电流电压的稳定。
所以必须在滤波电路和负载一直加上稳压电路，才能保证输出直流电压的进一步稳定。
设计方案原理框图,总体电路图，接线图及说明：
交流电网220V的电压通过电源变压器将变为需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。
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。
但这样的电压还是会随电网电压波动、负载和温度等的变化而变化。
因而在整流、滤波电路之后，还须接稳压电路，保证输出的直流电压稳定。
如下图基本电路图所示，220V交流电经变压器产生低压交流电，D1、D2、D3、D4和C构成整流滤波电路，产生20V的直流电压，Rw调整输出电压大小。
（1）稳压过程。
输出电压因某种原因变化时，LM317构成的电压调整器就能够调整输出电压，使其保持恒定。
（2）输出电压调整过程。
Rw用于调整输出电压大小。
当Rw滑动端向上滑时，基极电压Ub就上升，使输出电压变小。
若当Rp滑动端向下滑时，输出电压则会变大。
（3）用317稳压块制作稳压电源时，稳压电源输出的有载电压和空载电压差别较大。
7V；输出电流为0.1～0.5A；工作结温同样分为-55～+155℃，-25～+150℃，0～+125℃三类电压调整率的典型值为0.01％/V，负载调整率的典型值为0.1％，内部含有过流、过热和调整管安全工作区保护电路。
（4）总体电路图：
总体电路图
单元电路设计原理，及参数计算：
电源变压器
电源变压器将来自电网的220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。
如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。
变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，由于变压器存在着铁损与铜损，所以它的输出功率永远小于输入功率[2]。
实际电路中选择一个中间带抽头的多路输出稳压器，其输出电压分别是（交流）12V、18V、20V。
分别对应LM78XX、79XX系列和LM317稳压器。
整流滤波电路
单相桥式整流电路如图所示，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。
单相桥式整流电路常画成图3—3所示的简化形式。
图3—3单相桥式整流电路简化图
结合上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图3-4。
图3—4桥式整流电路的工作波形
由图可见，通过负载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。
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。
稳压电路
由于稳压电路发生波动、负载和温度发生变化，滤波电路输出的直流电压会随着变化。
因此，为了维持输出电压稳定不变，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）等发生变化时，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组成。
采用集成稳压器设计的电源具有性能稳定、结构简单等优点。
集成稳压器的种类很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。
按照输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可以分为正电压输出和负电压输出两种类型。
按照设计要求本设计要用到可调式三端稳压器。
其常见产品有CW317、CW337、LM317、LM337。
其中317系列稳压器输出连续可调的正电压，337系列稳压器输出连续可调的负电压，可调范围为1.2～37V，最大输出电流为1.5A。
集成稳压器的选择
选择集成稳压器：
集成稳压器选用CW317，其输出电压范围为：
U0=1.2~37V，最大输出电流I0max为1.5A。
所确定的稳压电源电路如图4-1所示。
集成稳压器的输出电压
应与稳压电源要求的输出电压的大小及范围相同。
稳压器的最大允许电流
，稳压器的输入电压范围为：
式中，
——最大输出电压；
——最小输出电压；
——稳压器的最小输入电压差；
——稳压器的最大输入电压差；
在电路中，取
，二极管用IN4001
在电路中，R1和Rw组成输出电压调节电路，输出电压U0=1.25（1+Rw/R1），R1取
，流过R1的电流为5~10A。
取R1=200Ω，则由U0=1.25（1+Rw/R1），可求得：
Rwmin=1400欧，Rwmax=2040欧，故取
为2500欧的精密线绕电位器。
选择电源变压器：
即14V+3V≤Ui≤10V+40V
取17V≤Ui≤50V
U2≥Uimin/1.1=17/1.1=15.45V
取
变压器副边电流：
I2≥Iomax=200mA
取I2=200mA
则变压器的副边输出功率
为
P2≥I2U2=3.09W
为留有余地，故选用功率为10W的变压器
所以变压器选用20V/10W的即可。
整流二极管及滤波电容的选择：
由于
，I0max=200mA
IN4001的反向击穿电压
，额定工作电流
，故整流二极管选用IN4001。
式中，
则
则滤波电容C为
由之前模电实验可知，在实际制作过程中采用比理论值小的电容同样能达到很好的滤波效果，因此采用4700μF的电容。
结论与心得体会：
一个学期结束了，在上了这么久的模拟电子技术基础课程，在最后的一次课程设计中，我发现了许多的问题。
发现自己对模拟电子这门课还存在很多的不足之处，理论知识的理解不是很深。
通过对该电路的设计、调试，使我学会运用了用选择器整流二极管、滤波器、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源。
课程设计是培养学生综合运用所学知识发现提出分析和解决实际问题锻炼实践能力的重要环节是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异。
一周，很短，因为每天都有的忙，虽然我不是每天都在忙。
从一开始的一片茫然到现在即将结束，回顾过去的一周，我惭愧的是在即将结束的时候才开始用心去做，但我深刻意识到只要用心去做，就会有意想不到的收获。
这一次的课程设计告诉我生活不是想象中的那么简单。
首先，从课程设计本身来说，我学到了很多东西，巩固了课堂上学到的模拟电子技术的应用知识
这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固
上了半年的课，我觉得还不如这一星期的实训实用,当然!
课本知识是需要积累的,但要运用到过程中才能更好的掌握。
这就就是“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。
”的真实写照吧！
很喜欢这样上课,可以锻炼自己各个方面的能力,希望以后有更多这样的实训机会,最好是走出校园的实训。
参考文献：
1.《电路与模拟电子学》（第二版）
王成华潘双来江爱华编著科学出版社（2007）
2.《MuItisim7电路设计及仿真应用》
熊伟侯传教梁青孟涛编著清华大学出版社（2005）
3.《电子技术基础实验与课程设计》（第二版）
高吉祥主编电子工业出版社（2005）
4.《电子电路设计实验、测试》（第二版）
谢自美主编华中理工大学出版社（2000）
5.《电子技术基础实验研究与设计》
陈兆仁主编电子工业出版社（2000）
6.《模拟电子技术》
胡宴如主编.高等教育出（2000）
7.《电子技术基础—模拟部分》（第四版）
康华光主编高等教育出版社（1998）
元器件明细表：
器件清单表
名称
型号
数量
备注
变压器
24V/10W
1
二极管
IN4001
2
IN5819
4
电解电容
50V/4700μF
1
50V/470μF
5
50V/220μF
4
10μF
1
1μF
1
稳压集成器
LM317
1
可调电位器
W202/2000欧
1
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