可调直流稳压电源0v15v.docx
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可调直流稳压电源0v15v
《电子技术》
课程设计报告
课题名称
直流可变稳压电源的设计
学院
昆明学院
专业
机械设计制造及其自动化
班级
机制四班
姓名
学号
436424
时间
2013年7月1号—7月9号
摘要
本文设计的是量程为在0~15V可调的直流稳压电源，其最功率要求15W以上，测量直流稳压电源的纹波系数，并具有过压保护。
并且采用三端集成稳压器电路，用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输出电压调整范围较宽，设计一电压补偿电路可实现输出电压从0V起连续可调，该稳压电源具有性能稳定.结构简单.电压、电流指标精度高.调节方便等优点·。
关键词：
整流，稳压，数控，可调，补偿电压，过压保护。
Abstract
Isdesignedinthispaperrangeisbetween0~15vadjustabledcregulatedpowersupply,itsmostmorethan15wpowerrequirements,measuretheripplecoefficientofdcregulatedpowersupply,withovervoltageprotection.Adoptedandintegratedthree-terminalvoltageregulatorcircuit,theoutputvoltageisadjustableandhasoverloadprotectionintegratedthree-terminalvoltageregulator,awiderangeofoutputvoltage,avoltagecompensationcircuitisdesignedtoachievecontinuousadjustableoutputvoltagefrom0V,theregulatedpowersupplywithstableperformance.Simplestructure.Thehighprecisionofvoltage,currentindicators.Theadvantagesofconvenientadjustmentist.
Keywords:
rectifier,regulator,numericalcontrol,adjustable,offsetvoltage,overvoltageprotection.
第一章.设计目的..................................2
第二章.总体设计思路..............................2
2.1直流稳压电源设计思路................................2
2.1.1..........................................................2
2.1.2采用三端可调集成稳压器电路的方案..........................3
第三章电路方案及其计算过程........................3
3.1整流电路模块..........................................3
3.2滤波电路模块..........................................6
3.3稳压电路模块.........................................10
3.4补偿电路模块.........................................11
3.5计算过程.............................................11
3.6设计电路原理图.......................................14
第四章软件的仿真与调试...........................14
4.1无补偿电压的MULTISIM仿真与调试......................14
4.2有补偿电压的MULTISIM仿真与调试......................15
4.3纹波系数.............................................16
4.4源程序代码...........................................16
第五章课程设计心的体会...........................16
参考文献.........................................17
附录.............................................17
谢词.............................................17
第一章．设计目的
一、设计任务与要求
1、用集成芯片制作一个0～15V的直流电源。
2、功率要求15W以上。
3、测量直流稳压电源的纹波系数。
4、具有过压保护。
二、扩展功能要求
@电源的可调范围增至0——30V
@具备过流保护。
第二章．总体设计思路
2.1直流稳压电源设计思路
2.1.1直流可变稳压电源一般由整流变压器，整流电路，滤波器，稳压环节和计数显示电路组成如下图a所示。
图a稳压电源实际思路图
（1）首先将交流电源电压变为符合整流需要的电压。
（2）将交流电压变换为单向脉冲电压，直流脉动电压经过滤波电路变成平滑的、脉动小的直流电压，即滤除交流成分，保留直流成分，滤波电路一般有电容组成，其作用是把脉动直流电压中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压。
（3）稳压电路就是在交流电源电压波动火负载变动时使直流输出电压稳定。
（4）在稳压电路中加入补偿电压实现可以从0v开始调节。
为了实现可以从0v—30v调节，扩展电路中，在加入电源的基准电压用一个固定增益的运算放大器U1跟一个可调电阻R7提供。
U1的放大倍数约为2倍，根据公式A=（R2+R3）/R2，15V的基准电压大约能放大到超过30V。
（5）为了使电路实现过流，过压保护，我们用可调节集成稳压电路实现。
由于我们要的输出电压在0v—30v，因此我们选择LM713AH（1.25v—37v）。
2.1.2采用三端可调集成稳压器电路的方案。
它采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输出电压调整范围宽，此稳压器的基准电压是1.25V，而要求电压从0V起连续可调，因此需要设计电压补偿电路才可实现输出如图b所示。
图b稳压器的设计图框
第三章．电路方案及其计算过程
3.1整流电路模块
该模块主要利用二极管的单向导电性组成整流电路，将交流电压变换为单方向脉动电压。
实现方法主要有以下三种。
◆方案一：
单相半波整流电路
（a）电路图
U2U0Ud
（b）波形图
图1单相半波整流电路
在变压器次级电压U2为正的半个周期内（如图1（a）中所示上正下负），二极管导通，在RL上得到一个极性为上正下负的电压；而在U2为负的半个周期内，二极管反向偏置，电流基本上等于0。
所以在负载上的电压U2的极性是单方向的（如图1（b）所示）。
正半周内Uo=U2，Ud=0；负半周内Uo=0。
Ud=U2。
由此可见，由于二极管的单向导电作用，把变压器次级的交流电压变换为单向脉动电压，达到了整流的目的。
其优点是结构简单，使用的元件少，但也有明显的缺点：
输出电压脉动大，直流成分比较低；变压器有半个周期不导电，利用率低；变压器含有直流部分，容易饱和。
只能用于输出功率较小，负载要求不高的场合。
◆方案二：
单相全波整流
（a）电路图
U2IoUo
O
tO
tO
t
（b）波形图
图2全波整流电路
全波是利用具有中心抽头的变压器与两个二极管配合，使两个二极管在正、负半周轮流导电，而且二者流过RL的电流保持同一方向，从而使正、负半周在负载上均有输出电压。
电路如图2（a）所示。
正半周内D1导通，D2截止，在负载RL上得到的电压极性为上正下负；负半周内，D1截止，D2导通，在负载上得到的电压仍为上正下负，与正半周相同。
全波整流波形如图2（b）。
全波整流的输出电压时半波整流的两倍，输出波形的脉动成分比半波整流时有所下降。
全波整流电路在负半周时二极管承受的反向电压较高，其最大值等于
，且电路中每个线圈只有一半时间通过电流，所以变压器利用率不高。
◆方案三：
单相桥式整流
单相桥式整流电路如图3（a）。
由图可见，U2正半周时D1、D4导通，D3、D2截止，在负载电阻RL上形成上正下负的脉动电压；而在U2负半周时，D2、D3导通，D1、D4截止，在RL上仍形成上正下负的脉动电压。
如果忽略二极管内阻，有Uo≈U2。
桥式整流电路波形如图3（b）所示。
正负半周均有电流流过负载，而且电路方向是一致的，因而输出电压的直流成分提高，脉动成分降低。
单相桥式整流电路主要参数：
输出直流电压
脉动系数S，二极管正向平均电流I
二极管最大反向峰值电压U
。
桥式整流电路解决了单相整流电路存在的缺点，用一次级线圈的变压器，达到了全波整流的目的。
因此选用方案三单相桥式整流。
（a）电路图
U2IoUo
O00
（b）波形图
图3单相桥式整流电路
3.2滤波电路模块
该模块实现降低输出电压的脉动成分，尽量保留直流成分的功能。
利用电容和电感的滤波作用达到降低交流保留直流成分的目的。
◆方案一：
电容滤波
（a）电路图
（b）滤波后输出的波形
图4单相桥式整流电容滤波电路
如图4所示为单相桥式整流电容滤波电路。
利用电容的储能特性，使波形平滑，提高直流分量，减小输出波纹，其输出波形如图4（b）所示。
电容滤波有以下特点：
1加入滤波电容后，输出电压的直流成分提高，脉动成分减小。
2电容滤波放电时间常数（
）越大，放电过程越慢，输出直流电压越高，纹波越小，效果越好。
为了获得较好的滤波效果，一般选择电容值满足
～5）
，此时，输出电压的平均值
。
3电容滤波电路的输出电压随输出电流的增大而减小，所以电容滤波适合于负载电流变化不大的场合。
◆方案二：
电感滤波
单相桥式整流电感滤波电路如图5，利用电感不能突变的特性，使输出电流波形平滑，从而使输出电压波形也平滑，提高直流分量，减小输出纹波。
（a）电路
滤波前滤波后
t
（c）滤波后的输出波形
图5单相桥式整流电感电路
◆方案三：
复式滤波
复式滤波电路由电阻和电容，电阻和电感或电感和电容组合成的滤波。
几种常见的复式滤波电路如图6所示。
图6（a）所示为
型滤波电路，这种电路的缺点是在R上有压降，因而需要提高变压器次级电压；同时，整流管的冲击电流仍然较大，这种电路知识和小电流负载的场合。
（b）所示为
型滤波电路，这种滤波电路的优点是：
简单经济，能兼起限制浪涌电流的作用，滤波效果较好。
其缺点是带负载能力差，滤波电路有功率损耗。
它适合负载电流小，纹波系数小的场合。
（c）所示为
倒L型滤波电路，整流后输出的脉动直流经过电感，交流成分被削弱，再经过C滤波后，可在负载上获得更加平滑的直流电压。
这种滤波电路的优点是：
滤波效果好，几乎没有直流损耗。
其缺点是低频时电感体积大，成本高。
（a）
型滤波（b）
型滤波（c）
倒L型滤波
图6常见复式滤波电路
综合考虑，由于在小功率电源中电容滤波最为常见，，满足本设计要求，故选择方案一。
3.3稳压电路模板
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。
稳压电路原理电路见图7
图7稳压电路原理图
3.4补偿电压模板
在设计当中采用三端可调集成稳压器电路。
它采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输出电压调整范围宽，此稳压器的基准电压是1.25V，而要求电压从0V起连续可调，因此需要设计电压补偿电路才可实现输出。
补偿电路原理电路如图8所示。
图8补偿电路原理图
3.5计算过程
（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2.5V~36V，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。
输出电压表达式为：
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，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。
输出电压可调范围：
1.25V～37V
输出负载电流：
1A
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=15V
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Uo1=（1.1～1.2）U2
可得变压的副边电压：
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=15W
（3）选择整流电路中的二极管
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下式求得。
1）求ΔUi:
根据稳压电路的的稳压系数的定义：
设计要求ΔUo≤15mV，SV≤0.003
Uo=+6V～+9V
Ui=15V
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。
注意：
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。
（5）补偿电路
1.25v是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压，但由于计算中存在的微小误差使得不能用-1.25v，所以使用-2v与电阻串联再用稳压二极管，这样使得电压能与集成稳压块电压相抵消才，从而使得电压能从0v开始调节。
（6）扩展功能
由于电压输出达到0v—30v在加入电源的基准电压用一个固定增益的运算放大器U1跟一个可调电阻R7提供。
U1的放大倍数约为2倍，根据公式A=（R2+R3）/R2，15V的基准电压大约能放大到超过30V。
可以求出R7,R5,R6的结果。
3.6设计电路原理图
图9可调（0——15v）可调稳压电源
图10可调（0v—30V）
第四章软件的真与试
4.1无补偿电压的Multisim仿真与调试
图11滑动变阻器阻值为0的调试结果
图12滑动变阻器阻值为最大值时的调试结果
4.2有补偿电压的Multisim仿真与调试
图13滑动变阻器阻值为0的调试结果
图14动变阻器阻值为最大值时的调试结果
4.3纹波系数
蓝色为输入波纹，红色为输出波纹，波纹系数约为.035%
图15纹系数图
4.4源程序代码
序号
名称
型号参数
数量
备注
1
变压器
220V/15V
1
功率30～50W
2
整流管VD1~VD4
IN4001
4
组成桥式整流
3
电解电容
300nf,15v
2
滤波
3
比较器
INA105_CMP
1
放大
4
稳压管
02BZ2.2
稳压
5
电阻
6
6
滑动变阻器
1
8
可调式三端稳压器
LM317AH
1
9
电解电容
910nF,15v
1
滤波
10
万用表
2
11
vcc
-6.5v
1
补偿电压
12
二极管
2
第五章课程设计心得体会
通过此次课程设计，使我们更加扎实的掌握了有关模拟电子技术方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。
实践出真知，通过亲自动手操作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。
过而能改，善莫大焉。
在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。
最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。
在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！
我认为，在这次实训中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。
更重要的是，在实训中，我们学会了很多学习的方法。
而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。
要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。
这对于我们的将来也有很大的帮助。
以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。
就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。
回顾此次课程设计，我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。
实训过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。
果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。
此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。
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