简易直流稳压电源 电工课程设计.docx
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简易直流稳压电源电工课程设计
《电工与电子技术基础》课程设计报告
题目简易直流稳压电源
学院（部）汽车学院
专业车辆工程
班级2011220101
学生姓名
学号
6月21日至6月28日共1周
引言
当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路--电源电路。
大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。
当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。
超级计算机的电源电路本身就是一套复杂的电源系统。
通过这套电源系统，超级计算机各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的电源供应。
袖珍计算器则是简单多的电池电源电路。
不过你可不要小看了这个电池电源电路，比较新型的电路完全具备电池能量提醒、掉电保护等高级功能。
可以说电源电路是一切电子设备的基础，没有电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备。
由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。
提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。
直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。
直流稳压电源，能为负载提供稳定直流电源的电子装置。
直流稳压电源的供电电源大都是交流电源，当交流供电电源的电压或负载电阻变化时，稳压器的直流输出电压都会保持稳定。
直流稳压电源随着电子设备向高精度、高稳定性和高可靠性的方向发展，对电子设备的供电电源提出了高的要求。
电源是各种电子、电气设备工作的动力，是自动化不可或缺的组成部分。
在工农业生产中主要采用交流电，而在电子线路和自动化控制中还需要稳定的直流电。
为了得到直流电除了直流发电机外多采用直流稳压电源，目前广泛采用各种半导体直流电源。
本文设计的是输出3—12V连续可调的直流稳压源，最大输出电流为200mA，另外采用LM317集成器件。
集成稳压器具有体积小，外接线路简单、使用方便、工作可靠和通用性等优点，因此在各种电子设备中应用十分普遍，基本上取代了由分立元件构成的稳压电路。
集成稳压器的种类很多，应根据设备对直流电源的要求来进行选择。
对于大多数电子仪器、设备和电子电路来说，通常是选用串联线性集成稳压器。
而在这种类型的器件中，又以三端式稳压器应用最为广泛。
一、技术指标
（1）最大输入电压
是保证直流稳压电源安全工作的最大输入电压。
（2）最大输出电流
是保证稳压器安全工作所允许的最大输出电流。
二、本设计报告主要技术指标与要求
（1）输出直流电压最大值UO=12V，变化范围3-12v且连续可调；
（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。
三、设计思路
1．1整体电路：
直流稳压电源一般由电源变压器、整流滤波电路、及稳压电路组成，其基本原理框图如下图（图1.1）所示。
（1）首先选用合适的电源变压器将电网电压降到所需要的交流电源。
（2）降压后的交流电压，通过整流电路整流变成单向脉动直流电压。
直流脉动电压经过滤波电路变成平滑的、脉动小的直流电压，即滤除交流成分，保留直流成分，滤波电路一般有电容组成，其作用是把脉动直流电压中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压。
（3）稳压电路：
稳压电路的作用适当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能是输出直流电压不受影响而维持稳定的输出。
图1.1直流稳压电源基本原理框图
1.2总体方案的设计
该系统总体方案设计主要在可调电压输出部分，其要求是输出电压从3V开始连续可调。
由于时间、个人能力有限，固根据数字电子技术与模拟电子技术所学知识，设计出如下简单，方便，易懂的设计方案。
首先将220V交流电压，通过变压器，降低电压值。
然后交流电压经过整流滤波后,得到电压值为15v的平滑的直流电压,作为稳压电路的输入电源从UI输入。
调压部分采用了三端稳压元件LM317，其输出电压为Uo=1.25*（1+R1/R2）.其中的R2用电位器Rp代替，通过改变Rp的只来实现输出电压连续可调。
用PTC热敏电阻来实现电路的过流保护功能。
四、单元路设计
1.变压电路：
电源变压器是将来自电网的220V交流
电压变换为电路所需电压。
变压电路如图220u
所示。
变压器参数计算：
LM317输入电压设为Ui则
U0min=3V、U0max=12VUi-U0max≥（Ui-U0）min图5—1.1变压器
Ui-U0min≤（Ui-U0）max。
其中：
（Ui-U0）min=3V，（Ui-U0）max=40V。
所以15V≤Ui≤40V，稳压器的压差不宜过大，因此选择Ui=15V。
则变压器二次侧电压U=Ui/1.2=12.5V取U=13V。
考虑到变压器上的绕组即管子上的压降等因素，变压器二次侧电压大约要高出10％，即13*1.1=14.3V取15V。
稳压器输入输出电流基本保持不变Ii≤200mA,则变压器二次侧的电流有效值I=200*1.1=220mA。
这样变压器的输出功率P=UI=15*0.22=3.3W。
故选用10W的变压器。
2．整流电路：
在整流部分我们选用单相桥式整流a
电路，其电路图如图所示。
我们先来+D1
分该环节的工作情况。
在变压器二次D4
侧电压u的正半周时RL即a点电~u位高于b点电位，二极管D1和D3
D3导通，D2和D4截止，电流i1的通路-D2
是aD1RLD3b。
这时，
负载电阻RL上得到一个半波电压。
单相桥式整流电路
在电压u的负半周时，变压器二次侧则是上负下正D1和D3截止D2和D4导通。
电流i2的通路是bD2RLD4a同样在负载电阻上得到一个半波电压。
整流后的电压电流的波形如图所示
整流电路中二极管的参数计算：
u0io
变压器二次侧电压有效值为U=15Vu0
于是URM=1.414*15≈22V。
ID=I0/2
=100mA。
i1i2i1i2wt
查二极管分立元件参数表，二极管选整流后的波形
用2CZ55B（IOM=1000mA；URWM=50V）满足电路需求。
3.稳压电路
我们在稳压部分选用的LM317，通过查阅相关资料得知该元件输出
的基准电压为1.25V，输出电压可用下式计算，Vo=1.25（1+R2/R1）
在本次设计中R2/R1的比值范围是1.4—8.6。
通过改变Rp的阻值大小，即可改变R2/R1，近而调整输出电压U0的大小，实现电压从3V起连续可调。
在集成稳压器离滤波电容较远时，应在LM317靠近输入端处接上一只0.33μF的旁路电容C3，接在调整端和地之间的电容C2是用来旁路RP两端的波纹电压，当C2为10μF纹波抑制比可提高20dB,减到原来的1/10。
另一方面，由于在电路中接了电容C2，此时一旦输入端或输出端发生短路，C3中储存的电荷会通过稳压器内部的调整管和基准放大器而损坏稳压器。
为了防止在这种情况下C2的放电电流通过稳压器，在R1两端并接一只二极管D5。
LM317集成稳压器在没有容性负载的情况下可以稳定工作。
但当输出端有500-5000pF的容性负载时，就容易发生自激。
为了抑制自激，在输出端接一只1μF的钽电容或25μF的铝电解电容C1。
该电容还可以改善电源的瞬态响应。
但是接上盖地拿容以后，集成稳压器的输入端一旦发生短路，C1将对稳压器的输出端放电，其放电电流可能损坏稳压器，故在稳压器的输入与输出端之间，接一只保护二极管D6。
稳压电路中各元件参数的计算：
根据内部电路设计，流过R1的电流I=5mA，R1=UREF/I=1.25/0.005=250Ω，考虑器件参数的分散性，实际I可能大于5mA，因此R1值应小于250Ω。
此处取R1=240Ω。
为了使输出基准电压为3v应在Rp下方串联一个电阻阻值为R3=（3-1.25）*240/1.25=336Ω，故取R3=330Ω。
U0=1.25（1+R2/R1），所以R2=[（U0-1.25）R1]/1.25，当U0取最大值12V时，R2max=（12-1.25）*240/1.25-336=1734Ω。
故取常用绕组滑动器Rp最大值2.0kΩ。
D5和D6分别是为了防止输入短路和输出短路时电容器放电使得LM317损坏，应在LM317的输入端与输出端、控制端与输出端分别接二极管D5、D6.如上图所示。
查表得2CZ55B的最大反向工作电压为50V，最大整流电流1A，满足电路的需要。
因此D5、D6均选择2CZ55B。
另外C3=0.33μFC2=10μFC1=1μF
3.过流保护部分
采用正温度系数的PTC热敏电阻,在常温下其阻值很小，当输出电流过大或短路时，PTC受热阻值迅速增至无穷大大，切断输出。
类似于电视机显像管消磁线圈中的消磁机制。
从而达到过流保护的目的。
4.整体结构：
五、multisim模拟结果：
1.稳压部分：
由上图可知，当Rp=0时，输出电压为2.98V约为3V.额定电压为12v的灯泡正常工作
当Rp=1734时，输出电压为12v，额定电压为12v的灯泡正常工作
2整体效果
当Rp=2000x0.85=1700时，Uo=11.8，与计算相符
六、参考文献
秦曾煌主编.《电工学》（下册）.高等教育出版社
七、心得与体会
通过一个多星期的课程设计，使我懂得：
要设计一个成功的电路，必须要有扎实的只是基础，要熟练地掌握课本上的只知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析、解决。
同事还要有耐心和毅力。
在此课程设计中，用到了multisim电路仿真软件。
有于是第一次使用这个软件，因此刚开始的时候走了很多弯路。
在使用这个软件的时候要注意导线交叉处是否是节点，还有各元件参数的设置。
有时候看起来整个电路看起来已经没有问题，但是就是由于节点和元器件参数没有选好，造成电路无法模拟运行。
还有在数据库里面没有现成的220v到15的变压器，这就需要自己设置变压器的参数。
通过上学期相关知识的学习我们成功设置了变压器的相关参数。
还有其中的单相桥部分要选择参数合适的整流二极管，否则同样会造成电路无法完成模拟！
设计此课程看似简单的问题真做起来不容易。
我主要做了前面3-12v电压的产生，不用多想整流自然用单桥，而这滤波看资料好像用的越复杂效果越好但是想想好像也不需要，就用电容挺好只要值大一点就好。
稳压管稳压常用的稳压值好像不大再说那电压还要可调所以用两级放大，之间用电位器可调而后的输出要使电流小于400ma则当负载为0时电流不大于400，为此输出采用分压调节电阻值使其满足要求。
虽然整个过程做下来遇到了种种难题，但是最终通过查阅相关专业资料和请教同学，都得到了解决。
并且此次课程设计中所有部分都分别用multisim模拟，并且整个方案也经过multisim模拟，结果满足要求。
这充分证明了此方案的可行性！
通过此次课程设计的学习，对电路也有了很大的了解与体会，也学会了Multisim软件的应用。
加深了对知识的理解，也提高的动手能力。
一个人的知识思维想法是有限的，通过团队的合作，也体会到了团队的重要性。
八、元器件明细表
序号
名称
型号参数
数量
备注
1
变压器
220V/15V
1
15V/10W
2
整流管VD1~VD4
2CZ55B
4
组成桥式整流
3
三端稳压元件
LM317
1
4
电阻240ΩX1;330ΩX1
5
二极管
2CZ55B
2
保护LM317
6
开关
1N4728A
1
7
无极电容0.33μFX1、铝电解电容25μFX1、10μFX1、220μFx1
8
滑动变阻器
最大阻值2kΩ
4
9
PTC热敏电阻
1
过流保护
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