集成可调试直流稳压电源的设计与制作.docx
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集成可调试直流稳压电源的设计与制作
《模拟电子技术》
课程设计报告
题目：
集成可调试直流稳压电源的设计与制作
专业：
通信工程
年级：
2011级
学号：
*********
学生姓名：
****
联系电话：
指导老师：
王辉
完成日期：
2012年12月13日
摘要
利用了电容、二极管、电阻、电位器三极管等元件，制作集成可调试直流稳压电源，实现输入交流电压220V，输出电压5V/0.5A和连续可调电压1.5V～30V/1.5A两组直流。
经调试，系统达到输出电压0.3V/0.5A和连续可调电压1.5V～13V/1.5A两组直流，。
具有体积小、重量轻、效率高等优点，同时也为大功率直流电源减小体积创造了条件，此电源又称高频可调式开关电源。
可调直流稳压电源保护功能齐全，过压、过流点可连续设置并可预视，输出电压可通过触控开关控制。
具有高准确性、高精确度、高稳定性、超低纹波等优点。
关键词：
稳压；连续可调；直流；
ABSTRACT
Usingcapacitivecomponents,suchastransistors,diodes,resistors,potentiometers,makingintegratedadjustableDCvoltage-stabilizedpowersupply,achieving220VACinputvoltage,outputvoltagecontinuousadjustableDCvoltage1.5V~30V/1.5Atwogroupsof5V/0.5Aand.Debug,thesystemreached0.3V/0.5AandcontinuouslyadjustableoutputvoltageDCvoltage1.5V~13V/1.5Atwogroups.Hascharacteristicsofsmallvolume,lightweight,highefficiency,butalsocreatesconditionsforhighpowerDCpowersupplysizereduction,thispoweralsoknownasadjustablehighfrequencyswitchingpowersupply.AdjustableDCvoltage-stabilizedpowersupplyprotectionfunctioniscomplete,overvoltage,overcurrentpointcanbesetcontinuouslyandpreview,theoutputvoltagecanbecontrolledbytouchswitches.Withhighaccuracy,highstability,highaccuracy,lowripple,andotheradvantages.
Keywords:
regulated;continuousadjustableDC;
1设计要求及方案选择
1.1设计要求
输入交流电压220V。
输出电压5V/0.5A和连续可调电压1.5V～30V/1.5A两组直流。
1.2方案选择
LM317型稳压器电源能够输出可调的直流正电压，它内部含有过流，过热保护，输入电压为正负15V，输出为1.25（1+Rp/R）；可输出1.2~37V电压。
LM7805和LM7905都可以输出正5V电压。
由以上可知可以将LM317及LM系列的稳压器并联达到正负5V及可调电压的要求。
1．集成可调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。
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。
方案比较：
方案一：
先对输入电压进行降压，利用二极管的单向导电性，在变压器二次侧电压u2的正半周内，二极管正向偏置，处于导通状态，负载RL上得到半个周期的脉动直流电压和电流；而在u2的负半周内，二极管反向截止。
二极管的单向导电作用将变压器二次侧的交流电压变换成为负载RL上的单向脉动电压，达到了整流的目的。
滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压u3中的大部分纹波加以滤除。
由于输入电压u1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压UI会随着变化。
因此，为了维持输出电压UI稳定不变，还需加一级稳压电路。
稳压部分的单元电路由三端集成稳压管组成。
方案二：
先对输入电压进行降压，首先选用合适的电源变压器将电网电压降低到所需要的交流电源u2，然后用单相桥式二极管对其进行整流，变成单向脉动电压u3，整流后利用电容的充放电效应，用电解电容对其进行滤波，将脉动的直流电压变为更加平滑的、脉动小的直流电压UI，稳压部分的单元电路由三端集成稳压管组成。
对以上两个方案进行比较，可以发发现第一个方案为单相半波整流电路，具备整流目的，但只在交流电压的半个周期内有电流流过负载。
而第二个方案使用单向桥式整流电路，将交流电的负半周也利用起来，从而使整流电路输出电压的平均值得到提高。
与单相半波整流电路比，单相桥式整流电路的结构较复杂，但其优势在于输出电压较高，脉动小，整流二极管所承受的最大反向电压等于二次侧电压的峰值，并且因为电源变压器在正、负半周内都有电流流过，所以变压器的利用率也高了。
第二个方案比第一个方案要好，所以选择第二个方案作为本次课程设计的方案。
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）自行设计印刷电路板,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。
四、总体设计思路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。
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。
2理论分析与设计
2.1集成可调式直流稳压电源电路的分析及设计
（1）在电子电路及电子设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电，作为电子电路中必不可少的组成部分，它的作用之一是为各级电路中的三极管提供合适的偏置，其次是作为整个电子电路能量来源。
本电源采用了电网向电路供电，这种供电方式是把电网的交流电经过降压、整流、滤波和稳压之后，转化为直流电向电路提供能量，其优势在于电网所提供的能量是源源不断的。
集成可调式直流稳压电源组成由图2.1所示，它由电源变压器、整流、滤波和稳压电路等四部分组成。
图2.1直流稳压电源结构图与稳压过程
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。
整流电路常采用二极管单相全波整流电路,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。
2.2整流滤波电路的分析与设计
图2.2桥式整流滤波电路图
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,直流输出电流:
（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。
2.3集成稳压电路的分析与设计
图2.3集成稳压电路图
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，所以选LM317。
3电路设计
3.1硬件电路的设计
1：
LM317的有关资料
LM317的工作原理：
LM317的输入最大电压为30多伏，输出电压1.5-----32V，最大负载电流1.5A，不过在用的时候要注意功耗问题，注意散热问题。
LM317有三个引脚，一个是输入一个是输出还有一个是电压调节。
输入引脚输入正电压，输出引脚接负载，电压调节引脚一个引脚电阻（200左右）在输出引脚，另一个接可调电阻（几K）接于地，输入和输出引脚对地要接滤波电容。
图3.1LM317原理图
图3.2LM317标准应用电路图：
2：
78L05的有关资料
78L05的工作原理：
78L05是三端稳压电路，第一脚输入必须高于5V，第二脚接地0V,第三脚输出5V，可以用LM7805代替，只是LM7805体积较大78L05,是“78”系列稳压集成电路，用在输出5V的电源上并起稳压作用。
也就是说从78L05的输入端输入一个比5V高的电压，然后78L05经过稳压作用，就输出5V的电压。
图3.3封装脚位图
图3.4典型应用线路图
图3.5总原理图
3.2软件的设计：
在电源设计与制作中，PCB的设计与制作都是至关重要的。
由于之前我们没学过Prote，所以只能靠短暂的时间学了大概的知识，遇到不懂的就上网查资料，看教程和请教电协、基地的同学。
故我采用了自动布线来布置。
设计流程
从原理图到PCB的设计流程为：
建立元件参数→输入原理网表→设计参数设置→手工布局→自动布线→验证设计→复查→CAM输出。
查资料可知对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则：
●PCB尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪能力下降，成本也增加；过小则散热不好，且邻近线条易受干扰。
电路板的最佳形状为矩形，长宽比为3:
2或4:
3，位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。
●放置器件时要考虑以后的焊接，不要太密集。
●以每个功能电路的核心元件为中心来进行布局。
元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接,去耦电容则尽量靠近器件的VCC。
●在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。
一般电路应尽可能使元器件平行排列。
这样，不但美观，而且装焊容易，易于批量生产。
●按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的传输方向。
●布局的首要原则是保证布线的布通率，移动器件时注意飞线的连接，把有连线关系的器件放在一起。
●尽可能地减小环路面积，以抑制开关电源的辐射干扰。
●尽量加粗接地线。
在检查无误之后，把PCB图打印出来印在铜板上再把铜板腐蚀、钻孔。
这样电路板就做好了，接下来就是焊元件。
4系统测试
4.1调试所用的基本仪器清单
12V交流变压器/1个，万用表/1个
4.2调试结果
经调试多次得：
输出电压0.3V/0.5A和连续可调电压1.5V～13V/1.5A两组直流，。
4.3测试结果分析
经测试该电源达不到标准设计要求，原因：
1.电路板焊接不够稳实，使各线路接触不够良好，不能充分发挥各元器件的作用；2.电路元件选择不太准确，可把2.2/2W的功率电阻换成色环电阻，502电位器换成301电位器，使增大输出电压；3.变压器电压太小，不能使稳压器发挥最大值。
5总结
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（固定式和可调式）。
来设计两组（同时输出5V电压和输出1.5V～30V可调电压）直流稳压电源。
其结构简单，使用元器件较少；系统的可靠性好，其精度高，成本低，便于维修，而且可以作为一个独立的模块为其他电子设备提供电能。
通过这次的设计制作，使我更加巩固了所学的专业知识，也增强了自己灵活运用所学知识到实践中的能力，大大提高了我的动手能力。
同时，也使我深深体会到了做学问一定要有认真，严谨的态度，一定要实事求是，这也将对我以后的学习和工作起到很大的帮助。
虽然这次的结果不是很理想，但是我觉得是达到了我的能力范围了，让我清楚的认识到自己知识的不足，促使我的求知欲望，我会在专业领域更加的充实自己的，做一个合格的专业人才。
参考文献
[1]张肃文.高频电子线路[M].北京：
高等教育出版社，2000.
[2]江思敏、姚鹏翼.PADS电路原理图和PCB设计[M].北京：
机械工业出版社，2007.
[3]刘南平.电子产品设计与制作技术[M].北京：
科学出版社，2009.
[4]刘修文.实用电子电路设计制作300例[M].北京：
中国电力出版社，2005.
[5]康光华.模拟电子技术基础[M].北京：
高等教育出版社，2006.
附录1元器件清单及相关参数
序号
元件
类别
参数
备注
数量
1
D1-D4
二极管
IN4007
4
2
R1
电阻
2.2/2W
金属膜
1
3
R2
电阻
220
金属膜
1
4
C1
电容
1000uF/50V
电解电容
1
5
C2-C3
电容
470uF/50V
电解电容
2
6
R4
稳压管
LM317
1
7
R5
稳压管
78L05
1
8
COM3
变压器
220/12V
1
9
PCB板
1
10
J1-J3
排针
3
附录2PCB图
升级会员 