可调直流稳压电源设计.docx
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可调直流稳压电源设计
【摘要】
直流稳压电源，又称直流稳压器,它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,稳压器的直接输出电压都能保持稳定。
直流稳压电源一般由电源变压器,整流电路，滤波电路，以及稳压电路等电路组成。
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。
本设计主要采用三端集成稳压块LＭ３1７来构成直流稳压电源电路,通过变压,整流，滤波，稳压等过程将220Ｖ交流电,变为稳定的直流电,并实现电压可在２-28V可调。
【关 键词】直流，稳压,变压，可调
一、集成可调直流稳压电源设计的目的
学习可调直流稳压电源基本理论在实践中综合运用的初步经验;掌握该电路设计的基本方法、设计步骤,培养综合设计与调试能力;掌握可调直流稳压电源的性能指标测试方法，培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。
二、集成可调直流稳压电源的总体设计思路
2．1可调直流稳压电源设计思路
（1）变压。
市电电压交流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市电压降低到所需要的交流电压。
（2）整流。
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）滤波。
经整流后的脉动较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）稳压。
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可调且稳定的直流电压输出，供给负载RＬ。
（5）工作流程图（如图１所示）。
图1稳压电源工作流程图
２.2可调直流稳压电源的工作原理方框图
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、消振、稳压、保护、可调七个环节来完成的（如图2所示）。
图２ 可调直流稳压电源方框图
（1）电源变压器。
电源变压器，是降压变压器，它将市电2２０V交流电压变换成符合需要的较低的交流电压,并送给整流电路,变压器的变比由变压器的副边电压确定（如图３所示）。
图３电源变压器
（2）整流电路。
整流电路是利用二极管的单向导电性,把50Ｈｚ的正弦交流电变换成脉动的直流电，它由VD１，ＶD2，ＶＤ3，VＤ4构成单相全波整流电路，电路如图４所示。
在u2的正半周内,二极管VD1、ＶD3导通,VD2、ＶD4截止；ｕ2的负半周内,VD２、VＤ4导通,VＤ1、VD3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５所示。
图4整流电路图 图5整流波形图
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：
Uｏ＝0．９U2，直流输出电流:
Io=０．9（Io是变压器副边电流的有效值）。
（３）滤波电路。
滤波电路它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，它由等外围元器件构成。
（4）稳压电路。
三端可调稳压器LM317:
三端可调稳压器因具有稳定度高、适应性强、使用方便的优点，得到广泛应用。
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，其主要由三段集成稳压块ＬM３1７组成（如图６所示）。
图6 稳压电路图
（5）保护电路。
ＬＭ３17稳压块的输入端②脚与输出端③脚连接的二极管VＤ5用于防止输入端电压突然降低或输出端电压突然升高，输出电容放电时对LM31７的冲击,从而起到保护稳压集成电路的作用（如图7所示）。
图7 保护电路图
2.3设计方法简介
根据设计所要求的性能指标，选择三端集成稳压器。
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LM３１7、CW31７、CW337等。
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6Ｖ-１３V,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。
图8 LM3１7的管脚功能图 图９ LM３17外形图
本设计中采用LM3１7集成稳压块，其管脚功能图如图8所示，外形图如图9所示。
三、集成可调直流稳压电源的设计过程
3．１ 集成可调直流稳压电源电路图的设计
（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）设计分析。
根据设计需要的功能，来选择各单元电路所用电路模形。
（3）参数选择。
根据设计指标的要求，来确定各单元电路中符合参数要求的元器件。
（４）总电路图。
连接各单元电路形成本设计的整体电路图。
3.2集成可调直流稳压电源电路的识图
如图１０所示的集成可调直流稳压电源电路，它是采用三端集成可调稳压芯片LM317构成的输出电压可调的稳压电源电路,该电路的电源变压电路、整流电路、滤波电路、保护电路与分立元器件稳压电路作用相同,两者仅是稳压电路部分不一样。
读识该电路图时，应先对三端集成稳压电路有一个初步的了解:
ＬM317集成块的简介LM３17是一块可调式三端集成稳压器，其外形及引脚如下图所示，是一种正端输出型，最大输入电压为40V，输出电压可从１.2５V—3７V连续可调,最大输入电流为１.5A，最大功耗为1５W,其稳压性能优于固定式稳压器。
ＬＭ3１7采用三端引脚方式,其各引脚功能如下图所示,图１1是其内部电路方框图,其内主要由基准电压电路、误差放大电路，电压调整电路，保护电路等组成，其内部电路的工作原理与分立元器件的稳压电路基本相同。
图１1LM317内部电路方框图
3.3本设计中稳压电路的组成及工作原理
如图10所示的集成可调直流稳压电源电路的输出电流为0.5A,输出电压为２V-2８V连续可调。
该电路主要由电源变压器、整流器、滤波器、稳压器以及电压指示等电路组成。
ＬM317稳压器主要起稳定输出电压的作用,及在输入电压和负载电流变化时,保持输出电压基本不变。
（1）工作过程。
交流22０V市电电压经电源变压器T1变压后,得到直流电压,经C1电容器滤波,得到的约2４V直流电压直接加至LＭ３１7稳压块的输入端②脚。
从ＬM3１７②脚输入的直流电压，经其内的电压调整电路，误差放大电路、基准电压电路将电压稳定后从③脚输出,去后级电路。
（２）消振电路。
LＭ317的②脚与地之间连接的Ｃ２为消振电容器，用于消除由于LＭ317管脚引线过长而引起的自激振荡。
（3）电源可调电路。
ＬM317的①脚外接的RＰ可变电位器，R2、VD6、C3构成了电源可调电路,用于调节输出电压的大小,它是通过控制LＭ31７①脚上的电位来进行输出电压大小调节的。
该电源在正常工作时，在取样电阻R2的两端会有一个1.25V的基准电压,当该基准电压不变时就有一个恒定的５0—１0０uA的电流通过RP,故调节RＰ就可得到不同的输出电压。
为了保证输出电压恒定不变在LM317的①脚与地之间，用于防止冲击电流损坏LM317，它主要起保护作用。
（４）电压冲击保护。
ＬM31７稳压块的输入与输出端连接的二极管VD5用于防止输入端电压突然降低或输出端电压突然升高,输出电容器C4放电时对LM3１7的冲击，起保护稳压集成电路的作用。
3.４ 本设计集成可调直流稳压电源电路印制电路板的制作
集成可调直流稳压电源电路印制电路板如图12所示,可根据该图自制印制电路板。
印制电路板是由绝缘底板，连接导线以及焊盘组成。
印制电路板具有结构紧凑，可以代替复杂的布线；使整机的体积缩小等优点,从而使制作的电子产品的可靠性得到了大大的提高。
图12 集成可调直流稳压电源电路印制电路板图
（1）印制电路板的制版要求。
印制电路板的制版，也就是已经有了电路原理图而没有印制电路板图，需要根据自己所设计的电路原理图来进行印制电路板的设计。
印制电路板的制版设计是否合理，不仅要保证原器件之间的连接准确无误，工作中无自身干扰，还要尽量做到元器件布局合理,焊装维修方便,整齐美观，牢固可靠。
（2）元器件的布局要求。
①按信号流程安排。
原器件在印制电路板上尽量按信号传递的流程来排列，采用这种方式后与电路原理图核对起来比较方便，在此设计中对于同一单元电路的元器件应尽可能排列在一起。
②以核心元器件为中心安排。
通常应以单元电路的核心元器件为中心进行安排，一般均以三极管,集成电路为中心元器件，依据他们个引脚的位置来安排其他元器件。
（在此设计中应以三端集成稳压块为核心元器件）
③以便于前后级电路的连接来安排。
为了便于电路的前后级连线尽可能地短，在进行整体布局时，可将前级的输出端与后级的输入端尽可能的靠近,但同时也要考虑整个电路板的输入端与输出端与其它电路之间的连接要方便。
④以电路板上的原器件排列均匀、整齐、紧凑来安排。
除了某些工作频率很高的元器件,为了缩短连线，可以按不同的方向排列,也应尽量减少印制电路板引出线的总数，以减少飞线和接点的数目，提高设计产品的可靠性。
（３）特殊元器件位置的确定。
① 发热元器件。
对于耗散功率比较大、容易发热的元器件（如大功率电阻器、晶体管、集成块等）应尽量安装在印制板的上部或通风良好的地方，并尽可能的远离其它元器件，以免影响其它元器件的正常工作。
在本设计中将耗散功率比较大的三端集成稳压块LM31７放在了印制电路板的上部，有利于其更好的散热，从而提高整机的可靠性。
②可调元器件。
对于可调电位器，可变电容器等可调元器件的布置要结合整机的总体结构来考虑，对于机外调整的原器件其位置要调节钮在外壳上的位置相对应。
在本设计中将微调电位器与电压输出端口放在了机壳外。
③分量重的元器件。
对于质量较大的元器件不能仅依靠焊盘来固定，应采用卡子或支架来进行固定，必要时可以将其固定在外壳上,在本设计中将质量较大的电源变压器就固定在了外壳上。
3.5印制电路板布线的原则
（1）布线要短。
尤其是晶体管的基极、高频引线、电位差不较大而又向邻近的引线，要尽可能的短，间距要尽量大。
（2）布线位置。
一般将公共地线布置在印制电路板的边缘部位，以便于将印制电路板安排在机壳上。
电源、直流导线亦应考边缘部位。
边缘应留有一定距离，一般不小于2ｍm。
（３）布线外形。
导线拐弯处要圆。
因直角、尖角对高频和高压影响较大,故拐弯处圆弧半径R应大于2mm。
（４）线条要求。
在条件允许的情况下,线条可以适当的加粗,间距可以适当的加大且走线要正确、布线要均匀。
（5）布线规定。
单面印制电路板上的印制导线不能交叉。
遇到此情况,可绕着走飞线或平行走线。
印制电路板的设置与布线是一项实践很强的工作,在本设计过程中应根据具体电路的特点和机械结构要求灵活运用。
四、集成可调直流稳压电源设计所需实验设备及元器件
4.1所需元器件清单
代号
名称
型号
规格
数量
说明
SA
开关
－-
普通开关
1
由实际需要选择
T1
变压器
--
220V/16～18V
1
由实际需要选择
ＶD1-VD6
二极管
１N40０1-1Ｎ４007
耐压大于50V
６
符合要求可代用
C1
电解电容
CD10／CD11
2200～3３０0uＦ/25V
1
在允许范围可代用
Ｃ2
纸介电容
CJ１０／CJ1１
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