简易直流稳压电源 课程设计报告.docx
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简易直流稳压电源课程设计报告
1.整体方案设计
1.1设计思路
1.1.1直流稳压电源一般由电源变压器、整流滤波电路、稳压电路组成，其基本原理框图如图1-1所示。
图1-1直流稳压电源基本原理框图
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。
降压后的交流电压，通过整流电路整流变成单项脉动直流电压。
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。
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。
1.2总体方案论证与选择
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。
因此，以下主要对两种方案进行论证与选择。
◆方案1：
晶体管串联式直流稳压电路。
交流电压经整流滤波后,得到平滑的直流电压,作为稳压电路的输入电源从UI输入。
同时运用了比较放大电路,它的核心是调整管,输出电压的稳定是管的压降相应改变,使输出电压保持稳定。
图1-2方案1的框图
◆方案2：
采用三端可调集成稳压器电路。
它采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器LM317，输出电压调整范围宽，此稳压器的基准电压是1.25V，而要求电压从3V起连续可调，因此需要设计电压补偿电路才可实现输出。
图1-3方案2的框图
分析：
方案二有三端集成稳压器，调节简单方便，容易操作；方案一电路比较复杂，成本较高，适用于要求较高的场合。
故采用第二种设计方案。
2.单元电路的方案选择与论证
2.1各模块介绍：
直流稳压电源的输入为220V的电网电压，一般情况下，所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压后，再对交流电压进行处理。
变压器副边电压有效值决定于后面电路的需要。
变压器副边电压通过整流电路从交流电压转换为直流电压，即正弦波电压转换为单一方向的脉动电压，半波整流电路和全波整流电路的输出波形如图所示。
可以看出，他们均含有较大的交流分量，会影响负载电路的正常工作。
为了减小电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。
理想情况下，应将交流分量全部滤掉，使滤波电路的输出电压仅为直流电压。
然而，由于滤波电路为无源电路，所以接入负载后势必影响其滤波效果。
对于稳定性要求不高的电子电路，整流、滤波后的直流电压可以作为供电电源。
交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流分量较小的直流电压，但是当电网电压波动或者负载变化时，其平均值也将随之变化。
稳压电路的功能是使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得足够高的稳定性。
可调直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图2-1所示。
图2-1各模块框图
2.2电源变压器的参数计算与选择
电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。
本设计中由于稳压器使用的是LM317。
可简单介绍LM317系列典型应用，集成稳压器的输出电压Uo与稳压电源的输出电压相同。
稳压器的最大允许电流ICMUomax＋（UI－Uo）min≤UI≤Uomin＋（UI－Uo）max
式中，（UI-Uo）min为稳压器的最小输入、输出压差；（UI-Uo）max为稳压器的最大输入、输出压差。
其特性参数Uo＝1.2V～37V，Iomax＝1.5A，最小输入、输出压差（UI－Uo）min＝3V，最大输入、输出压差（UI－Uo）max＝40V。
本设计中：
Uomax为最大输出电压；Uomin为最小输出电压，Uomax=9V,Uomin=3V,故的输入电压范围为：
即9V+3V≤
≤3V+40V
12V≤
≤43V
U2≥UImin/1.1=12/1.1=10.9V
故取副边电压有效值：
U2=11V
副边电流I2>Iomax=0.8A取I2=1A，P2≥I2×U2=11W
由U1=220V，根据公式：
U2/U1=N2/N1=1/n及P1=P2=U1I1=U2I2
得：
变压器的变比：
n=20。
对于小型变压器效率如表2-1：
表2-1变压器效率参数
副边功率P2
≤10VA
10～30VA
30～80VA
80～200VA
效率η
0.6
0.7
0.8
0.85
由表2-1可知效率
=0.7，故变压器原边功率P1≥P2/
=15.7W，故选用功率为20W的变压器。
2.3整流滤波电路的功能及参数计算
2.3.1电源电压整流电路的作用是将交流电压u2变换成脉动的直流电压UL,滤波电路的作用是把UL中的纹波加以滤除得到较平滑的直流电压UI。
本设计选用全波桥式整流电路。
全波桥式整流电路整流电路的任务是将交流电变为直流电，完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用。
采用单相全波整流电路，最常用的是单相桥式整流电路。
如图2-2所示
工作原理：
图中Tr为电源变压器，它的作用是将交流电网的电压U1变成整流电路要求的交流电压u2=
U2sint=U2msint,其中U2m为其幅值，U2为有效值，负载电阻为RL。
在电压U2的正半周期时，二极管D1、D3因受正向偏压而导通，D2、D4因承受反向电压而截止；在电压U2的负半周期时，二极管因受D2、D4正向偏压而导通，D1、D3因承受反向电压而截止。
U2和UL的波形如图2-3所示：
图2-2全波桥式整流电路
图2-3全波整流电路的波形
显然，输入电压是双极性，而输出电压是单极性，且是全波波形，输出电压与输入电压的幅值基本相等。
由理论分析可得，输出全波单向脉冲电压的平均值即直流分量为：
UL=2U2m/=
U2≈0.9U2=0.9×11≈9.9V
2.3.2由于整流二极管所承受的最大反向电压和平均电流为：
Iomax=0.8A
而二极管IN4001的反向击穿电压
，额定工作电流
，故整流二极管选用IN4001。
根据题目要求：
，Uomax=9V,Uomin=3V：
由公式：
可求得：
ΔUI=0.005×12/10×3×0.001=2.04V
所以，滤波电容：
Ci=Iomax*T/2/ΔUI=0.8×1/50×0.5/2.04=3921μF故滤波电容Ci取容量为
。
2.4稳压电路功能及参数计算
2.4.1整流滤波电路能将正弦交流电压变换为较为平滑的直流电压，但是，一方面，由于输出电压平均值取决于变压器副边电压有效值，所以当电网电压波动时，输出电压平均值将随之产生相应的波动；另一方面，由于整流滤波电路内阻的存在，当负载变化时，内阻上的电压将产生相反的变化，于是输出电压平均值也将随之产生相反的变化。
因此，整流滤波电路输出电压会随着电网电压的波动而波动，随着负载电阻的变化而变化。
为了获得稳定性好的直流电压，必须采取稳压措施。
本设计采用三端集成稳压器电路：
集成稳压器与简单稳压电路相比其电路结构简单，它可以通过外接元件使输出电压得到很宽的调节范围。
并且内部有过热保护、过流保护等保护电路，可以很安全的保护电路的正常工作。
图2-4是由LM317组成的基准电压源电路。
输入端和调整端之间的电压是非常稳定的电压，其值为1.25V。
输出电流可达1.5A。
2.4.2由LM317的输出电压要Vo＝1.25（1＋RW＋R3/R1），如设计Vo=+3V～+9V直流稳压电压源，可取R1＝240Ω，则（RW＋R3）min＝336Ω，（RW＋R3）max＝1488Ω，故取RW为1152Ω精密线绕可调电位器,R3为336Ω。
电路的输入端一般要并联电容Ci，约为0.33μF，用以消除电路的电感效应引起的自激振荡，但是若Ci容量较大，一旦输入端断开，Co将从稳压器输出端向稳压器放电，易使稳压器损坏。
因此，可在稳压器的输入端和输出端之间跨接一个二极管D1，起保护作用。
通常电路中C2的作用是减小纹波电压，C2选择10μF。
电容Co的作用是为了进一步消除电压震荡，是电压稳定。
D1的作用是防止输入端短路使Ci放电，并在稳压器输入与输出之间保护稳压器；D2的作用是防止芯片输出端短路，使C2放电损坏短芯片。
D1和D2一般选用二极管IN4001.
图2-4由LM317组成的稳压电路
课程设计总结
本次设计的是数控式直流稳压电源，将数字技术和模拟技术结合起来，该电路具有精度高，操作简单，成本低，性能可靠，实用性强的优点。
由于是第一次做设计，经验不足，过程中出现了一些错误，但是在小组的努力下，我们讨论出了最完美的方案。
在设计过程中对数电，模电的知识要求高，进而促进我们对数电模电知识的学习和了解，从中也让我们的思维逻辑动手能力的提高。
这是第一次课程设计，在接到任务书后，我们就开始搜集资料，到图书馆借相关书籍，上网查资料。
然后我们就复习模电，数电知识，对相关的知识点做更深的了解，为设计打好基础。
开始做设计，我们首先要做的就是要画出原理图，而我们要用专业的作图软件，所以我们学习了protel，作图后根据设计要求计算出元件的数值，在这过程中我们小组进行数次讨论确定最终方案。
在这次课程设计中我们学到了很多，让我们对知识的掌握更加牢固，从中也培养了我们的团队合作，个人的创新能力。
因此，我感觉课程设计非常好。
参考文献
[1]康光华，陈大钦。
电子技术基础。
高等教育出版社2003:
443-470
[2]姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001:
138-143,
172-201
[3]王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版设，1999
[4]李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月
[5]康华光，电子技术基础，高教出版社，2003
附录
一、元器件清单
原件序号
型号
主要参数
数量
备注
J1
变压器
12V
1
实际输入电压大于12V
D1D2D3D4
二极管1N4007
1A
6
也可用1N4001
C1
电容
4700µF
1
Ci
电容
0.33uF
1
C2
电容
10uF
1
C0
电容
0.1uF
1
R1
电阻
1
Rw
电阻
1
R3
电阻
1
U
三端稳压器LM317
可调范围1.25~37V
1
二、总原理图
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