可调电源的课程设计资料.docx

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可调电源的课程设计资料

引言…………………………………………………………………..2

电路设计要求……………………………………………………………………3

Lm317简介…………………………………………………………………….3

电路实现原理……………………………………………………………………4

工作原理及电路参数………………………………………………………5

变压器……………………………………………….5

整流电路……………………………………………………..5

滤波电路…………………………………………………..6

稳压电路……………………………………………………9

保护电路………………………………………………….10

实际设计电路及元件………………………………………………………………………11

改进及发展电路……………………………………………………………………………….12

心得体会…………………………………………………………………………………………13

引言

在电子线路的相关应用中，电源是其必不可少的部分，电源系统质量的优劣和性能的可靠性直接决定着整个电子设备的质量。

直流稳压电源作为直流能量的提供者，在各种电子设备中有着极其重要的地位，它的性能良好与否直接影响到电子产品的精度、稳定性和可靠性。

随着电子技术的日益发展，电源技术也得到了很大的发展，它从过去一个不太复杂的电子线路发展到今天具有较强功能的模块。

人们对电源的质量、功能和性能要求也随之变得越来越高。

本文介绍一种以可调式稳压器为核心组成的正负输出可调的直流稳压电源。

该电源主要由电源变压器、单相桥式整流电路、滤波电路和稳压电路等部分所组成。

单向交流电经过这几部分电路后即可转换成正负输出可调的稳定直流电压。

在本电源设计中，不仅制作了实用的稳压电源，更是结合单片机原理、汇编语言等学科，提高电源的性能和功能，使电源设备功能更加完善，使用方便，显示直观。

初步实现了电子产品的体积小、功能多、性能高、价格低、智能化等方面的功能。

电路的设计：

设计目标：

制作一个可调范围为2-9v的直流稳压可调电源；

要求：

2-9v连续可调；

核心器件：

LM317集成稳压器。

LM317简介

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能够有许多特殊的用法。

比如把调整端悬浮到一个较高的电压上，可以用来调节高达数百伏的电压，只要输入输出压差不超过LM317的极限就行。

当然还要避免输出端短路。

还可以把调整端接到一个可编程电压上，实现可编程的电源输出。

317稳压块存在一个最小稳定工作电流的问题，可以通过设定R1和R2阻值的大小，而使317稳压块空载时输出的电流大于或等于其最小稳定工作电流，从而保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。

此时，只要保证Vo/（R1＋R2）≥1.5mA，就可以保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。

上式中的1.5mA为317稳压块的最小稳定工作电流。

当然，只要能保证317稳压块在空载时能够稳定地工作，Vo/（R1＋R2）的值也可以设定为大于1.5mA的任意值。

经计算可知R1的最大取值为R1≈0.83KΩ。

又因为R2/R1的最大值为28.6。

所以R2的最大取值为R2≈23.74KΩ。

在使用317稳压块的输出电压计算公式计算其输出电压时，必须保证R1≥0.83KΩ，R2≤23.74KΩ两个不等式同时成立，才能保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。

当然在317稳压块的输出端并联泄流电阻R，也可以为317稳压块提供最小稳定工作电流。

但是，由于并联的泄流电阻不能随输出电压的变化而变化，如果要保证317稳压块在输出电压为1.25V时，其输出电流大于其最小稳定工作电流，则在317稳压块的输出电压为37V时，流过泄流电阻的电流就太大了，这样不仅浪费了电能，而且增加了317稳压块的负担，不是一种妥当的办法。

直流稳压电源的实现原理

本设计电路主要采用三端可调式集成稳压器LM317，构成正负输出可调的稳压电源电路。

本电源电路的原理框图如图1所示，其主要由变压器、整流、滤波、稳压、等部分所组成。

电路工作原理分析

（1）电源变压器

由于电源变压器的副边电压有效值将决定后面电路的需要，所以在此应选择输出电压有效值为12V的电源变压器。

（2）整流部分

     该设计采用单相桥式整流电路。

其由四只二极管组成，其构成原则就是

保证在变压器副边电压u：

的整个周期内，负载上的电压和电流方向始终不变。

为达到这一目的，需要在Uz的正、负半周内正确引导流向负载的电流，使其方向不变，设变压器副边两端分别为a和b，则a为“+”b为“一”时应有电流流出a点，a为“一”b为“+”时应有电流流入a点；相反，a为“+”b为“一”时应有电流流入b点，因而a和b点均应接两只二极管，以引导电流，具体电路原理如图2所示

如果桥式整流电路变压器副边中点接地，就应将两个负载电阻相连接且连接中点接地。

根据桥式整流电路的工作原理，当a点为“+”b点为“一”时，Dl、D3导通，D2、D4截止，U01=U2，U02=一U2；而当b点为“+”a点为“一”时，D2、D4导通，D1、D3截止，U01=一U2，U02=U2，这样两个负载上就分别获得正、负电压。

若设变压器副边电压u2=U2sinwt，U2为其有效值。

当u2为正半周时，电流由a点流出，经Dl、RL、D3流入b点，因而负载电阻RL上的电压等于变压器副边电压，即uo=u2，D2和D4管承受的反向电压为一u2。

当u2为负半周时，电流由b点流出，经D2、RL、D4流入a点，负载电阻RL上的电压等于一u2，即uo=一u2，D1、D3承受的反向电压为u2。

这样，由于D1、D3和D2、D4两对二极管交替导通，致使负载电阻RL上在u2的整个周期内都有电流通过，而且方向不变，则输出电压uo=|U2sinwt|。

（3）滤波电路

经过整流后的直流电幅值变化很大，会影响电路的工作性能。

可利用电容的“通交流，隔直流”的特性，在电路中并人两个并联电容作为电容滤波器，滤去其中的交流成分。

电容滤波电路是最常见也是最简单的滤波电路，在整流电路的输出端（即负载电阻两端）并联一个电容即构成电容滤波电路。

滤波电容容量较大，因此一般均采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正负极。

电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。

如果将两个滤波电容相连接，且连接点接地，就可同时得到输出电压平滑的正负电源。

在理想情况下，变压器副边无损耗，二极管导通电压为零，所以电容两端电压相等。

而当其上升到峰值后开始下降，电容便通过负载电阻放电，其电压也开始下降，趋势与电容两端电压基本相同。

但是由于电容按指数规律放电，所以当其下降到一定数值后，电容将继续通过负载放电，电容两端电压按指数规律缓慢下降。

总之，在电容充电时，回路电阻为整流电路的内阻，即变压器电阻和二极管的导通电阻，其数值很小，因而时间常数很小。

电容放电时，回路电阻为RL，放电时间常数R。

。

C通常远大于充电的时间常数。

因此滤波效果取决于放电时间。

电容愈大，负载电阻愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大。

换言之，当滤波电容容量一定时，若负载电阻减小（即负载电流增大），则时间常数RLC减小，放电速度加快，输出电压平均值即下降，且脉动变大。

故在此选择一个滤波电容2200。

输出电压的平均值U似蝴与放电时间常数RLC有关。

RLC越大，电容器放电速度越慢，则输出电压所包含的纹波成分越小，U驭四越大。

为获得平滑的输出电压，一般取放电时间常数为:

式中：

T为交流电的周期，在滤波电路放电时间常数满足上式的关系时，可用下式对输出电压的平均值约为电容两端电压的1．2倍。

滤波电路输出电压波形难于用解析式来描述，近似估算时，其波形近似为锯齿波，此时脉动系数S可按下式近似估算，其中T为电网电压的周期。

当滤波电容选定后，输出电压平均值U0和输出电流平均值I0的关系称为输出特性，脉动系数S和输出电流平均值I0的关系称为滤波特性。

电容滤波电路如图3

（1）。

输出特性和滤波特性如图3

（2）所示。

                  图3

（1）电容滤波电路图

                        图3

（2）输出特性级滤波特性

曲线表明，电容愈大电路带负载的能力愈强，滤波效果愈好；电流平均值愈大（即负载电阻的RL愈小），电压平均值愈低，S的值愈大。

为减小输出电压的脉动成分，采用的滤波电容器的容值越大越好，交流电源的频率越高越好。

目前在计算机、电视机等电子设备中采用了高频整流电源，它的滤波电容的容量就比50赫兹工频交流电的滤波电容小得多。

（4）稳压部分

集成串联型稳压电路有三个引脚，分别为输入端，输出端和公共端，因而称为三端稳压器。

按功能可分为固定式稳压电路和可调式稳压电路；前者的输出电压不能进行调节，为固定值；后者可通过外接元件使输出电压得到很宽的调节范围。

便于实时控制，此设计采用可调式三端稳压器LM317。

LM317可调式三端稳压器有三个引出端，分别为输入端、输出端和电压调整端（简称调整端）。

调整端是基准电压电路的公共端，其典型值为1．25V。

其典型线性调整率为0.01％，负载调整率为0.1％，80dB的纹波抑制比，其工作温度范围为o℃至+125℃。

LM317可调式三端稳压依靠外接电阻来调节输出电压的，为保证输出电压的精度和稳定性，要选择精度高的电阻，同时电阻要紧靠稳压器，防止输出电流在连线上产生误差电压。

（5）保护电路

为了减小电位器上的纹波电压，可在其上并联了一个lo的电容，由于电容容量较大，一旦输入端断开，电容将从稳蘸器输出端向稳压器放电，易使稳压器损坏，因此在稳压器的输入端和输出端之间跨接一个二极管，并置在输出短路时，曦套将向稳压器调熬端放电，并使调整管发射结反偏，为了保护稳压器，故加一个二极管。

利用电容可以抵消输入线较长时的电感效应，以防止电路产生壹激振荡，其容量较小，一般小于1，故在此选择0.1vf。

三极管9031，如没有三极管，当电位器W1中心抽头接触不良的时候，LM317即相当于悬空，这时它输出的电压即等于电源整流滤波的电压，有可能瞬间烧坏负载。

加上三极管后，那怕W1中心抽头出现接触不良时悬空，但W1的总电阻即会给三极管一个偏置，三极管饱和导通，LM317的输出电压即为零。

另外，当电位器正常未出现接触不良时，三极管是没有偏置，是不工作的。

在实际的设计中，由于原件缺少，在考虑其整体性能尽量不降低的情况下，用其他的代替，经multisim仿真确定其性能不受影响。

名称

型号

数量

电阻

700欧，变阻器5k，500欧

1,1,1

电容

1mf，0.1vf，330vf

1,2,1

二极管

1n4007，LED

6,1

三极管

9031

1

稳压芯片

Lm317

1

变压器

220-12

1

工作原理：

通过调节电位器的大小，可在输出端得到2-9v连续变化的输出电压，LED作为指示灯。

本次作品缺点在于输出电压范围小，不容易调到一个准确度的电压值，在实际生活中，我们常用的电源电压为3，4.5，6，9，12，15，18，21，24，所以设计出一种最方便的方案，如下：

通过调节开关的档位可调节输出电压为常用电压值。

心得体会

这是第一次自己完成一个电路从设计到焊接，再到编辑文档，与平时理论学习有很大区别，虽然电路很简单但是却花费了很长时间，原因是实际中会出现很多理论中碰不到的问题，很琐碎，很麻烦，只能尽量做到细心，认真，犯过的错误铭记在心，下一次就不会再犯了。

首先，第一个错误是误认为lm317的管脚和自己曾经用的7809管脚相同，经过一次错误焊接得不到正确的输出电压后，才分析出来这个问题。

这就是经验不够却自认为有经验的结果。

其次，在焊接过程中常常出现焊不上的问题，后来学会了使用焊锡膏，慢慢就熟练了，只是电路的布局还是欠缺很多。

最后，对lm317有了深刻的认识。

317稳压块都有一个最小稳定工作电流，有的资料称为最小输出电流，也有的资料称为最小泄放电流。

最小稳定工作电流的值一般为1.5mA。

由于317稳压块的生产厂家不同、型号不同，其最小稳定工作电流也不相同，但一般不大于5mA。

当317稳压块的输出电流小于其最小稳定工作电流时，317稳压块就不能正常工作。

当317稳压块的输出电流大于其最小稳定工作电流时，317稳压块就可以输出稳定的直流电压。

如果用317稳压块制作稳压电源时，没有注意317稳压块的最小稳定工作电流，那么制作的稳压电源可能会出现下述不正常现象：

稳压电源输出的有载电压和空载电压差别较大。

要解决317稳压块最小稳定工作电流的问题，可以通过设定R1和R2阻值的大小，而使317稳压块空载时输出的电流大于或等于其最小稳定工作电流，从而保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。

此时，只要保证Vo/（R1＋R2）≥1.5mA，就可以保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。

上式中的1.5mA为317稳压块的最小稳定工作电流。

当然，只要能保证317稳压块在空载时能够稳定地工作，Vo/（R1＋R2）的值也可以设定为大于1.5mA的任意值。