简易直流稳压电源课程设计文档格式.docx
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其整流原件（晶体二极管、电子二极管或晶闸管）所以能整流是因为他们都具有单向导电的共性。
（3）整流后的电压再经过滤波器减小其脉动程度以符合负载的需要。
滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动电压中大部分纹波加以滤除得到较平滑的直流电压。
（4）将滤波后的直流电压通过稳压电路以得到稳定的直流输出电压。
稳压电路的作用是在交流电源电压波动或负载变动时使直流输出稳定。
整
流电
路
滤
波电
稳
压电
图3—1.1 直流稳压电源原理框图
3.2方案论证与选择
该设计的主要部分在稳压电路电压可调部分，其要求输出电压从０V开始连续可调。
我们主要对一下几种方案进行论证与选择。
Ø
方案1：
可调式三端稳压电源设计
三端稳压芯片
CW317
整流滤波电路
输出
起
可调电压
0V
三端稳压电源构成直流可调原理框图如3—2.1所示。
该方案需使用三端稳压芯片CW317作为稳压电路可调部分，其输出电压调整范围宽，但该稳压电路输出地基准电压是1.25V，而要求电压从0V起，一次还需设计电压补偿电路方可实现。
补偿电路
图3—2.1三端稳压电源构成直流可调原理框图
方案2：
采用A/D和D/A
此方案控制部分采用单片机，原理框图如3—2.2。
A/D转换之后经过功率放大得到输出电压。
然后再经过单片机编程，一定程度上增加系统的灵活性。
该电源稳定好、精度高、波纹小、效率和密度比较高、可靠性也不错且能够输出可调的直流电压，其性能优于传统的可调直流稳压电源。
ROM
RAM
D/A
功放
A/D
单片机
图3—2.2采用A/D和D/A方案的原理框图
方案三：
晶体管串联式直流稳压电路
U0
取样
调整管
晶体管串联式直流稳压电路。
电路框图如图3—2.3所示，该电路中，输出电压UO经取样电路取样后得到取样电压，取样电压与基准电压进行比较得到误差电压，该误差电压对调整管的工作状态进行调整，从而使输出电压发生变化，该变化与由于供电电压UI发生变化引起的输出电压的变化正好相反，从而保证输出电压UO为恒定值（稳压值）。
因输出电压要求从0V起实现连续可调，因此要在基准电压处设计辅助电源，用于控制输出电压能够从0V开始调节。
U1
误差放大
辅助电源
基准
图3—2.3晶体管串联式直流稳压电路框图
方案四：
有固定式三端稳压器够成
设计方案的原理框图如下图，该方案由固定式三端稳压器（7805、7905）组成的直流稳压电源与串联式直流电源的工作原理基本相同，集成稳压器有三个端子：
输入、输出、公共端。
输入端接整流电路，输出端接负载；
公共端接输入输出公共连接点。
为使它工作稳定须在输入输出端之间并接一个电容。
该种芯片具有安全可靠、接线简单、维护方便等优点。
调整电路
保护电路
启
动电路
偏
置
电路
误
差
放大
基
准
电源
图3—2.4固定式三端稳压器方案的原理框图
3.3各种方案论证分析：
方案一：
采用可调三端集成稳压电路，该芯片的基准电压为1.25V，再设计一个补偿电路来实现电压从0V起连续可调。
所用元件较少，结构简单，成本较低，组装方便且可靠性较高，此外，它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好，它能够很好的满足实际中大多数情况下的要求。
方案二：
采用单片机实现功能电源稳定性好、精度高，性能优于传统的可调直流稳压电源，但是电路比较复杂，成本较高，使用于要求较高的场合。
在实际中，如果对电路的要求不太高（这种情况较多），多不考虑该种方案。
方案三：
根据要求电压从0V起实
现连续可调，因此要在基准电压处设计辅助电源，用于控制输出电压能够从0V开始调节。
再之单纯的串联式直流稳压电源电路很简单，但增加辅助电源后，电路比较复杂，由于都采用分立元件，电路的可靠性难以保证。
方案四：
该方案要使电压从0V起连续可调也需一个电压补偿电路，但该电路元件多且结构复杂，较第一方案而言稍有不妥。
综合各方案分析显然第一方案较为合理。
四、设计方案原理框图、总体电路图、接线图及说明
4.1原理框图
图4—1.1是直流稳压电源设计方案的原理框图，它表示把交流电变换为直流电的过程。
包括变压电路、整流电路、滤波电路和稳压电路。
变压 滤波 整流 稳压
交流
负载
u
i
I
图4—1.1设计方案的原理框图
4.2 总体电路图接线图、接线图该方案电路接线图如图所示
D5
LM317
+
Ui
Uo
D1 D2 D6 R1 C4
~220
U
C1
C2
D3
D4
C3
Rp
_
Dz
R2
图4—2.1总体电路图和接线图
4.3说明:
如电路图4—2.1所示，在输入端加上220V交流电压经过变压器变压之后得到合适的电压；
将降压后的交流电压通过整流电路变换为单向脉动电压。
其中的整流元件（晶体二极管）；
整流后的单向脉动电压经滤波后减小了电压的脉动程度，逐渐达到负载的需要；
经过滤波后的电压最后再由稳压电路稳压之后将会输出直流电U0。
.而稳压环节是该方案的关键部分，根据要求输出电压从0V起可变输出，而我们在稳压部分选用的LM317输出的基准电压为1.25V，所以需要一个补偿电路来达到输出电压为0V。
上图中由R2和稳压管Dz组成的稳压电路便可达到此效果（通过稳压管使A点为-1.25V，这样当Rp=0时，VA和输出的基准电压相抵消，便可近似认为U0为0V）；
通过改变Rp的阻值大小，即可调节输出电压U0的大小，实现电压从0V起连续可调。
五、单元电路设计
220
5.1变压电路
电源变压器是将来自电网的220V交流电压变换为电路所需电压。
变压电路如图
5—1.1所示。
变压器参数计算：
LM317输入电压设为Ui则
U0min=0V、U0max=12V Ui-U0max≥（Ui-U0）min 图5—1.1变压器
Ui-U0min≤（Ui-U0）max。
其中：
（Ui-U0）min=3V，（Ui-U0）max=40V。
所以15V≤Ui≤40V，稳压器的压差不宜过大，因此选择Ui=15V。
则变压器二次侧电压U=Ui/1.2=12.5V取U=13V。
考虑到变压器上的绕组即管子上的压降等因素，变压器二次侧电压大约要高出10％，即13*1.1=14.3V取15V。
稳压器输入输出电流基本保持不变Ii≤200mA,则变压器二次侧的电流有效值I=200*1.1=220mA。
这样变压器的输出功率P=UI=15*0.22=3.3W。
故选用10W的变压器。
5.2整流电路
a
D1
~
RL
-
D2
b
在整流部分我们选用单相桥式整流电路，其电路图如图5—1.2所示。
我们先来分该环节的工作情况。
在变压器二次侧电压u的正半周时即a点电位高于b点电位，二极管D1和
D3导通，D2和D4截止，电流i1的通路是a D1 RL D3 b。
这时，
负载电阻RL上得到一个半波电压。
图5—2.1单相桥式整流电路
在电压u的负半周时，变压器二次侧则是上负下正D1和D3截止D2和D4导通。
电流i2的通路是b D2 RL D4 a同样在负载电阻上得到一个半波电压。
整流后的电压电流的波形如图5—2.2所示
整流电路中二极管的参数计算：
u0 i0变压器二次侧电压有效值为U=15V u0
于是URM=1.414*15≈22V。
ID=I0/2=100mA。
i1 i2 i1 i2
查二极管分立元件参数表，二极管选用
2CZ55B（IOM=1000mA；
URWM=50V）满足电 wt
路需求。
图5—2.2整流后的波形
u0
（b）
wt
5.3滤波电路
如图5—3.1所示与负载并联的电容器就是一个最简单的滤波器，也是我们所选择的滤波电路。
下面分析该电路的工作情况：
如果电路不接电容滤波器，输出电压波形如图
5—3.2（a）所示，加电容滤波器后就如 图5—3.1电容滤波器该图（b）所示。
电容器的端电压在电路状态改变时不能跃变，因此滤波器以此原理制成。
在二极管导通时，一方面供电给负载，同时对电容器C充电。
在忽略二极管
正向压降的情况下，充电电压uc与上升的正弦电压u一致，电源电压u达到最大值时，uc也达到最大值。
而后u和uc都开始下降，u安正弦规律下降，当u<
uc时，二极管承受反向电压而截止，电容器对负载放电，负载中仍有电流，而uc按放电曲线下降。
在u的下个周期内，当u＞uc时，二极管再行导通，电容器再被充电，重复上述过程。
（a）
图5—3.2整流前后的波形对比
整流电路输出电压与输出电流的外特性曲线如图所示。
由图5—3.3可见，有无电容滤波时比较输出电压随负载电阻的变换有较大的变化，即外特性较差或者说带载能力较差。
通常取U0=U（半波）
U0=1.2U（全波）
采用电容滤波时输出电压的脉动程度与电 U0
容放电时间常数RLC有关系。
RLC大一些 1.4U 电容滤波
脉动就小一些。
为了得到比较平直的输出
电压一般要求RL≥（10—15）1/wC。
0.45U 无电容滤波
即RLC≥（3—5）T/2。
式中T电源交流电的周期。
滤波电容参数计算：
图5—3.3外特性曲线
Ui=15V,Iimax=200mA,可得RL=15/0.2=75Ω
又RLC≥（3—5）T/2，T=0.02S；
电容C=（5*T）/（2R）=667μF。
应去电容常用值C=1000μF。
5.4稳压电路
R1C4
我们在稳压部分选用的LM317，输出的基准电压为1.25V，所以需要一个补偿电路来达到输出电压为0V。
由R2和稳压管Dz组成的稳压电路便可达到此效果（通过稳压管使A点为-1.25V，这样当
Rp=0时，VA和输出的基准电压相抵消，便可近似认为U0为0V）；
通过改变Rp的
阻值大小，即可调节输出电压U0的大小， A
实现电压从0V起连续可调。
图5—4.1稳压电路图
在集成稳压器离滤波电容较远时，应在LM317靠近输入端处接上一只0.33μF的旁路电容C2，接在调整端和地之间的电容C3是用来旁路RP两端的波纹电压，当C3为10μF纹波抑制比可提高20dB,减到原来的1/10。
另一方面，由于在电路中接了电容C3，此时一旦输入端或输出端发生短路，C3中储存的电荷会通过稳压器内部的调整管和基准放大器而损坏稳压器。
为了防止在这种情况下C3的放电电流通过稳压器，在R1两端并接一只二极管D5。
LM317集成稳压器在没有
容性负载的情况下可以稳定工作。
但当输出端有500-5000pF的容性负载时，就容易发生自激。
为了抑制自激，在输出端接一只1μF的钽电容或25μF的铝电解电容C4。
该电容还可以改善电源的瞬态响应。
但是接上盖地拿容以后，集成稳压器的输入端一旦发生短路，C4将对稳压器的输出端放电，其放电电流可能损坏稳压器，故在稳压器的输入与输出端之间，接一只保护二极管D4。
稳压电路中各元件参数的计算：
电路中当R2=0时，VA=-1.25V，它与UREF刚好抵消使得U0=0V，因此稳压二极管DZ稳定电压为1.25V.
根据内部电路设计，流过R1的电流I=5mA，R1=UREF/I=1.25/0.005=250Ω，考虑器件参数的分散性，实际I可能大于5mA，因此R1值应小于250Ω。
此处取
R1=240Ω。
U0=1.25（1+R2/R1）-1.25，所以R2=（U0R1）/1.25，当U0取最大值12V时，R2max=（12*240）/1.25=2304Ω
故取常用绕组变压器R2=3.0KΩ。
D1和D2分别是为了防止输入短路和输出短路时电容器放电使得LM317损坏，查表得2CZ55B的最大反向工作电压为50V，最大整流电流1A，满足电路的需要。
因此D4、D5均选择2CZ55B。
另外C2=0.33μFC3=10μFC4=1μF
六、收获与体会
这个星期我们的任务是电子电工课程设计，主要任务是设计一个可调直流稳压电源。
我们是第一次课程设计，尽管这种课程设计可能是比较简单的一种，我们还是遇到了很大的困难。
但是我们并没有轻易放弃在设计之前，参考了许多相关的资料。
在设计中又参考了课本上给出的相关原理图，开始时我还不太明白电路是如何连接的，并且对其原理也不甚了解，但通过对所学知识更深入的学习和老师的答疑讲解和帮助，最终使我们克服了难关，理解了许多东西。
一路走来，我收获了知识，收获了希望和努力后的成果。
电子课程设计实践周，是以学生自己动手动脑，它将基本技能训练，基本工艺知识和创新启蒙有机结合，培养我们的实践能力和创新精神。
作为信息时代的大学生，仅会书本理论是不够的，基本的动手能力是一切工作和创造的基础和必要条件。
通过这次课程设计，我发现了以往学习中的许多不足，我更加深深地体会到了自学的重要性。
比如我们在画电路图时，要用到那些专门的画电路的软件，而我们确是没有学过的，我就只好用WORD来绘制电路图，画的比较生硬，而且要用到文档中去也比较麻烦，但是没有办法，我没有足够的时间马上去学习绘制电路图的软件。
其实，大学中很多东西都是要靠自己去学的，当然，我们不能盲目的去学一些对自己专业没有很大帮助的东西。
相反，我们应该抽时间好好的学习那些对我来说很有用的软件。
像我自己，我学的这个专业，绘图软件是相当重要的。
所以，我现在就在自学Pro/E，经过这次课程设计，我想我还应该要学习一下那两个常用的绘制电路图的软件Protel和Protues。
自学是我们学习，学习好一门课、一门专业重要的一种能力。
一个拥有很强自学能力的人，他在某种程度上可以比那些自学能力相对弱的人更容易成功。
因为一个自学能力强的人，可以很快地掌握一项从来没有接触过的技术，适应环境的能力强，自然，这种人是很受欢迎的，因此他们比较容易成功。
相信以后我会以更加积极地态度对待我的学习、对待我的生活。
我的激情永远不会结束，相反，我会更加努力，努力的去弥补自己的缺点，发展自己的优点，
去充实自己，只有在了解了自己的长短之后，我们会更加珍惜拥有的，更加努力的去完善它，增进它。
只有不断的测试自己，挑战自己，才能拥有更多的成功和快乐！
Tous,happinessequalssuccess!
快乐至上，享受过程，而不是结果！
认真对待每一个实验，珍惜每一分一秒，学到最多的知识和方法，锻炼自己的能力，这个是我在课程设计中学到的最重要的东西，也是以后都将受益匪浅的！
总之，这次实验过程中我受益匪浅，培养了我的设计思维，增加了动手操作的能力。
最重要的是我明白了自学的重要性，掌握了更为正确的自学方法，这将使我今后离开学校，踏上社会是相当有帮助的。
我深深地意识到了我必须提高我的自学能力。
此外，我还体会到，我们书本上所学的知识和实际的东西相差甚远，我们所不懂的知识还有很多，因此今后我们要更加注重实际方面的锻炼和运用。
在解决问题的过程无疑也是对自己自身专业素质的一种提高与肯定。
此次设计不仅增强了自己在专业设计方面的信心，鼓舞了自己，更是一次兴趣的培养。
这是一次难得的实践！
七、参考文献
杨福生主编.《电子技术》.高等教育出版社
秦曾煌主编.《电工学》（下册）.高等教育出版社陈振源主编.《电子技术基础》.高等教育出版社
刘昭和主编.《电工学习题解答》.哈尔滨工业大学出版社康华生主编.《电子技术基础》. 高等教育出版社
林渭勋主编.《电力电子技术基础》.机械工业出版社社王鸿明主编.《电工技术与电子技术》.清华大学出版社唐介主编.《电工学》.高等教育出版社
毕淑娥主编.《电工学》 .哈尔滨工业大学出版社
张立主编.《现代电力电子技术基础》.高等教育出版社莫正康主编.《电力电子应用技术》 .机械工业出版社
八、附件
元件
特征参数
数量
交流电源
220V、50Hz
1
变压器
功率10W、电压15V
二极管
2CZ55B
6
电容
1000uF
10uF
1uF
0.33uF
稳压管
1.25V
可调式三端集成稳压器
电阻
240Ω
精密绕线可调电位器
3.0KΩ
导线
若干
评 语
该设计思路成熟，在排版方面较其他同学更胜一筹。
特予以表扬，希望以后有更加出色的表现！
！
评审人：
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