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直流集成稳压电源设计
摘要
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。
变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。
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。
本设计主要采用输出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12V---24V可调。
稳压电源的电路有许多种形式，即有分立元件组成又有集成稳压器加上一些外围元件组成，即有固定式的，又有可调式的。
本设计按指标要求选用具有成本低、性能指标高、可靠、使用简单、安装调试方便等优点的集成稳压器LM317组成的稳压电源电路。
关键词：
直流 稳压 变压 LM317
目录
第1章设计任务与要求1
第2章方案与论证1
2.1稳压电源组成：
1
2.2整流电路2
2.3滤波电路2
2.4稳压电路3
2.5保护电路3
第3章单元电路设计与参数计算3
3.1电源变压器3
3.2整流电路3
3.3选择集成三端稳压器5
3.4选择电源变压器6
3.5选用整流二极管滤波电容7
3.6滤波电容7
3.7保护二极管选择8
3.8R1、R2的选择8
第4章安装与仿真8
第5章调试与性能分析11
第6章结论与心得12
第7章参考文献12
第1章 设计任务与要求
采用LM317三端集成稳压器设计一稳压电源，其性能指标如下：
（1）输入交流电压220V（50HZ），输出电压
最大输出电流
（2）电网电压波动±10%，输出电压相对变化量2%。
稳压系数
。
（3）内阻
（4）工作温度25-44℃
（5）有过流保护电路，当负载电流超过1.5IL时过流保护电路工作。
第2章 方案与论证
直流集成稳压电源设计思路：
（1）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，但其幅度变化大（即脉动大）。
（3）脉动大的直流电压经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电。
（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。
2.1稳压电源组成：
电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路
稳压电源组成如图2-1所示。
+电源+整流+滤波+稳压+
u1u2u3uIU0
_变压器_电路_电路_电路_
图2-1 稳压电源图
稳压电源整流与稳压过程如图2-2所示。
U1U2U3U4
0t0t0t0t
图2-2 稳压过程图
2.2整流电路
单相桥式整流电路：
使用的整流器件较全波整流时多一倍，整流电压脉动与全波整流相同，每个器件所承受的反向电压为电源电压峰值，变压器利用率较全波整流电路高。
电路如图2-3所示。
图2-3 稳压过程图
2.3滤波电路
电容滤波电路：
电容滤波电路的输出电压在负载变化时波动较大，它的负载能力比较差，只是用于负载较轻且变化不大的场合。
电路图如图2-4所示。
图2-４ 稳压过程图
2.4 稳压电路
因为设计要求可调式直流稳压器，所以应用可调式稳压芯片设计电路。
2.5 保护电路
采用二极管防止电路短路，损坏原件。
第3章 单元电路设计与参数计算
3.1 电源变压器：
电源变压器是将交流220V的电压变为所需要的电压值，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。
3.2 整流电路：
整流电路常采用二极管的单相全波整流电路。
在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3,D4截止；在u2的负半周内，二极管D3,D4导通，D1,D2截止。
正负半周内部都有电流流过的负载，且方向是一致的。
电路的输出波形如图3-1所示。
图3-1 原理电路图
在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即。
电路中的每只二极管承受的最大反向电压为
（U2是变压器副边电压有效值）。
在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。
选择电容滤波电路后，直流输出电压：
Uo1=（1.1～1.2）U2，直流输出电流：
.（I2是变压器副边电流的有效值）,稳压电路可选集成三端稳压器电路。
总体原理电路如图3-2所示。
图3-2 总体原理图
图3-3 稳压过程图
3.3选择集成三端稳压器：
因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器。
我选用LW317。
LM317其特性参数：
输出电压可调范围：
1.2V～37V
输出负载电流：
1.5A
输入与输出工作压差ΔU=Ui-Uo：
3～40V
能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路如图3-4所示。
图3-４ LM317组成稳压电路图
图3-5 LM317组成稳压电路图
3.4选择电源变压器：
电源变压器的作用是将220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。
变压器副边与原边的功率比为P2/P1=η，式中η是变压器的效率。
一般小型变压器的效率如表3-1所示。
表3-1小型变压器的效率
副边功率
效率
0.6
0.7
0.8
0.85
因此，当算出了副边功率
后，就可以根据上表算出原边功率
。
由于LM317的输入电压与输出电压差的最小值
，输入电压与输出电压差的最大值
，故LM317的输入电压范围为：
即
，取
变压器副边电流：
取I2=1A
因此，变压器副边输出功率：
P2≥I2U2=25W
由于变压器的效率
，所以变压器原边输入功率
≥
=31W，为留有余地，选用功率为35w的变压器。
3.5选用整流二极管滤波电容：
二极管的选择：
，
。
1N5408的反向击穿电压为1000V，额定工作工作电流ID=3A≥1A，故整流二极管选用1N5401。
3.6滤波电容：
滤波电容选择：
和公式RC=（3~5）T/2可求得：
R=Uo/I=30Ω
C=（3~5）
=
=1000uF~1670uF
电容的耐压要大于
U2=
×24≈33.9V，故滤波电容C取容值为1800uF，压为35V电解电容。
3.7保护二极管选择：
因为输出最大电流1A，所以保护二极管选用IN4007，反向击穿电压为1000V，额定工作工作电流ID=1A
3.8R1、R2的选择
R1、R2的选择LM317输出端与调整端之间有固定不变的基准电压Uref为1.25V，调整端输出电流Iad=50uA,且十分稳定。
R1跨接在输出端与调整端之间，一般用LM317组成的输出电压连续可调的集成稳压电源，由于内部参数所限，其最小电流一般不得小于5mA,所以R1max=Uref/5mA=190Ω,取200Ω，R2为输出电压调节电阻。
对电路分析和一些已知参数可得：
Uo=Uref（1+R2/R1）=1.25（1+R2/R1）得R2=3640Ω,因R2是调节电阻即调节R2就可改变输出电压，故R2选5KΩ的电位器。
第4章安装与仿真
按PCB图所示焊接。
焊接时，先固定原件，在焊接导线，先安装比较小的元件，所以先安装整流电路，再安装稳压电路，最后再装上滤波电容。
安装时要注意，二极管和电解电容的极性不要接反。
接通电源，用数字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。
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。
具体的仿真调试图如下3-4所示。
图3-４ LM317仿真调试图
图3-４ LM317组成稳压电路图
变压器副边电压波形（输入波形）
图3-４ LM317组成稳压电路图
整流波形
滤波波形
输出波形（18V）
第5章调试与性能分析
（1）先调试输出电压，由12V~24V，由于滑动变阻器过大，使输出电压上限增加，符合要求。
（2）测内阻ro：
保持输入电压220V，在输出电流分别为0.8A和0A时，测出相应的输入电压Uo,按ro=∣△Uo/△Io∣计算稳压电源的内阻。
（3）根据电路要求选出元件在仿真软件上进行测试，测试前检查电路中是否有错接、漏接处。
尤其是R1、R2连接是否正确，因为稳压电路是靠外接取样电阻来调节输出电压的，所以R1、R2连接是否正确直接影响稳压性能。
（4）电路输入端接自耦调压器、输出端接滑线变阻器做负载电阻，稳压器的散热安装可靠后方能调试。
先测试电压调整范围，其方法：
电路输入调R2从高最小调至最大，用万用表监视输出电压值，输出电压达到指标要求，说明LM317正常工作，再进行其他性能指标测试。
（5）测稳压系数Sr：
先调自耦调压器使输入电压220V。
再调R2和滑线变阻器使输出电压Uo=12V,输出电流Io=0.8A。
再调自耦变压器模拟电网电压变化±10%，即输入电压分别为242V和198V，测出相应的Uo按：
Sr=（△Uo/Uo）/（△Ui/Ui）RL为常数，计算稳压系数。
第6章结论与心得
经过了将近一周的努力，本次的集成直流稳压电源的课程设计也终于完成了。
这次课程设计，虽然是可以勉强完成，但是也发现自己的动手能力很差。
首先我发现我对PROTEL的使用很不熟悉，并且很多元器件的封装都是通过自己在网上查找资料才知道的。
其次是仿真软件Multisim应用很吃力。
通过这次的课程设计，使我更清楚的了解了理论与实际相结合的重要性，在以后的学习和生活中，我会更注重培养自身的实践能力以及自学能力，并加强专业知识的系统性，努力扎实自己的专业基础，进而提高自身的实际操作以及应用能力。
测试电路时，必须要保证接线正确，才能打开电源，以防元器件烧坏，我们应该养成这个好习惯。
注意LM317芯片的输入输出管脚和桥式整流电路中二极管的极性，不应反接。
第7章参考文献
[1]《模拟电子技术基础简明教程（第三版）》杨素行高等教育出版社
[2]《电子技术基础模拟部分（第五版）》康华光高等教育出版社
[3]《电子技术基础课程设计》康华光高等教育出版社
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