直流可变稳压电源的设计.docx
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直流可变稳压电源的设计
课程设计
课程电子技术课程设计
题目直流可变稳压电源的设计
东北石油大学课程设计任务书
课程电子技术课程设计
题目直流可变稳压电源的设计
专业自动化姓名学号
主要内容：
根据设计要求，运用所学的模拟电子技术及电路根底等知识，自行设计一种可以供给直流并且可以改变电压的稳压电源。
根本要求：
1.在输入电压为220Ｖ，50Hz.电压变化范围为-10%～+10%条件下；
2.～17.51V,+12V,+9V,+5V,-5V；
3.最大输出电流为:
Iomax＝500mA；
4.纹波电压（峰-峰值）≤5mV（最低输入电压下，满载）；
5.具有过流保护及短路保护功能；
主要参考资料：
[1]?
实用电子电路手册〔数字电路分册〕?
.北京:
高等教育出版社,1991
[2]郁汉琪.数字电子技术实验及课题设计.北京:
高等教育出版社,1995
[3]康华光.电子技术根底:
模拟局部.北京:
高等教育出版社,1988
完成期限
指导教师
专业负责人
4.5数字电压显示……………………………………………………………………………………...9
1任务和要求
（1）任务：
设计一种可以供给直流并且可以改变电压的稳压电源
（2）直流可变稳压电源性能要求
Ø在输入电压为220Ｖ，50Hz.电压变化范围为-10%～+10%条件下；
Ø～17.51V,+12V,+9V,+5V,-5V；
Ø最大输出电流为:
Iomax＝500mA；
Ø纹波电压（峰-峰值）≤5mV（最低输入电压下，满载）；
Ø具有过流保护及短路保护功能；
2总体方案设计与选择
方案一：
简单的并联型稳压电源
并联型稳压电源的调整元件与负载并联，因而具有极低的输出电阻，动态特性好，电路简单，并具有自动保护功能；负载短路时调整管截止，可靠性高，但效率低，尤其是在小电流时调整管需承受很大的电流，损耗过大，因此在本实验中不适合此方案。
方案二：
由固定式三端稳压器〔LM317,7812,7809,7805〕组成
由固定式三端稳压器〔LM317,7812,7809,7805〕输出脚V0、输入脚Vi和接地脚GND组成，LM317是可调电压稳压芯片，7805，7809，7812，7905那么属于CW78**,CW79**系列的稳压器，输入端接电容可以进一步滤波，输出端接电容可以改善负载的瞬间影响，此电路比拟稳定。
根据后者是集成模块，前者是分立元件；后者稳压电压、功率是按标准生产的，特定的。
前者可以是非标的，及其稳定性、损耗、效率等要求，本实验采用方案二。
3电路总原理框图设计
直流稳压电源一般由电源变压器T、整流、滤波电路及稳压电路所组成，根本框图如图1所示
图3电路根本总原理框图
4单元电路设计
在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。
本次课程设计的稳压源是小功率稳压源，它由电源变压器，整流，滤波和稳压电路等四局部组成。
各局部的介绍如下：
电源变压器
变压器的功能说明
电源变压器T的作用是将电网U1=220v，频率为50hz的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压U2,变压器的功率比为P2/P1=η，始终η为变压器的效率。
一般小型变压器的效率如表1所示：
表1小型变压器的效率
副边功率
效率
因此，当算出了副边功率
后，就可以根据上表算出原边功率
。
并且设计选用TS_POWER_10_TO_1变压器。
设计的参数验证
仿真电路和仿真结果如图
图.1仿真电路
图.2仿真结果
理论值与仿真结果的比拟
理论值：
U2=U1/10=220/10=22V,
u2vpp=31.1V,
Multisim仿真所得波形如图.2所示，仿真值
U2’
u2vpp’=
整流电路
整流电路的功能说明
整流电路有多种方式：
常用的有单相半波整流，单相桥式整流。
单相半波整流电路简单易行，所用二极管数目最少。
但是它只利用了交流电压的半个周期，所以输出电压很低，交流分量很大〔即脉动大〕，效率低，因此本设计采用单相桥式整流电路。
在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，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:
〔3-2-1〕
每只整流二极管承受的最大反向电压为：
〔3-2-2〕
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流和最高反向电压应留有大于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。
整流电路的作用是将交流电压u2变换成脉动的直流电压u3。
滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压u3中的大局部纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压UI。
由于本设计需要用到正负电压，因此将线圈的中心接地。
从而轻易的得到需要的正负电压。
整流电路的功能仿真
仿真电路及仿真结果如下图.2
图.1仿真电路
图.2仿真结果
理论值与仿真结果的比拟
理论值计算：
实际仿真值：
U3〔AV〕’
二极管的选取：
在单线桥式整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为：
流过每只二极管的平均电流为：
假设考虑电网电压的波动范围为50%，在选择二极管时：
最大整流电流I>1.5*IDRM.
滤波电路
滤波电路的功能说明
滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成。
滤波电路的形式很多，为了掌握它的分析规律，把它分为电容输入式和电感输入式。
前一种滤波电路多用于小功率电源中，而后一种滤波电路多用于较大功率电源中。
所以本设计中采用电容输入式滤波电路。
在表达式〔4-2-2〕中电阻R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C提供放电回路，RC放电时间常数应满足
RC>〔3～5〕Tˊ/2〔4-3-1〕
式中Tˊ为50HZ交流电压的周期，及20ms。
整流电路的功能验证
滤波的电路如图.1所示，滤波后的波形如下图
。
图.1滤波的电路
图.2滤波后的波形
4.3.3理论值与仿真结果的比拟
理论值：
当负载开路时，即RL=
时U4〔AV〕=
假设RL取10uf那么
取RL=100仿真波形如下图滤波效果并不明显假设取
时由图可以看出滤波后的电压脉动明显减小并且平均值得到很大提高。
考虑到电网电压的波动范围电容的耐压值应大于
。
在半波整流中为获得较好的滤波效果，电容容量应选的大一些，本设计采用100uf的电容足以满足需要。
滤波电路及滤波后的波形如图.2所示
参数选取
为了获得比拟好的滤波效果，在设计中应选取滤波电容的容量满足RC=（3~5）T/2的条件。
其中：
T=20ms是50Hz交流电压的周期。
稳压电路
稳压电路的功能说明
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。
电路采用三端集成稳压器电路方案，电路原理图如图4所示。
其中IC为三端集成稳压器。
晶体管T，阻R3，和电容器C组成软启动电路。
电阻R4和二极管D组成电压补偿电路。
电容C2为输出滤波电容。
三端集成稳压器LM317及其调压原理。
图4中IC采用了LM317系列三端集成稳压器，其输出电压调节范围可达1.25～37V，输出电流可达1.5A，内部带有过载保护电路，具有稳压精度高、工作可靠等特点。
其输出电压的调节原理如图5所示。
由于LM317的2，3脚之间的电压U32为一稳定的基准电压（1.25V），故有：
其中，R1为固定电阻，故调节R2可以调节输出电压UO，并且UO的最小值为1.25V。
图.1输出电压可调的直流稳压电源电路原理图
实际电路与上图有一点区别，不过原理都是一样。
4.4.2二极管稳压电路和串联型稳压电路
由稳压管和限流电阻组成的稳压电路是一种最简单的直流稳压电源，如下图.1所示：
图.1
它利用稳压管所起的电流调试作用，通过限流电阻上电压或电流的变化进行补偿，来到达稳压的目的。
但是稳压管输出电流小，输出电压不可调，不能满足很多场合的需要。
串联型稳压电路以稳压管稳压电路为根底，利用晶体管的电流放大作用，增大反应电流，在电路中引入负反应是输出电压更加稳定，并且通过改变反应网络参数使输出电压可调。
电路如图.2所示
图.2
4.4.3LM317的工作原理
本设计采用的是集成稳压器LM317，
LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。
317系列稳压块的型号很多：
例如LM317HVH、W317L等。
电子爱好者经常用317稳压块制作输出电压可变的稳压电源。
稳压电源的输出电压可用下式计算，Vo＝1.25〔1＋R2/R1〕。
仅仅从公式本身看，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计算公式，R1和R2的阻值是不能随意设定的。
317稳压块的输出电压变化范围是Vo＝1.25V—37V〔高输出电压的317稳压块如LM317HVA、LM317HVK等，其输出电压变化范围是Vo＝1.25V—45V〕，所以R2/R1的比值范围只能是0—28.6。
在应用中，为了电路的稳定工作，在一般情况下，还需要接二极管作为保护电路，防止电路中的电容放电时的高压把317烧坏。
数字电压显示
LED/LED显示A/D转换器。
ICL7107是高性能、低功耗的三位半A/D转换电路。
它包含有七段译码器、显示驱动、参考源和时钟系统。
ICL7107可直接驱动发光二极管LED。
采用两个MAN6710数码管进行数字电压显示。
在本电路中，数字电压显示表接在可变电压输出端，可以直接读出所调电压的值，节省了再利用万用表测量电压的过程。
它方便、简洁，而且具有广泛的利用面。
图3LM7107外形
5单元电路的级联设计
将电源变压器，整流，滤波和稳压电路依照图3所示的顺序，采用直接耦合的方式连接，就构成了完整的直流可变稳压电源的原理图，如附录图1所示。
6设计总结
通过为期一周的课程设计，我深刻体会到了自己知识的匮乏。
我深深的感觉到自己知识的缺乏，自己原来所学的东西只是一个外表性的，理论性的，而且是理想化的。
根本不知道在现实中还存在有很多问题。
真正的能将自己的所学知识转化为实际所用才是最大的收获，也就是说真正的能够做到学为所用才是更主要的。
设计一个很简单的电路，所要考虑的问题，要比考试的时候考虑的多的多。
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可调式来设计同时输出±5V，9V，12V电压直流稳压电源和可变电压输出电源。
其结构简单，使用元器件较少；系统的可靠性好，其精度高，本钱低，便于维修，且可作为一个独立的模块为其他电子设备提供电能。
在本设计中还利用了LM7107作为模数转换器，对LM317调出来的电压进行测量。
由于现在的集成芯片的集成度都很高，整个模数转换的电路都很简单，主要由一片LM7107和两个MAN6710数码管组成。
它可以对人们所需电压进行直接观察、调变，这样就节省了调电压和测电压之间的很多过程，而且它可以在一定范围内变动电压，拥有很广泛的实际用途。
总之，通过这次课程设计，不仅使我对所学过的知识有了一个新的认识。
而且提高了我考虑问题，分析问题的全面性以及动手操作能力。
使我的综合能力有了一个很大的提高。
参考文献
[1]?
实用电子电路手册〔数字电路分册〕?
.北京:
高等教育出版社,1991
[2]康华光.电子技术根底:
模拟局部.北京:
高等教育出版社,1988
[3]郁汉琪.数字电子技术实验及课题设计.北京:
高等教育出版社,1995
附录
一、设计电路
图1设计电路
二、三端稳压器的外形和方框图
三、三端稳压器的简介
三端稳压器，主要有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器，另一种输出电压是可调的，称为可调输出三端稳太器，其根本原理相同，均采用串联型稳压电路。
在线性集成稳压器中，由于三端稳压器只有三个引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能稳定，价格低廉等优点，因而得到广泛应用。
固定三端稳压器的类别
三端稳压器的通用产品有78系列〔下电源〕和79系列〔负电源〕，输出电压由具体型号中的后面两个数字代表，有5V，6V，8V，9V，12V，15V，18V，24V等档次。
输出电流以78〔或79〕后面加字母来区分L表示0.1；AM表示0.5A，无字母表示1.5A，如78L05表求5V0.1A。
三端可调电压稳压器
1〕主要特点：
三端可调电压稳压器可分为正压输出和负压输出两种。
①使用方便，只需外接两个电阻就可以在一定范围内确定输出电压。
②各项性能指标都优于三端固定电压成稳压器。
③具有全过载保护功能，包括限电流、过热和平安稳压器区域的保护。
即使调节端悬空，
所有的保护电路依然有效。
总之，三端可调电压稳压器是一种使用方便、应用广泛的稳压集成电路。
四、三端稳压器使用考前须知
在使用时必须注意：
（VI）和（Vo）之间的关系，以7805为例，该三端稳压器的固定输出电压是5V，而输入电压至少大于7V，这样输入/输出之间有2－3V及以上的压差。
使调整管保证工作在放大区。
但压差取得大时，又会增加集成块的功耗，所以，两者应兼顾，即既保证在最大负载电流时调整管不进入饱和，又不致于功耗偏大。
另外一般在三端稳压器的输入输出端接一个二极管，用来防止输入端短路时,输出端存储的电荷通过稳压器,而损坏器件。
五、三端稳压器用途及常见型号
一般稳压管和稳压三级管的用途是一样的，都用于控制板电路的稳压．以便使电压过高烧毁电路。
电子产品中常见到的三端稳压集成电路有正电压输出的78××系列和负电压输出的79××系列。
故名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。
它的样子象是普通的三极管，TO-220的标准封装，也有9013样子
电子产品中常见到的三端稳压集成电路有正电压输出的78××系列和负电压输出的79××系列。
故名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。
它的样子象是普通的三极管，TO-220的标准封装，也有9013样子的TO-92封装。
用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格廉价。
该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V。
78/79系列三端稳压IC有很多电子厂家生产，80年代就有了，通常前缀为生产厂家的代号，如TA7805是东芝的产品，AN7909是松下的产品.
有时在数字78或79后面还有一个M或L，如78M12或79L24，用来区别输出电流和封装形式等，其中78L调系列的最大输出电流为100mA，78M系列最大输出电流为1A，78系列最大输出电流为1．5A。
它的封装也有多种，详见图。
塑料封装的稳压电路具有安装容易、价格低廉等优点，因此用得比拟多。
79系列除了输出电压为负。
引出脚排列不同以外，命名方法、外形等均与78系列的相同。
注意三端集成稳压电路的输入、输出和接地端绝不能接错，不然容易烧坏。
一般三端集成稳压电路的最小输入、输出电压差约为2V，否那么不能输出稳定的电压，一般应使电压差保持在4-5V，即经变压器变压，二极管整流，电容器滤波后的电压应比稳压值高一些。
东北石油大学课程设计成绩评价表
课程名称
电子技术课程设计
题目名称
直流可变稳压电源的设计
学生姓名
魏宪强
学号
指导教
师姓名
刘小斌
刘伟
职称
副教授
教授
序号
评价工程
指标
总分值
评分
1
工作量、工作态度和出勤率
按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。
20
2
课程设计质量
课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写标准，图表完备正确。
45
3
创新
工作中有创新意识，对前人工作有一些改良或有一定应用价值。
5
4
辩论
能正确答复指导教师所提出的问题。
30
总分
评语：
指导教师：
年月日
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