实用直流稳压电源的设计.docx

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实用直流稳压电源的设计

毕业论文

题目:

实用直流稳压电源的设计

院（系）:

电气信息工程学院

专业年级:

姓名:

学号:

指导教师:

目录

摘要2

1绪论4

1.1直流稳压电源的概述4

2电路设计的目的及任务7

2.1设计的目的7

2.2设计任务7

3电路设计的原理及方案图7

3.1设计原理7

3.11电路图设计步骤8

3.12电路安装、调试步骤8

3.13设计方法的介绍10

4电路的安装及测试要求12

5结论13

参考文献14

致谢15

实用直流稳压电源的设计

摘要

随着科技的发展，电气、电子设备已经广泛的应用于日常、科研、学习等各个方面。

电源作为电气、电子设备必不可少的能源供应部件，需求日益增加，而且对电源的功能及其稳定性等各项指标也提出了更高的要求。

对电源的研究和发展已成为新技术、新设备开发的重要环节，在推动科技发展中起着重要作用。

本设计主要通过相关知识计算出各电路中的各个器件的参数，使电路的性能达到设计要求中的电压调整率，电流调整负载调整率等各项指标。

关键词：

发展，电气，电压调整率，电流调整率

Thepracticaldirectcurrentissteadytopressthedesignofthepower

Abstract

Alongwiththedevelopmentofscienceandtechnology,theelectricity,electronicsequipmentshasbeenextensiveofapplicationindaily,research,studyeachaspectofetc..Thepoweristheenergyoftheelectricity,electronicsequipmentsessentialtohavetosupplyaparts,theneedincreasesdaybyday,andtothefunctionofthepoweranditeachindexsignslikestability,etcalsomakehigherrequest.Havebecometheimportantlinkofnewtechnique,newequipmentsdevelopmenttoresearchanddevelopmentofthepower,atpushhavealreadyemphasizedtowantafunctioninscienceandtechnologydevelopment.Thisdesignmainlypassestheparameterthattherelatedknowledgecomputesoneeachsparepartineachelectriccircuitofandmakesthefunctionofelectriccircuitattainthedesignaskmediumelectricvoltagetoadjustarate,theelectriccurrentadjustmentleadsandloadsanadjustmentratetowaiteachindexsign.

Keyword：

Development,electricity,theelectricvoltageadjustmentleads,theelectriccurrentadjustmentleads

1绪论

1.1直流稳压电源的概述

一般直流稳压电源是有整流变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四部分组成。

（1）整流变压器：

将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。

（2）整流电路：

将交流电压变换为单向脉动电压。

（3）滤波电路：

减小整流电压的脉动程度，以适合负载的需要。

（4）稳压电路：

在交流电源电压波动或负载变动时，是直流输出电压稳定。

在对直流电压的稳定程度要求较低的电路中，稳压环节也可以不要。

稳压电源的分类方法繁多，按输出电源的类型分有直流稳压电源和交流稳压电源；按稳压电路与负载的连接方式分有串联稳压电源和并联稳压电源；按调整管的工作状态分有线性稳压电源和开关稳压电源；按电路类型分有简单稳压电源和反馈型稳压电源，等等。

直流稳压电源的技术指标可以分为两大类：

一类是特性指标，反映直流稳压电源的固有特性，如输入电压、输出电压、输出电流、输出电压调节范围；另一类是质量指标，反映直流稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、纹波电压及温度系数等。

（1）特性指标

输出电压范围

符合直流稳压电源工作条件情况下，能够正常工作的输出电压范围。

该指标的上限是由最大输入电压和最小输入－输出电压差所规定，而其下限由直流稳压电源内部的基准电压值决定。

②最大输入－输出电压差

该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所允许的最大输入－输出之间的电压差值，其值主要取决于直流稳压电源内部调整晶体管的耐压指标。

③最小输入－输出电压差

该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所需的最小输入－输出之间的电压差值。

④输出负载电流范围

输出负载电流范围又称为输出电流范围，在这一电流范围内，直流稳压电源应能保证符合指标规范所给出的指标。

（2）质量指标

①电压调整率

电压调整率是表征直流稳压电源稳压性能的优劣的重要指标，又称为稳压系数或稳定系数，它表征当输入电压VI变化时直流稳压电源输出电压VO稳定的程度，通常以单位输出电压下的输入和输出电压的相对变化的百分比表示。

②电流调整率

电流调整率是反映直流稳压电源负载能力的一项主要自指标，又称为电流稳定系数。

它表征当输入电压不变时，直流稳压电源对由于负载电流（输出电流）变化而引起的输出电压的波动的抑制能力，在规定的负载电流变化的条件下，通常以单位输出电压下的输出电压变化值的百分比来表示直流稳压电源的电流调整率。

③纹波抑制比

纹波抑制比反映了直流稳压电源对输入端引入的市电电压的抑制能力，当直流稳压电源输入和输出条件保持不变时，纹波抑制比常以输入纹波电压峰－峰值与输出纹波电压峰－峰值之比表示，一般用分贝数表示，但是有时也可以用百分数表示，或直接用两者的比值表示。

④温度稳定性

集成直流稳压电源的温度稳定性是以在所规定的直流稳压电源工作温度Ti最大变化范围内直流稳压电源输出电压的相对变化的百分比值。

（3）极限指标

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。

③并联稳压电源

经整流滤波后输出的直流电压，虽然平滑程度较好，但其稳定性仍比较差。

其原因主要有以下几个方面：

①由于输入电压不稳定（通常交流电网允许有±10％的波动），而导致整流滤波电路输出直流电压不稳定；

②由于整流滤波电路存在内阻，当负载变化时，引起负载电流发生变化，使输出直流电压发生变化；

③由于电子元件（特别是导体器件）的参数与温度有关，当环境温度发生变化时，引起电路元件参数发生变化，导致输出电压发生变化；

④整流滤波后得到的直流电压中仍然会有少量纹波成份，不能直接供给那些对电源质量要求较高的电压。

因为要设计的是实用直流稳压电源，所以用到的元器件等都应该是比较简单并且便宜的，但是对于简单并且便宜的元器件要做到实用其实也是有一定难度的，当然实用是对于生活能常用到的电器而言的，所以设计一个小功率的直流稳压电源确实是比较实用的。

其实前人已经把直流稳压电源的性能设计的比较完善。

我的设计是在前人设计的基础上的更进一步的改进。

要突出直流稳压电源的实用性，我觉得要从稳压系数入手。

进一步提高直流稳压电源的稳压系数是我的设计的一个进步，当然前提是小功率实用型的直流稳压电源。

2电路设计的目的及任务

2.1设计的目的

学习小功率实用直流稳压电源的设计与调试方法。

掌握小功率实用直流稳压电源有关参数的调试方法。

2.2设计任务

（1）直流稳压电源的主要技术指标：

①输出电压可调：

Uo=+3V～+9V

②最大输出电流：

Iomax=800mA

③输出电压变化量：

ΔUo≤15mV

④稳压系数：

SV≤0.003

（2）直流稳压电源的主要设计要求：

①根据设计要求确定直流稳压电源的设计方案，设计和选取元件参数。

②完成个单元电路和整体电路的设计，并用计算机绘制电路图。

③完成电路的安装调试，使作品能达到预期的技术指标。

④给出测试各项技术指标的方法。

3电路设计的原理及方案图

3.1设计原理

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。

图1直流稳压电源方框图

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三、设计步骤。

3.11电路图设计步骤

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。

3.12电路安装、调试步骤

①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。

②重点测试稳压电路的稳压系数。

③将各模块电路连起来，整机调试。

整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图2所示。

在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。

正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。

电路的输出波形如图3所示。

图3输出波形图

图2整流电路图

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（3-1）

直流输出电流：

（3-2）

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。

总体原理电路见图4。

图4稳压电路原理图

3.13设计方法的介绍

（1）根据设计所要求的性能指标，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。

可调式集成稳压器，常见主要有CW317、CW337、LM317、LM337。

317系列稳压器输出连续可调的正电压，337系列稳压器输出连可调的负电压，可调范围为1.2V~37V，最大输出电流

为1.5A。

稳压内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点。

其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。

LM317系列和LM337系列的引脚功能相同，管脚图和典型电路如图5和图6。

图5管脚图图6典型电路图

输出电压表达式为:

（3-3）

（3-3）式中，1.25是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压

，此电压加于给定电阻

两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器

，电阻

常取值

，

一般使用精密电位器，与其并联的电容器C可进一步减小输出电压的纹波。

图中加入了二极管D，用于防止输出端短路时10µF大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。

LM317其特性参数：

①输出电压可调范围：

1.2V～37V

②输出负载电流：

1.5A

③输入与输出工作压差ΔU=Ui-Uo：

3～40V

因能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路。

（2）选择电源变压器

①确定副边电压U2:

根据性能指标要求：

Uomin=3VUomax=9V

又∵Ui-Uomax≥（Ui-Uo）minUi-Uoin≤（Ui-Uo）max

其中：

（Ui-Uoin）min=3V，（Ui-Uo）max=40V

∴12V≤Ui≤43V

此范围中可任选：

Ui=14V=Uo1

根据式：

Uo1=（1.1～1.2）U2（3-4）

可得变压的副边电压：

（3-5）

②确定变压器副边电流I2

∵Io1=Io

又副边电流I2=（1.5～2）IO1取IO=IOmax=800mA

则I2=1.5＊0.8A=1.2A

③选择变压器的功率

变压器的输出功率：

Po>I2U2=14.4W

（3）选择整流电路中的二极管

∵变压器的副边电压U2=12V

∴桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：

桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为：

查手册选整流二极管IN4001，其参数为：

反向击穿电压UBR=50V>17V

最大整流电流IF=1A>0.4A

（4）滤波电路中滤波电容的选择

滤波电容的大小可用式:

（3-6）

求得。

①求ΔUi:

根据稳压电路的的稳压系数的定义：

（3-7）

设计要求ΔUo≤15mV，SV≤0.003

Uo=+3V～+9V

Ui=14V

代入上式，则可求得ΔUi

②滤波电容C

设定Io=Iomax=0.8A，t=0.01S

则可求得C。

电路中滤波电容承受的最高电压为

，所以所选电容器的耐压应大于17V。

因为大容量电解电容有一定的绕制电感分布电感，易引起自激振荡，形成高频干扰，所以稳压器的输入、输出端常并入瓷介质小容量电容用来抵消电感效应，抑制高频干扰。

4电路的安装及测试要求

在元件的型号及数值选择完毕之后，就到了对电路安装的时候了。

但是在安装电路时有诸多的要求需要达到，如：

（1）首先应在变压器的副边接入保险丝，以防电源输出端断短路损坏变压器或其他器件，整流滤波电路主要检查二极管是否接反，否则会损坏变压器。

检查无误后，通电测试（输入220V交流电），用滑线变阻器等做等效负载，用示波器观察输出是否正常。

（2）然后是对稳压电路部分进行安装。

稳压器要安装适当的散热器，根据散热器的安装位置决定是否是散热器与稳压源绝缘，输入端加入直流电压，滑线变阻器做等效负载，调节电位器，输出电压随之变化，说明稳压器正常工作。

（3）最后是进行指标的测试，具体的测试要求如下：

①测试并记录电路中各环节的输出波形。

②测量稳压电源输出电压的调整范围及最大输出电流。

③测量输出电阻R。

④测量稳压系数。

用改变输入交流电压的方法，模拟Ui的变化，测出对应的输出直流电压的变化，则可算出稳压系数SV.

⑤用毫伏表可测量输出直流电压中的交流纹波电压大小，并用示波器观察、记录其波形。

⑥分析测量结果。

5结论

本设计主要是电源变压器，整流二极管，滤波电容及集成稳压器来设计的直流稳压电源。

其结构相对简单，使用元器件较少，也不需要投切开关，干扰源和瞬变噪声相应的大大减少，系统的可靠性较好，精度较高，且造价便宜，便于维修，实用性非常之高。

生活中小型的实用性直流稳压电源的使用率还是相当高的，因此掌握此种设计方法还是很有必要的。

这种方法设计的直流稳压电源适用于日常生活中的小功率用电器，大功率的用电器的电源相对比较复杂，用到的元器件较多，但也有很宽广的领域进行发展。

根据电路的安装及测试，达到了预期的设计指标，虽然稳压系数与很多高精度的、造价昂贵的直流稳压电源相比还不足够的好，但是作为小型的、实用型的直流稳压电源已经相当的不错了。

参考文献

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