集成直流稳压电源.docx

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集成直流稳压电源

集成直流稳压电源的设计

题目:

集成直流稳压电源设计

初始条件：

集成稳压器CW317，CW7812，CW7912，CW7805

要求完成的主要任务:

性能要求指标：

输出最大电流电压V及最大输出电流I

设计中有三个挡，1挡V=±12v对称输出，I=100mA

2挡V=+5v，I=300mA

3挡V=（+3~+5）v，I=200mA

纹波电压△V≤5mV，稳压系数S≤0.005

时间安排：

指导教师签名：

年月日

系主任（或责任教师）签名：

2009年1月日

目录

摘要…………………………………………………………………………………1

Abstact……………………………………………………………………………………1

1引言………………………………………………………………………………2

2设计内容及要求……………………………………………………………………3

2.1设计的目的……………………………………………………………………………3

2.1设计任务及主要技术指标……………………………………………………………3

3设计原理及单元模块设计…………………………………………………………5

3.1设计原理及方法…………………………………………………………………5

3.2单元模块设计……………………………………………………………………6

3.2.1变压器模块………………………………………………………6

3.2.2整流桥模块………………………………………………………………7

3.2.3稳压管模块……………………………………………………………………7

3.3顶层电路的设计………………………………………………………………9

4电路的仿真及分析………………………………………………………………I

4.1单元模块的仿真及分析………………………………………………………I

4.1.1变压器模块………………………………………………………I

4.1.2整流桥模块……………………………………………………………I

4.1.3滤波电路模块……………………………………………………………………II

4.1.4稳压管模块………………………………………………………………………II

4.2顶层电路的仿真及分析………………………………………………………II

5硬件调试………………………………………………………………………III

5.1硬件调试步骤……………………………………………………………………III

5.2数据分析…………………………………………………………………………III

6心得体会…………………………………………………………………………V

参考文献…………………………………………………………………………VII

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LM317稳压芯片构成集成稳压电路，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0-30V可调。

Abstact

Thedirectcurrentissteadytopressthepowersupplygeneralfrompowertransformer,commutatetheanelectricandsteady,presstheelectriccircuitconstitute.Transformerthelow-pressurealternatecurrentthatelectricvoltageneedwhenchangingintoinexchangesinelectricityinmunicipal.Commutatingthemachinechangeintothedirectcurrenttothealternatecurrent.Throughtheanempress,itissteadytopressthemachinechangeintothestabledirectcurrentelectricvoltageexportationtotheunsteadydirectcurrentelectricvoltageagain.ThemainadoptioninthisdesignLM317issteadytopressthesliceconstitutestogathersteadytopresstheelectriccircuit,passingtochangetopress,commutating,thewavesteadyranoverthedistanceanalternatecurrent,changeintothestabledirectcurrent,andrealizestheelectricvoltagecanbeadjustableinthe0-30Vs.

关键词电源变压器 集成稳压器 整流二极管 滤波电容

【KEYWORD】:

1引言

在生产和实践中，许多大功率用电场合需要使用交流电源，但电源、电镀及直流电动机等需要使用直流电源。

在电子线路和自动控制装置中，需要电压非常稳定的直流电源。

在需要直流供电的场合里，广泛采用的是直流稳压电源。

稳定电源是各种电子电路的动力源，被人誉为电路的心脏。

稳压电源一般由变压器、整流器和稳压器三大部分组成，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。

设计采用LM317芯便构成集成稳压电路，电路简洁，易懂，输出不仅可以在0~30V的范围内连续可调,而且它有良好的稳压性能,较高的调整灵敏度。

可以作收音机、录音机、游戏机的外接电源,也可作液晶彩色电视机或小型黑白电视机的外接电源。

2设计内容及要求

直流稳压电源的设计

一、设计目的

1．学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。

2．学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。

3．培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。

二、设计任务及要求

1．设计并制作一个直流稳压电源，有三个挡位，主要技术指标要求：

①1挡V=±12v对称输出，Iomax=100mA

②2挡V=+5v，Iomax=300mA

③3挡输出电压可调：

Uo=+3V～+9VIomax=800mA

④纹波电压：

△U≤15mV

⑤稳压系数：

SV≤0.005

2．设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。

3．自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量，交指导教师审核。

4.批准后，进实验室进行组装、调试，并测试其主要性能参数。

三、实验仪器设备

双踪示波器COS50201台数字万用表UT20031只

交流毫伏表DA-161台自耦变压器1只

滑线变阻器1台

四、设计步骤

1．电路图设计

（1）确定目标：

设计整个系统是由那些模块组成，各个模块之间的信号传输，并画出直流稳压电源方框图。

（2）系统分析：

根据系统功能，选择各模块所用电路形式。

（3）参数选择：

根据系统指标的要求，确定各模块电路中元件的参数。

（4）总电路图：

连接各模块电路。

2．电路安装、调试

（1）为提高动手能力，自行设计并焊接。

（2）在每个模块电路的输入端加一信号，测试输出端信号，以验证每个模块能否达到所规定的指标。

（3）重点测试稳压电路的稳压系数。

（4）将各模块电路连起来，整机调试，并测量该系统的各项指标。

3．根据系统各项测量指标作出实验总结和心得体会。

3设计原理及单元模块设计

3.1设计原理及方法

1．直流稳压电源设计思路

（1）电网供电电压交流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网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电，但其幅度变化大（即脉动大）。

（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。

（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，供给负载RL。

（5）由于电路设计要求分三个挡，因此三个档公用蒸馏滤波电路之后用一个多挡开关控制三个档

2．直流稳压电源原理

直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，见图1。

1流稳压电源方框图

图1

其中：

（1）电源变压器：

是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。

（2）整流电路：

利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电

（3）滤波电路：

可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。

（4）稳压电路：

稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。

3.2单元模块设计

3.2.1变压器模块

电源变压器的作用是将电网220V的交流电压V1变换成整流滤波电路所

需要的交流电压V2，变压器副边与原边的功率比

P2/P1=η

式中，η为变压器的效率。

故通常根据变压器副边输出功率P2来选购变压器。

由Vi=（1.1~1.2）V2可得到变压器副边的输出电压U2与稳压器输入电压Ui的关系为

Umin/（1.1~1.2）≤U2≤Uimax/（1.1~1.2）

在此范围内，U2越大，稳压器的压差越大，功耗也就越大，一般取副边电压

U2≥Uimin/1.1

副边输出电流

I2＞Iomax

由本实验条件及要求输出电压为+12V、5V、3V~9V。

统一选择副边输出电压为+12V，功率为20W的变压器。

3.2.2整流桥模块

整流电路的任务是将交流电变换为直流电。

完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。

本次采用的为桥式整流电路，4只整流二极管D1~D4按下图接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。

（整流网络及其工作原理）

整流桥的D1，D2的连接处称共阴极，用“+”标记，即电流从此处流出，D3、D4连接处称共阴极，用“-”标记，其他两点表示接交流电源记“~”。

在桥式整流电路中，二极管D1、D3和D2、D4是两两轮流导通的，所以流经每个二极管的平均电流为

ID=1/2IL=0.45V2/RL

二极管在截止时管子两端承受的最大反向电压可以求出，即

VRM＞√2U2

其额定工作电流应满足：

IF＞Iomax

一般电网电压波动范围为+10%。

实际上选用的二极管的最大整流电路IDM和最高反向电压VRM应留有大于10%的余量。

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。

由本次实验所给实验条件得，应选购反向击穿电压URM取10V，额定工作电流IF为1~2A的整流管。

3.2.3稳压管模块

常见集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。

固定式三端稳压器：

常见产品有CW78XX、CW79XX（国产），LM78XX、LM79XX（美国）78XX系列稳压器输出固定的正电压，如7805输出为+5V，79XX系列稳压器输出固定的负电压，如7905输出为-5V。

它们的引脚功能及构成的典型稳压电路如图17—1所示，其中输入端接电容C1可以进一步滤波纹波，输出端接电容Co能消除自激振荡，确保电路稳定工作。

Ci、C0最好采用漏电流小的电容。

如果采用电解电容，电容量要比图中数值增加10倍。

固定式三端稳压器的连线如图所示

可调式三端稳压器：

可调式三端稳压器输出连续可调的直流电压。

常见产品有CW317、CW337（国产），LM317、LM337（美国）。

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Iomax为1.5A。

稳压器内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠、应用方便、性能优良等特点。

CW317与CW337系列的引脚功能相同，下图为它们构成的典型稳压电路。

其中R1与RP1组成电压输出调节电路，输出电压U0的表达式为

U0≈1.25（1+RP1/R1）

式中，R1为120~240欧，流经R1的泄放电流为5~10mA。

RP1为精密可调电位器。

电容C2与RP1并联组成滤纹电路，减小输出的纹波电压，二极管VD的作用是防止输出端与地短路时，电容C2上的电压损坏稳压器。

可调式三端稳压器的连线如图所示

在选购稳压管时，集成稳压器的输出电压U0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ICN＜Iomax，稳压管的输入电压范围为

U0max+（Ui-U0）min≤Ui≤Uomax+（Ui-U0）max

式中，U0max——最大输出电压

U0min——最小输出电压

（Ui-U0）min——稳压器的最小输入输出压差

（Ui-U0）max——稳压器的最大输入输出压差

3.3顶层电路的设计

设计电路图如图所示

本设计采用管线实现三档电压输出转换问题

由7815、7915形成输出+15V电压、7815形成输出5V电压、317形成输出+3~9V电压

4电路的仿真及分析

4.1单元模块的仿真及分析

模块仿真以7812、7912组成的输出+12V为例

4.1.1变压器模块仿真

4.1.2整流桥模块仿真

4.1.3滤波电路仿真

4.1.4稳压电源仿真

4.2顶层电路的仿真及分析

顶层电路实现了3档转换、当转换档位时，输出波形与模块输出相一致。

5硬件安装与调试

5.1硬件安装步骤

1.安装整流滤波电路

首先应在变压器的副边接入保险丝FU,以防电源输出端短路损坏变压器或其他器件,整流滤波电路主要检查整流二极管是否接反,否则会损坏变压器.检查无误后,通电测试（可用调压器逐渐将入交流电压升到220V）,用滑线变阻器作等效负载,用示波器观察输出是否正常.

2.安装稳压电路部分

集成稳压器要安装适当散热器,根据散热器安装的位置决定是否需要集成稳压器与散热器之间绝缘,输入端加直流电压UI（可用直流电源作输入,也可用调试好的整流滤波电路作输入）,滑线变阻器作等效负载,调节电位器RP,输出电压应随之变化,说明稳压电路正常工作.注意检查在额定负载电流下稳压器的发热情况.

3.总装及指标测试

将整流滤波电路与稳压电路相连接并接上等效负载,测量下列各值是否满足要求:

如果上述结果符合设计要求,便可按照前面介绍的测试方法,进行质量指标测试.

5.2测试数据分析

测试标准：

测试输出波形分析

测试成果：

1．变压器副边输出波形

+12V，频率50Hz的正弦波形

2．整流模块输出波形

12V，频率50Hz的半弦波性

3．滤波模块输出波形

电压为稳压管输入范围内，频率50Hz的近似锯齿波波形

4．稳压模块输出波形

7812、7912输出为+12V直流波形、7805输出为5V直流波形、317输出可调

+3~9V由滑动变压器可调直流波形。

5．3档转换

由管线进行三档转换时，波形不发生变化。

说明己实现输出电压三档转化。

小结：

各模块符合预期及仿真设计，顶层电路设计模块符合预期及仿真设计

6心得体会

课程设计是对所学知识的综合理解与应用，它不仅要求掌握理论知识，而且还要具备一定的动手实践能力。

通过集成直流稳压电源的设计、安装和调试，学会器件参数的选择，发现问题，分析问题，并解决问题，可以提高自己的发现问题，分析问题解决问题的能力。

同时通过分析解决问题，加深对所学知识的理解与掌握。

平时理论学习中容易忽略的细节问题，也会在课程设计的实验里被发现，比如说，这次设计中我忽视了电解电容的极性，在调试时电解电容就爆掉了，还有就是在焊接时一些较多器件的参数和极性也容易被忽略；再者，如果没有掌握焊接技术的要点，就很容易出现虚焊或短焊，这样就会给调试带来太多不必要的麻烦。

通过这次课程设计我学到了很多书本上永远都学不到得东西，设计实践中的教训也会教育我在以后的理论学习中更加注意知识点学习和加强自己实践动手的能力。

总之，这次课程设计让我受益非浅。

在制作电路的过程中，焊接工作是必不可少的，它不但要求将元件固定在电路板上，而且要求焊点必须牢固、圆滑，所以焊接技术的好坏直接影响到电子制作的成功与否。

在焊接过程中，我发现自己的焊接技术有待提高，下面我就自己对焊接的要点理解谈一下：

（1）电烙铁的选择：

　电烙铁的功率应由焊接点的大小决定，焊点的面积大，焊点的散热速度也快，所以选用的电烙铁功率也应该大些。

一般电烙铁的功率有20W25W30W35W50W等等。

在制作过程中选用30W左右的功率比较合适。

电烙铁经过长时间使用后，烙铁头部会生成一层氧化物，这时它就不容易吃锡，这时可以用锉刀锉掉氧化层，将烙铁通电后等烙铁头部微热时插入松香，涂上焊锡即可继续使用，新买来的电烙铁也必须先上锡然后才能使用。

（2）焊接方法：

元件必须清洁和镀锡，电子元件保存在空气中，由于氧化的作用，元件引脚上附有一层氧化膜，同时还有其它污垢，焊接前可用小刀刮掉氧化膜，并且立即涂上一层焊锡（俗称搪锡），然后再进行焊接。

经过上述处理后元件容易焊牢，不容易出现虚焊现象。

（3）焊接的温度和焊接的时间

　　焊接时应使电烙铁的温度高于焊锡的温度，但也不能太高，以烙铁头接触松香刚刚冒烟为好。

焊接时间太短，焊点的温度过低，焊点融化不充分，焊点粗糙容易造成虚焊，反之焊接时间过长，焊锡容易流淌，并且容易使元件过热损坏元件。

　（4）焊接点的上锡数量

　　焊接点上的焊锡数量不能太少，太少了焊接不牢，机械强度也太差。

而太多容易造成外观一大堆而内部未接通。

焊锡应该刚好将焊接点上的元件引脚全部浸没，轮廓隐约可见为好。

　（5）注意烙铁和焊接点的位置

　　初学者在焊接时，一般将电烙铁在焊接处来回移动或者用力挤压，这种方法是错误的。

正确的方法是用电烙铁的搪锡面去接触焊接点，这样传热面积大，焊接速度快。

（6）焊接后的检查

焊接结束后必须检查有无漏焊、虚焊以及由于焊锡流淌造成的元件短路。

虚焊较难发现，可用镊子夹住元件引脚轻轻拉动，如发现摇动应立即补焊。

参考文献

[1]康华光，陈大钦，电子技术基础（模拟部分），高等教育出版社出版

[2]舒庆莹电子技术基础实验，武汉理工大学教材中心

[3]谢自美《电子线路设计·实验·测试》第三版，华中科技大学出版社

[4]梁宗善《新型集成电路的应用――电子技术基础课程设计》，华中科技大学出版社

[5]孙梅生《电子技术基础课程设计》，高等教育出版社

元器件清单

变压器+12V，输出20W1只

保险管FU，2A2个

整流管，2A1个

稳压管：

CW78121个

CW79121个

CW78051个

LM3171个

散热片4个

螺丝10个

滤波电容470uF4个

滑动变阻器1K1个

电阻120欧10个

电容10uF5个

排针5排

管线4条

导线5米