直流稳压电源设计论文Word文档下载推荐.docx
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Iomax＝500mA；
c.
纹波电压（峰-峰值）≤5mV（最低输入电压下，满载）；
d.
具有过流保护及短路保护功能；
e.画出总体设计框图，以说明直流稳压电源有哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间的联系、变化，并以文字对原理作辅助说明。
设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。
选择合适的元器件，接线验证、调试各个功能模块的电路，在接线验证时设计、选择合适的输入信号和输出方式，在充分电路正确性同时，输入信号和输出方式要便于电路的测试和故障排除。
在验证各个功能模块基础上，对整个电路
的元器件和布线，进行合理布局，进行直流稳压电源整个电路的调试。
2.5设计方案的选择与论证
小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图2.1所示。
（a）
U1U2UiUI1UI2
（b）
图2.1（a）、（b）稳压电源的组成框图及整流与稳压过程
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则属于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，此电路比较稳定。
根据实验设计要求，本实验采用方案二。
2.6电路原理分析
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，基本框图如图2.2所示。
各部分的作用：
图2.2基本框图
（1）电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压U2。
变压器副边与原边的功率比为P2/P1=η，式中η是变压器的效率。
（2）整流滤波电路：
整流电路将交流电压U1变换成脉动的直流电压。
再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U0。
常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等，如图2.3所示。
图2.3桥式整流
整流桥将交流电压U2变成脉动的直流电压，再经滤波电容C滤波纹波，输出直流电压U0。
U0与交流电压输出U2的有效值u2的关系为
U0=（1.1-1.2）u2
每只整流二极管承受的最大的方向电压Vrm=
u2
通过每只二极管的平均电流I=0.5Ir=0.45u2/R
式中,R为整流电路的负载电阻.它为电容C提供放电回路,RC放电时间常数应满足RLC≥（3-5）T/2
式中,T为50HZ交流电压的周期,即20ms.
（3）电压输出稳压器
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。
稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。
稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。
采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。
2.7直流稳压电源的参数设计方法
稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压Uo、输出电流Io、输出纹波电压ΔUop-p等性能指标要求，正确地确定出变压器、集成稳压器、整流桥和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择这些器件。
直流稳压电源的参数设计可以分为以下三个步骤：
根据稳压电源的输出电压Uo、最大输出电流Iomax，确定稳压器的型号及电路形式。
根据稳压器的输入电压
，确定电源变压器副边电压U2的有效值u2；
根据稳压电源的最大输出电流I0max，确定流过电源变压器副边的电流I2和电源变压器副边的功率P2；
根据P2，从表1查出变压器的效率η，从而确定电源变压器原边的功率P1。
然后根据所确定的参数，选择电源变压器。
确定整流桥的正向平均电流ID、整流桥的最大反向电压
和滤波电容的电容值和耐压值。
根据所确定的参数，选择整流桥和滤波电容。
设计参数如下：
1 选择三端集成稳压器，确定电路形式
集成稳压器选用LM7812（12V）、LM7809（9v）、LM7805（5v）、LM7905（-5V）、LM317（可变电压），其输出电压范围为：
Uo=1.26V~17.51V,12v,9v,5v,-5v。
所确定的稳压电源电路如图2.4所示。
图2.4
⑵选择电源变压器
电源变压器有很多种：
有降压的、有升压的，在这次的设计中我们用的是降压变压器，它的作用是将来自电网的220V交流电压u1变
为整流电路所需要的交流电压u2。
，其中：
是变压器副边的功率，
是变压器原边的功率。
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
0.6
0.7
0.8
0.85
因此，当算出了副边功率
后，就可以根据上表算出原边功率
。
输入电压Vi的范围为Vomax+（Vi-Vo）min≤Vi≤Vomin+（Vi-Vo）max,Vomax为最大输出电压，Vomin为最小输出电压，（Vi-Vo）min为稳压器最小输入、输出差，（Vi-Vo）max为稳压管最大输入、输出差，故Vi≥12+3=15V，考虑电网电压10%的波动，最终取Vi=16.7V,由V2=Vi/1.1=15.18V,但在实际过程中，由于没有这种生产标准，所以选购了输出为24V的。
（3）用整流桥和滤波电容
整流桥：
实测V2=33V
整流输出电压平值
Vi=（1.1-1.2）V2=36.3V
二极管平均电流
=0.327A
二极管最大反向压
=23.3V
故整流桥选用1N4001（1A,50V）
保护二极管选IN4148（1A,50V）
滤波电容：
RLC≥（3-5）T/2,则C1=5T/2RL,式中T为交流电源周期，T=20ms，RL为C1右边的等效电阻，应取最小值，由于Imax=500mA,因此RL=U1/Imax=33,所以C1=C2=1515μf,可见C1的容量较大，应选电解电容，受规格限制，电容的耐压要≥25V,故滤波电容C取容量为2200uF，耐压为25V的电解电容。
第三章单元电路的设计
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部分组成。
各部分的介绍如下：
3.1电源变压器
电源变压器的作用是将交流电网220V的交流电压变换为所需的交流电压。
变压器的副边与原边的功率比定义为变压器的效率。
3.2整流电路
整流电路的任务是将交流电变为直流电，完成这一任务主要靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。
在小功率整流电路中，常见的几种整流电路有单相半波，全波，桥式和被压整流电路。
本设计中采用的是单相桥式整流电路。
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。
3.3滤波电路
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（3-2-2）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（3-3-1）
式中Tˊ为50HZ交流电压的周期，及20ms。
3.4稳压电路
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。
实际电路与上图有一点区别，不过原理都是一样。
3.5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。
LM7107外形
第4章制作与检测
4.0PCB板的制作
1.准备原理图和网络表。
2.规划电路板，设置参数。
3.装入网络表，元件封装。
4.布置元件，手工调整。
5.布线，手工调整。
6.pcb文件存盘，save，打印输出。
并检查打印出来的PCB图是否完好。
7.用Fecl3溶液进行腐蚀。
4.1安装与检查
对电路进行组装：
按照自己设计的电路，在PCB板上焊接。
焊接完毕后，应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接、虚焊的现象。
对安装完成的电路板的参数及工作状态进行测量，以便提供调整电路的依据。
经过反复的调整和测量，使电路的性能达到要求。
4.2焊接技术
手工焊接一般分四步骤进行。
①准备焊接:
清洁被焊元件处的积尘及油污,再将被焊元器件周围的元器件左右掰一掰,让电烙铁头可以触到被焊元器件的焊锡处,以免烙铁头伸向焊接处时烫坏其他元器件。
焊接新的元器件时,应对元器件的引线镀锡。
②加热焊接:
将沾有少许焊锡和松香的电烙铁头接触被焊元器件约几秒钟。
若是要拆下印刷板上的元器件,则待烙铁头加热后,用手或镊子轻轻拉动元器件,看是否可以取下。
③清理焊接面:
若所焊部位焊锡过多,可将烙铁头上的焊锡甩掉（注意不要烫伤皮肤,也不要甩到印刷电路板上!
）,用光烙锡头"
沾"
些焊锡出来。
若焊点焊锡过少、不圆滑时,可以用电烙铁头"
蘸"
些焊锡对焊点进行补焊。
④检查焊点:
看焊点是否圆润、光亮、牢固,是否有与周围元器件连焊的现象。
注意：
安装前应检查元器件的质量，安装是特别要注意电解电容、集成芯片等主要器件的引脚和极性，不能插错。
从输入级开始向后级安装。
4.3稳压电源各项性能指标的测试
在本次设计中，测试了稳压电源的主要性能指标，稳压系数，内阻，纹波电压等。
其方法如下：
测量稳压系数：
在负载电流为最大时，分别测得输入交流比220V增大和减小10%的输出△Vo，并将其中最大一个代入公式计算Sr，当负载不变时，Sr=△VoVi/△ViVo。
测量内阻：
在输入交流为220v,分别测得负载电流为0及最大值时的△Vo，则ro=△Vo/△Il
测量纹波电压：
叠加在输出电压上的交流分量，一般为mv级。
可将其放大后，用示波器观察其峰-峰值△Vop-p，也可用交流毫伏表测量其有效值△Vo,由于纹波电压不是正弦波，所以用有效值衡量存在一定误差。
一、电路的调试与检测
1）静态调试
当连好电路板的线路时，先不要急着通电，而因该从以下几个方面进行检测：
A、对照原理图，用万用表一检查线路的各个接口是否接通，是否有短路、断路或漏接的现象，如果有，因该及时改好电路连线。
B、对照原理图，检查各元件是否接正确
2）动态调试
接通220V的电源，用数字万用表对所设计的电路实物进行测试，得到正电源可调档的调节范围是：
1.26-17.51v，12v端口输出电压是12.13V，9v输出端口电压是8.97v，5v输出端口电压是5.06v，负电源-5v端口输出电压是-4.67V。
3）技术指标测量及误差分析
二、技术指标测量
⑴、测量稳压系数，先调节自藕变压器使输入的电压增加10%，即Vi=242V,测量此时对应的输出电压Vo1；
再调节自藕变压器使输入减少10%，即Vi=198,测量此时对应的输出电压Vo2,然后测量出Vi=220V时对应的输出电压Vo,则稳压系数
Sv=（△Vo/Vi）/（△Vi/Vi）=
.
下表为在实验室中测得的数据并通过计算得出的稳压系数结果：
输出电压
Vo（220v）
Vo1（242v）
Vo2（198v）
稳压系数
12v
12.13v
9v
8.97v
5v
5.06v
5.05v
0.00988
-5v
-4.67v
-4.7v
-4.62v
0.08565
（2）．纹波电压的测试
用示波器观察Uo的峰峰值，（此时Y通道输入信号采用交流耦合AC），测量ΔUop-p的值（约4mV）。
下表为在实验室测得的纹波电压实验数据：
输出电压（v）
纹波电压（mv）
12
1.5
9
1
5
2
-5
（3）调压测试
在实际电路板中，R1=240欧Rw=4.7K
由公式
，则可以算的理论的调压范围为
1.25~25.73V，而实际中输入LM317中的电压要小于25.73V，因此也无法达到这么大的电压。
Vmin=1.26V还是与基准电压1.25V非常接近。
4.4误差分析
1）、误差计算
12v档的误差V12%=∣（12.13-12.00）/12.00∣=1.108%
9V档的误差V9%=∣（8.97-9.00）/9.00∣=0.333%
5V档的误差V5%=∣（5.06-5.00）/5.00∣=1.2%
-5V档的误差V-5%=∣（-4.67-（-5.00））/5.00∣=6.6%
2）、误差原因
综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差因素有:
a）元件本身存在误差；
b）焊接时，焊接点存在微小电阻；
c）万用表本身的准确度而造成的系统误差；
d）测量方法造成的人为误差。
第五章设计总结及个人感想
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，成本低，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。
此设计是我们第一次利用PCB电路板进行设计的一个电子器件，能够把它做成现在的样子我已经很高兴了。
在设计之前，我们对于怎么用Protel设计原理图和怎样制作印刷电路板可谓是一穷二白，完全是通过自己不断的学习，反复的摸索，才最终取得了成功。
马克思有一句话：
在科学的大道上没有平坦的大道可走，只有不畏艰难沿着陡峭的山路攀登的人才可以达到光辉的顶点。
我想作为一个大学生就应该有强烈的求知欲和对科学不畏艰难，勇于探索的奉献精神。
我想我正在沿着这条道路上慢慢的靠近。
设计一个原理图对于一个熟练者，可以说是小菜一碟。
可对于初学者真的还有点混乱。
在开始的时候，连怎么是分装，怎么制作元件，我都感觉很困惑，而这个课程设计也正为我提供了一个很好的实际操作的机会。
通过看一些教学视频，网上查找一些资料，还有就是在自己遇到困难的时候及时的问别人。
我想自己现在使用这个软件再也不会那么陌生了。
这不得不说这是我这个学期中的一大收获。
对于分装，我晓得它就是一个符号与实际元件尺寸的链接，有些分装只要实际物件的尺寸与它所注释的一样都可以通用。
在画原理图的时候，原件的符号也只有一个电子元件的代表，有些元件的符号虽然在元件库中找不到，但也可以用其他的符号进行代替。
制作电路板需要一定的耐性，认真细致，严谨操作的态度。
就比如说，用PCB板制作这看似很简单的直流稳压电源和数字测压表，但过程却并没那么简单。
制作这个电路的原理图都需要一些时日，假如没有耐力是很难在短时间内学好这软件的。
在焊接的时候，因为腐蚀后的电路，有些线条被腐蚀过度，需要认真的检查电路，并对其进行修补，而且要认真观看电路图和元件，以免焊错位置和极性弄反。
在焊接完电路后还要进行认真的检查，以免出现短路，元件爆炸等现象。
在此次制作中我们的电路就出现了一次电容爆炸的现象，这可能是因为电容的极性接反了，或者在此之前因为LM317可变电压电路部分存在问题而导致的。
在制作这个设计的过程也出现了其他的一些问题。
电路焊接好后，LM317部分不能实现调压功能，这很长一段时间都是我们难以解决的问题，最终通过查阅其他资料才知道原来我们参考的那本书上的电路LM317的管脚排布是错误的。
所以从这件事情中，我们就发现当遇到困难后，去查找资料和询问他人是一个非常有用的方法。
在这个电路中还存在的一个问题就是数码管不能显示。
我们需要的MAN6710在市场上很难找到，而且这种元件比较昂贵，我们也就不能完成它的显示功能。
虽然对于我们来说不得不说一点遗憾，但这个制作过程也是很值得享受的。
总之，通过本次设计使我们对电子工艺的理论有了更进一步的系统了解，懂得了制作一个电子产品所需要的技巧。
理论结合实践，才可以使学问达到如火纯清的地步。
实践促进理论的学习，而理论的缺失又会制约着实践的进行。
它们是相辅相成的关系。
理论和实际动手需要同事的进行。
我们还学会了设计小电子产品的一些常规方法，以及培养了我们团队合作的能力，在讨论设计方案，计算元件参数，购买元件，制作电路板，安装调试方面都体会到了团队的力量。
学海无涯，同志仍需努力！
附录
附录A
主要器材
序号
部件类型
元件
标号
封装
7805
7809
TO126
3
7812
4
AN
S
T1
C
1UF2
RAD0.1
6
2.2UF
7
1UF1
8
10UF
0.33UF2
RAD0.2
10
0.1UF4
11
0.33UF3
0.1UF2
13
0.1UF1
14
0.1UF3
15
0.33UF1
16
2200UF1
RB.3/.6
17
2200UF2
18
CD
100PF
19
0.22UF
20
0.047UF
21
0.1UF
22
CON3
US
PO3
23
CW317
Cw317
24
7905
25
D
1N4148
AXIAL0.3
26
DIDOE
D3
AXIAL0.4
27
D1
28
D2
29
D4
30
HEADER2
-5V
1005
31
KEBIAN
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