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

电子技术课程设计说明书

（电气工程学院）

设计题目：

可调直流稳压电源设计

专业班级：

电自142

指导教师：

明德刚

学生姓名：

设计地点：

实验室315

设计日期：

2016年11月28日——12月9日

可调直流电源稳压设计

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。

变压器把高压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。

本设计主要采用变压器，整流，滤波，稳压的流程思路将输入220V交流电转换成3V~9V的直流电源。

其中，稳压电路采用三端固定稳压器LM317达到稳压效果，因此系统可根据实际需要对其设计进行适当的修改。

关键词：

变压器，整流，滤波，稳压，LM317稳压管，电路仿真

课程设计：

可调直流电源稳压设计

1设计目的及任务

1.1设计目的

（1）结合电子技术基础中所学的理论知识，独立的设计方案，培养学生独立分析和解决问题的能力。

（2）学会查阅相关手册和资料，通过查阅手册和资料，进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，并掌握合理的选用的原则。

（3）学会使用常用电子元器件。

（4）掌握基本的现代电子技术设计工具和EDA技术。

（5）掌握电子电路的安装与调试技术，进一步熟悉电子仪器的使用方法。

（6）认真撰写总结报告，培养严谨的作风和科学的态度。

1.2设计任务

设计一个基于LM317的可调直流稳压电源，其输出电压+3V~+9V连续可调，电源由降压，整流，滤波和稳压等环节构成。

在万能板上焊接并调试，实现如下的功能：

（1）输出电压U0=+3V~+9V连续可调；

（2）最大输出电流；

（3）要求选用LM317集成稳压器；

（4）考虑变压器输入接口和电压输出接口；

（5）考虑过流和过压保护。

2设计过程

2.1题目分析

（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的交流电压。

（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（及脉动大）。

（3）脉动大的直流电压需进过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成分滤掉，保留其直流成分。

（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压直流电压输出，供给电压表。

2.2整体构思

直流电压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电的装置，它需要降压，整流，滤波，稳压四个环节才能完成。

一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下：

直流稳压电源的原理框图和波形变换

（1）电源变压器：

是降压变压器，它的作用是将220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。

变压器的变比由变压器的副边确定，变压器副边与原边的功率比为

，式中

是变压器的效率。

（2）整流电路：

利用单向导电元件，将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大部分交流成分滤除。

滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压U1。

常用的整流滤波电路有全波整流滤波，桥式整流滤波等。

（4）稳压电路：

稳压管稳压电路其工作原理是利用稳压管两端的电压，电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳压输出电压的目的。

2.3具体实现

1.电源变压器：

过整流电路将将交流变为脉动的直流电压，由于此脉动的直流电压含有较少的波纹，必须通过滤波电路加以滤波，从而得到平滑的直流电压，电源变压器的作用是将交流220V的电压变为所需的电压值，然后通过的电压还随电网电压波动，负载和温度的变化，因而在整流，滤波电路之后，还需接稳压电路。

稳压电路的作用是当电网电压波动，负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。

如下图所示

2.整流电路：

利用二极管的单向导电性，将交流电压（电流）变成单向脉动电压（电流）的电路，称为整流电路。

交流电分为三相交流电和单相交流电，在小功率电路中一般采用单相半波，全波，桥式整流电路和倍压整流电路。

本次课程设计主要研究单相桥式整流电路，对于倍压整流电路及全波整流电路，可通过相应参考书来了解。

如下图所示

3.滤波电路：

经过整流后，输出电压在正负方向上没有变化，当输出电压波形仍然保持正弦波的形状，起伏很大。

为了能过得到平滑的直流电压波形，需要有滤波的措施。

在直流电源上多是利用电抗元件对交流信号的电抗性质，将电容器或电感器与负载电阻恰当连接而构成滤波电路。

电容有通高频，阻低频的作用，将其并在整流电路后面，可以让高频电流通过电容流回电源，从而减少了流入负载的高频电流，降低了负载电压的高频成分，减小了脉动。

如下图所示：

4.稳压电路：

集成三端稳压器具有体积小，外围元件少，调整简单，使用方便且性能好，稳定性高，价格便宜等优点，因而获得越来越广泛的应用。

如下图所示：

3元件说明及相关计算

3.1元件说明

图3.5是外形图和电路符号，在输出电压范围1.2V~37V时能够提供超过1.5A的电流，此稳压器非常易于使用。

图3.5固定式集成三端稳压器外形及电路符号

稳压电源的输出电压的公式为

。

仅仅从公式本身公式来看，R1，R2的电阻值可以随意设定，然而作为稳压电源的输出电压的计算公式，R1和R2的阻值是不能随意设定的。

首先317稳压块的输出电压变化范围是

（高输出电压的317稳压块如LM317HVA,LM317HVK等,其输出电压的变化范围是

），所以R2/R1的比值范围只能是0~28.6。

经计算可知R1的最大取值为

又因为R2/R1的最大值为28.6，所以R2的最大取值为

。

在使用317稳压块的输出电压计算公式计算其输出电压时，必须保证

，

两个不等式同时成立，才能保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。

2.桥式整流二极管：

在桥式整流二极管中有两个要点，一是容许通过的最大电流，二是反向穿电压，一般选择在路电流电压的2倍左右的二极管。

3.电位器

电位器是一种具有三个接头的可变电阻器。

AB和BC之间的电阻可以通过簧片调节转轴来加以改变电阻，其中AC两边电阻最大。

符号如图所示：

3.2相关计算

1.集成三端稳压器 

 LM317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。

调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压高得多的纹波抑制比。

可调整输出电压低到1.2V，保证1.5A输出电流，典型线性调整率0.01%，80dB纹波抑制比，输出短路保护，过流、过热保护，调整管安全工作区保护，标准三极管封装。

如图所示：

LM317其特性参数：

可调范围为

最大输出点流为1.5A 

输入与输出工作压差为

 输出表达式为：

 其中，

是集成稳压器件的输出电压，即为1.25V。

如图所示，改变R2的值，

的值即可改变。

当R2短路时

最小，为

即1.25V；当R2大于零时，

都大于

，最大可达37V。

2.选择电源变压器  

﹙1）确定副边电压

：

   根据性能指标要求：

          因为

所以

 其中：

所以：

此范围可任选：

       根据

   可得变压的副边电压：

﹙2）确定副边电流

      又因为副边电流

 所以取

    则

﹙3）选择变压器的功率 

      变压器的输出功率：

3.选择整流电路中的二极管 

因为变压器的伏变电压 

所以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IN4007,其参数为：

反向击穿电

  最大整流电流

4.滤波电路中滤波电容的选择 

﹙1）求

：

根据稳压电路的稳压系数的定义：

    设计要求

将其代入上式，则可求得

﹙2）求滤波电容C 

      设定

      所以滤波电容：

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。

4制作及调试过程

4.1制作过程

安装时，先安装比较小的元件，所以先安装整流电路，再安装稳压电路，最后再装上电路（电容）。

安装时要注意，二极管和电解电容的极性不要接反，检查无误后，才将电源变压器与整流滤波电路连接，通电后用万用表检查整流后输出LM317输入端电压Ui的极性，若Ui的极性为负，则说明整流电路没有接对，此时若接入稳压电路，就会损坏集成稳压器。

然后接通电源，调节RW的值，若输出电压满足设计指标，说明稳压电源中各级电路都能正常工作，此时就可以进行各项指标的测试。

4.2调试过程

静态调试

当连好电路板的线路时，先不要急着通电，而应该从以下几个方面进行检测：

（1）对照原理图，用万用表——检查线路的各个接口是否接通，是否有短路，断路或漏接的现象，如果有，应该及时改好电路连线。

（2）对照原理图，检查各元件是否接得正确。

动态调试

接通12V的电压，用数字万用表对所设计的电路实物进行测试，调节滑动变阻器看电压是否在3V~9V的范围之间。

4.3遇到问题及解决措施

问题一：

最小电压低于3V？

答：

增大R2的电阻。

误差的因素：

（1）由于在测输出电流时接触点之间的微小电阻造成的误差；

（2）电流编内阻串入回路造成的误差；

（3）示波器，万用表本身的准确度而造成的系统误差。

改进此电路的方法：

（1）减小接触点的微小电阻；

（2）根据电流表的内阻对测量进行修正；

（3）采用更高精确读的仪器去测量。

问题二：

在把电源电源接通后，测电源的输入端没有电源？

答：

按照电路原理图重新检查电路。

没有电源的原因：

（1）桥堆接反；

（2）连接电源的线接触不良。

采取的措施：

（1）按照原理图对电路进行检查，若桥堆接反，按照原理图将电路改过来；

（2）若线路接触不良，换线重新接。

问题三：

二极管灯不亮？

答：

先按照原理图检查电路。

灯不亮的原因？

（1）电路有的地方可能接反了；

（2）二极管坏了。

采取的措施：

（1）先按照原理图检查电路中是否有地方接反，若接反，将错误的地方改过；

（2）用万用表测一下二极管是否亮，若不亮，重新换一颗二极管。

5心得体会

本次的课程设计题目是可调直流稳压电源设计，本设计主要利用电源变压器，整流二极管，滤波电容及集成稳压器固定式来设计，同时电压直流稳压电源的输出电压范围是+3V~+9V，其结构简单，使用元器件较少，系统的可靠性较好，且其精度高，成本低，并且可作为一个独立的模块为其他电子设备提供电能。

伴随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了更加广阔的发展空间，同时也给电源提出了更高的要求。

而电源在使用时会造成很多不良的影响和后果，而在世界各国纷纷对电源产品提出来不同的要求和措施并制定了一系列的产品精度标准。

只有满足了产品的标准，才能过进入市场进行销售和买卖。

在这次课程设计的过程中，我们遇到了不少问题和困难，但我们都努力的克服了，并且通过讨论和指导老师的帮助解决了遇到的问题和困难，在这次课程设计的实验过程中，我们在实物接线中多次接线失败，我们又重新按照原理图接线并查找接线错误的原因，经过多次的连接和改正，最后接线终于成功了，虽然本次实验的接线不复杂，但是我们还是下了很大的努力。

在这中间，我们要对导线进行测量，进行电路的组装，整体电路的调试，最终顺利的完成了本次实验。

在此过程中，不但增强了我们的动手能力，同时也让我们对课本上的知识又进行了一次温故，使我们加强了对课本上知识的理解和掌握，也扩宽了我们对课本知识以外的了解。

通过本次课程的设计，使我们了解了书本上没有的知识，更加巩固了我们所学的知识，同时也增强了自己的灵活运用所学知识到实践中的能力。

在这次课程设计中我受益匪浅，虽然在这过程中遇到了很多的意想不到的问题，但在最后都顺利的完成并取得了成功，因为取得成功的能够让我们的内心充满成就感和满足感，也让我深深地体会到了做学问一定要有认真，严谨的治学态度，这也将在我们以后的生活和学习中起到莫大的帮助和作用。

最后，我在这里感谢我的指导老师我帮助过我的同学们，非常谢谢你们的帮助和知道。

参考文献

1.模拟电子技术简明教程杨素行高等教育出版社

2.数字电子技术简明教程余孟尝高等教育出版社

3.基于PROTEUS的电路及单片机设计与仿真周润景北京航空航天大学出版社

4.杨素行编《模拟电子技术简明教程》，北京高等教育出版社，2001年1月出版

5.基于PROTEUS的电路及单片机设计与仿真

6.张宪编《电子电路制作指导》，北京化工工业出版社，2005年8月出版

7.张友汗编《电子技术基础教学参考书》，北京高等教育出版社，2005年6月出版

致谢

在这两个星期的电子技术课程设计的实践中。

我首先要感谢明德刚指导老师，因为从课程设计的开始到完成，他都对我们付出了很多，是他在我们遇到困难和难题时帮助我们解决，在这段时间里使我学会了直流稳压电源的基本设计方法，同时也使我对直流稳压电源的工作原理和使用方法有了更深刻的理解和诠释。

当我们把自己想出来的方案应用到实践中的时候，出现了许多问题，如LM317引脚接反，测试时LED灯不亮，测试的结果和要求的结果不相符合等等。

都是经过明老师一步步的给我们讲解和解决这一问题，使我们最后顺利的完成了测试。

同时我也要感谢我的合作伙伴，要是没有他们的协作我也不会这么顺利的完成本次课程设计的实物图连接，而指导老师那渊博的专业知识，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，使我们对直流稳压电源设计得以完成。

在这里我再次对帮助过我的同学和老师表示诚挚的感谢！

附录1：

电路原理图

电路原理图

功能实现图

附录2：

实物图片

附录3：

元件清单

电子元器件：

小功率变压器×1；二极管1N4001×1；电容470μF×1，

0.068μF×2,100μF×1，10μF×1；电阻1K×1，510×1，

100K滑动变阻器×1，10KV滑动变阻器×2，LED×1，桥堆，

LM317

工具：

电烙铁、万能电路板、松香、吸锡器、螺丝刀、万用表等

贵州理工学院学生课程设计成绩评定表（电气类）

（每位学生一份，随课程设计报告装订归档）

班级

学生姓名

学号

课程设计题目

项目

项目内容

权重

成绩

得分

100～90

（优）

89～80

（良）

79～70

（中）

69～60

（及格）

<60

（不及格）

表现

出勤与纪律

10%

完成设计任务的比例

10%

回答指导教师提出的问题的正确性、全面性

10%

实物制作及调试

电路参数计算、电路仿真调试。

15%

实际电路制作中发现和解决问题的能力。

10%

电路元件布局合理性，电路焊接质量

15%

设计说明书和实物

设计说明书质量，日志规范性

30%

课程设计总成绩（等级）

评分教师（签名）：

年月日