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课程设计
电子技术课程设计
题目：
0～24V可调直流稳压电源设计
系别：
机电工程系
专业：
机电一体化
班级：
08机电三班
学生姓名：
王晓辉
指导老师：
蒋晓燕
完成日期：
20100104
河南质量工程职业学院
《电子技术》课程设计任务书
班级
08机电（3）
学生姓名
王晓辉
指导教师
蒋晓燕
课程设计题目
0~24直流稳压电源电路设计
主要
设计
内容
设计一直流可调稳压电源，满足：
（1）当输入电压在220V±10%时，输出电压从0—24V可调，输出电流小于800mA；
（2）输出波纹电压小于5mv，稳压系数小于5×10-3，输出内阻小于0.1欧。
主要技术指标
和设
计要
求
1．设计指标
1）当输入电压在220V±10%时，输出电压从0—24V可调，输出电压大于1A；
2）输出波纹电压小于5mv，稳压系数小于5×10-3，输出内阻小于0.1欧。
2．设计要求
1）合理选择集成稳压器；
2）完成全电路理论设计、计算机辅助分析与仿真、绘制电路图；
3）撰写设计报告。
3．编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体
主要
参考
资料
及文
献
【1】下小梅.电子技术基础，第8次印刷.2004—2
【2】高吉祥，唐超京.模拟电子技术，第2次印刷.2007—12
【3】王兰君，朱庆芳，陈建明，张景皓.电工实用电子线路与电器线路，2005—1
【4】张志良电子技术基础2009—6
0~24直流稳压电源电路设计
（1）、技术指标:
要求电源输出电压为0v-24v连续可调或输出
v的电压,输入电压为交流220v,最大输出电流为I=800mA.稳压系数为Sr≤5%,电网电压波动正负10%.
（2）、设计要求
①设计一个能输出0V—24V连续可调的直流稳压电源,
②根据设计要求和技术指标设计好电路,选好元件及参数;
③在万能板或面包板上制作一台直流稳压电源;
④测量直流稳压电源的稳压系数;
⑤测量直流稳压电源的内阻;
⑥拟定测试方案和设计步骤;
⑦写出设计可行性报告.
3．制作要求自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。
4．编写设计报告写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。
1.1选题的意义
电子电路要正常工作，电源必不可少，并且电源性能对电路、电子仪器和电子设备的使用寿命、使用性能等影响很大，尤其在带有感性负载的电路和设备（如电机）中，对电源的性能要求更高。
在很多应用直流电机的场合中，要求为电机驱动电路提供1个其输出能从0V开始连续可调（0～24V）的直流电源，并且要求电源有保护功能。
实际上就是要求设计一个具有足够调压范围和带负载能力的直流稳压电源电路。
该电路的设计关键在于稳压电路的设计，其要求是输出电压从0V开始连续可调；所选器件和电路必须达到在较宽范围内输出电压可调；输出电压应能够适应所带负载的启动性能。
此外，电路还必须简单可靠，能够输出足够大的电流。
1.2设计方案
大的方面可调直流稳压电源依据变压器、整流电路、滤波电路、稳压调整电路把它们整合在一起，因此整流电路必须选择输出波形脉动小、输出的平均电压高、利用率高。
在此选择桥式整流，滤波电路选择电路简单、轻便的电路在此选择电容滤波，稳压调整电路用集成块,
LM317系列稳压器输出连续可调的负电压、可调范围1.2V~37V最大输出电流Iads为1.5A、稳压器内部含有过流、过热保护电路、具有安全可靠、性能优良等优点、稳压器的调整角电流Iads很小（005mA~0.1mA）
1.3直流稳压电路的设计
直流稳压电源在各种电子设备和装置中应用十分的普遍，而市电网所提供的是交流电，遇将交流电转变成直流电压，一边经过电源变压器变换之后、在经整流电路、滤波电路和稳压电路三部分功能电路实现。
备所需要的正弦工频交流电压。
②整流电路：
将正弦交流电压变成单向脉动直流电压。
③滤波电路：
将单向脉动直流电压中的交流分量减小，使输出电压成为比较平滑的直流电压。
④稳压电路：
使输出的直流电压在电源发生波动或负载变化时保持稳定。
图1.1直流稳压电源框图
1.3.1变压器电压变换电路
变压电路是利用电磁感应原理，将一级交流电压变换成频率相同的另一种电压等级交流电能的静止电机。
通过同一铁芯上的两个或多个绕组组成，绕组之间通过交变磁场发生联系传递能量，输入信号交流电压Um=220V频率为工频频率。
，使原边Ui的匝数N1=负载上U0的绕组为N2则e1=N1（dØ/dt）e1/e2=N1/N2
若忽略绕组中的很小漏阻抗电压降便有Ui≈E1U0≈E2则有Ui/U0=N1/N2
电源变压器选择、通常根据变压器副边输出功率P2来选购变压器、根据（集成块稳压电路取输出电压U0应与稳压电源要求的输出电压的大小范围相同，稳压电路的最大允许电流,Icm≤Iomax稳压电路的输入电压范围
Uomax*（Ui-U0）min≤Ui≤Uomin*（Ui-Uo）max（4-6）
式中位Uomax最大输出电压、Uomin为最小输出电压、（Ui-U0）min为稳压块最小输入输出压差（Ui-Uo）max为稳压块最大输入输出压差。
对于容性负载、变压器的输出电压U2与稳压器的输入电压Ui的关系为
Uimin/（1.1~1.2）≤U2≤Uimax/（1.1~1.2）
在这个范围内U2越大、稳压器压差越大、功耗越大、通常副边变压器的标准取值为U2≥Uimin/1.1
1.3.2整流电路电路
因整流电路有半波整流、全波整流、桥式整流
（1）半波整流电路
半波整流结构简单、元件少、输出波形脉动大、输出的平均电压低、利用率低。
（2）相关参数
①输出平均电压UO=0.45U2
②输出平均电流IO=0.45U2/Rl=
③二极管最大反向电压UDRM=√2U2
④二极管平均电流ID=IO
2.单相桥式整流电路
单相桥式整流所用二极管成熟反响电压低、元件多、输出波形脉动小、输出的平均电压高、利用率高。
（2）相关参数
①输出电压UO=0.90U2
②输出电流IO=0.90U2/R
③二极管最大反向电压UDRM=2.828U2
④二极管电流ID=0.5IO
1.3.3．滤波电路
无论是什么整流内部除含有直流成分外，还含有大量的交流谐振虑波成分因此必须进行滤波整流，本例选择LC-∏式滤波整流
工作原理：
利用电容器两端电压不能突变的原理是输入电压趋于平滑，如图所示在电源正半周时导通，交流电压的上升阶段除给供电外还给充电由于D1、D3内阻小、充电时间短、因此C两端的电压几乎跟随变化（图中oa段）当U2上升为峰值点开始下降电容C开始对负载RL放电由于RC较大放电时间较长、放电速度相对于充电速度慢得多因此U2下降速度比UC下降的快使U2（2）相关参数
①输出电压UO=（1.1~1.4）U2=1.2U2
则知U2=
②放电常数ι=RLC=（3~5）T/2
О电容耐压值Ucm=（1.5~2）
本例为增强滤波效果、可将电感电容等滤波元件组合连接成复合时滤波电路
1.3.4、电路的设计
1.3.4.1采用三端集成稳压器电路。
如图2所示，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，因要求电路具有很强的带负载能力，需设计一软启动电路以适应所带负载的启动性能。
该电路所用器件较少，成本低且组装方便、可靠性高。
1.3.4.2实际电路的设计
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，电阻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。
（1）三端集成稳压器LM317及其调压原理。
LM317为输出电压可调稳压器。
且输出正电，引脚1、2、3依次是调整端（Adjist）、输出端、输入端。
LM317有两个特点:
一是输出端和Adj端有稳定的带间隙基准电压二是IADJ<50µA。
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，其范围应适当，一般取120-240Ω，在此取值为R1=150Ω，调节即可调节输出电压，可选用线性线绕电位器或多圈电位器。
其最大阻值是输入输出电压确定，故调节R2可以调节输出电压UO，并且UO的最小值为1.25V。
选取集成稳压块、确定电路形式：
LM317可调式稳压器特性参数：
输出电压范围U0=1.2V~37V最大输出电流IOMAX=1500MA、最小输出压差U-U=40V、完全不满足性质要求、但是通过补偿电路补偿，因此可采用LM317稳压器电路如图4所示
图中取电阻R1=240Ω、根据式U0=1.25（1-R2/R1）可估算出R2最小为336Ω，最大为1.49KΩ因而取值为4.7KΩ的精密电位器
（2）电压补偿电路的设计。
因要求输出电压从0V起调，LM317集成稳压器不能直接满足要求，需设计一个电压补偿电路，抵消LM317的1.25V最小输出电压。
电压补偿电路由电阻R4和二极管D组成。
式中，U3为LM317的3脚电压；UO为输出电压；UD为二极管D的正向压降，即为补偿电压，其值略大于LM317的基准电压（1.25V）。
这里用锗材料整流二极管的导通压降来实现。
当调节R2少，使U3达到与UD相等时，输出电压即为0V。
之后，当调节R2逐渐增大时，UO即由0V开始增大。
由于负载电流流过D，故D的最大工作电流应能适应负载电流的要求。
图4中R4用于给D提供工作电流。
电源变压器选择、通常根据变压器副边输出功率P2来选购变压器、根据（集成块稳压电路取输出电压U0应与稳压电源要求的输出电压的大小范围相同，稳压电路的最大电流Icm≤Iomax,稳压电路的输入电压范围
Uomax*（Ui-U0）min≤Ui≤Uomin*（Ui-Uo）max
24+3v式中位Uomax最大输出电压、Uomin为最小输出电压、（Ui-U0）min为稳压块最小输入输出压差（Ui-Uo）max为稳压块最大输入输出压差。
对于容性负载、变压器的输出电压U2与稳压器的输入电压Ui的关系为Uimin/（1.1~1.2）≤U2≤Uimax/（1.1~1.2）
在这个范围内U2越大、稳压器压差越大、功耗越大、通常副边变压器的标准取值为U2≥Uimin/1.1
I2>Iomax
则以上按27V≤Ui≤40V并由式U2≥Uimin/1.1=25VI2>Iomax=1A
如果要求变压器的效率为η=0.7则缘边输出的功率P1≥P2/η=36W因留有余量宜取为40W的输入变压器
整流二极管选用I4001型号，其极限参数为URM≥50v而√2U2=35vIF=1A而Iomax=0.8A因此极限参数满足要求又因为U0=24VUi=27vΔUop-p=5mvsv=3×10（-3）ΔUi=ΔUop-p*Ui/U0×sv=2v
稳压系数：
指负载电阻不变的情况下，输入电压的相对变化引起输入输出电压的相对变化、稳压系数为Sv=ΔU0/ΔU0/ΔUi/ΔUiΊRL
因此由式可计算出滤波电容为C=Iomax*t/ΔUi=800×10（-3）×0.01/2=4000μF并且耐压值应大于√2U2=35v故选取两只2200μF/25V电容相并联
整流二极管VD的反向击穿电压URM应满足URM>√2U2额定工作电流应满足IF>Iomax滤波电容估算公式为C>Ict/ΔUoi-p
式中位稳压器输入输出端纹波电压的峰值Ic为电容C放电电流可取Ic=Iomaxt为电容放电时间t=T/2=0.01s滤波电容C耐压值应大于√2U2
（3）软启动电路设计。
软启动电路由晶体管T，电阻R3，R和电容器C组成。
其作用是使电路输出电压UO有一个缓慢的上升过程，以适应感性负载（如直流电机）的启动特性。
当输入电压UI接入时，因C上的电压不能突变，故T因基极电位较高而饱和导通，使U2（LM317的2脚电位）和U3都很低，故UO很小，随着C的充电，T的基极电位下降，其集电极电位（即U2）升高，使U3升高（因U32为一稳定电压），所以UO也升高。
当C充满电时，T被截止，启动电路失去作用，UO也达到设定值。
启动的时间可以通过改变C和R的值进行调整。
（4）改进方案。
由于该电路的输出电压的调整完全依赖电电位器R2的改变，因此R2的改变范围较大，这样在输出电压的调整过程中，容易调过头或调不足，要准确地实现0～24V宽范围的电压任一电压有些调整比较麻烦，必须反复调整，只依赖R2是比较困难的，如果将电位器R2用一个电位器R2'和电阻R档串联实现，通过一个开关实现电阻R档的改变从而改变输出电压的范围，并在所选择的输出电压范围内通过改变电位器R2'的阻值得到所需要的准确的直流电压输出。
电路如图6所示。
（5）电路主要测试数据。
接上电源变压器和整流滤波电路以后对电路进行测试的结果为：
电路在负载为1A时输出电压调整范围如表1所示；在输出电压为额定值（24V）下的负载特性如表2所示。
电网电压波动±10％（负载电流1A）情况下输出电压如表3所示。
1最大输出电流（Iomax）指稳压电源正常工作时能输出的最大电流I02输出电压（Uomax）指输出电压须有输出电压测试电路图，可以同时测出稳压电源的电压或输出电流，测试过程是：
先使输出端负载电阻RL=U0/I0交流电压为220V电压表测量值即为U0再逐渐减小RL直到U0的值下降5%此时负载红电流即为Iomax
1.3.4.3则知最后的原理图为
1.3.4.4结语
该稳压电路应用三端集成稳压电器，并加入补偿电压的方法解决LM317系列输出电压不能从0V开始起调的问题。
软启动电路的引入适应负载的启动特性。
电路的结构简单、功能完善、可靠性高。
1.4总结
1.4.1设计体会
通过这次对直流稳压电路的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于可调稳压器的原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。
但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。
而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。
所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。
通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。
1.4.2对设计的建议
我希望老师在我们动手制作之前应先告诉我们一些关于所做电路的资料、原理，以及如何检测电路的方法，还有关于检测芯片的方法。
这样会有助于我们进一步的进入状况，完成设计
【参考五文献】
【1】牟小令主编．高效率音频功率放大器．西南师范大学学报．2003.01
【2】胡宴如主编．数字电子技术．高等教育出版社．2005.10
【3】邹天汉主编．数字功率和音箱设计与制作．人民邮电出版社．2001.03
【4】张志良主编电子技术基础机械工业出版社2009.6
【5】电子制作．合订版．2005.08
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